丁有康 张阳 王晓凯 王英杰 贾斌

1.北京铁科特种工程技术有限公司， 北京 100081； 2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所， 北京 100081；3.中国铁路武汉局集团有限公司 麻城工务段， 湖北 黄冈 438300； 4.北京交通大学 土木建筑工程学院， 北京 100044

轨道不平顺作为轮轨系统振动的激扰源，是影响列车安全性和旅客舒适性的主要因素［1］。我国铁路工务部门普遍采用轨道质量指数（Track Quality Index，TQI）作为量化轨道不平顺的重要指标，即计算200 m单元内轨向（左右轨）、高低（左右轨）、水平、轨距、三角坑7项轨道几何参数标准差之和。该指标能够较好地反映轨道整体平顺性状态［2-3］。

京九线于1996年9月1日全线开通，2003年1月10日完成复线建设，2013 年2 月6 日完成全线电气化改造，改造后设计时速120 km，局部路段可达160 km。经过十余年的运营，实际线形较原始设计线形发生了较大变化，轨道几何状态逐步劣化，给现场线路养护维修工作带来了巨大挑战。

为有效提高普速铁路轨道几何状态和列车运行品质，在借鉴高速铁路轨道精调作业模式的基础上，利用轨道精测数据开展大机捣固作业已成为当前普速铁路线路维修的核心工作［4］。现场实践表明，大机捣固作业对轨距不平顺影响较小，而轨距精改可弥补这一不足［5-6］。谭社会、木东升等［7-8］依托高速铁路建设实践，对轨距精改、大机精捣等组合作业手段的应用效果进行了分析，结果表明，组合作业后轨道整体平顺性改善效果显著。然而在我国运营普速铁路中，尚未针对轨距精改与大机精捣组合作业工艺和改善效果进行系统性研究分析。

本文结合京九线典型区段线路条件和养护维修实践，建立普速铁路有砟轨道轨距精改和大机精捣作业工艺流程，并选取典型区段对轨距精改、大机精捣及二者组合作业效果进行对比分析，研究不同作业模式对轨道几何不平顺的改善效果。

1 作业流程及标准

选取京九线典型区段作为试验段，里程为下行线K1080 —K1250。该区段位于湖北省麻城工务段管内，线路允许速度为160 km/h，采用60 kg/m 钢轨，有砟轨道，轨枕为混凝土Ⅲ型，扣件类型为弹条Ⅱ型，沿线布设北斗基准站网与固定桩控制网［9］。结合该区段线路条件和养护维修实践，设计轨距精改和大机精捣作业工艺流程。

1.1 轨距精改

轨距精改的主要目的是削减轨距偏差，保证扣件系统功能良好、扣压力达标。作业后应满足：动态轨距不平顺不大于0.6 mm。作业流程包括工作量调查、精改作业、静态验收三部分。

1）工作量调查

采用0 级轨检仪检查精改区段轨距，并根据轨距目标值计算轨距调整量，同时对尼龙座及扣板离缝、胶垫失效偏斜、轨距杆松动失效进行调查与现场标记。根据工作量调查结果，准备所需工机具及材料。

2）精改作业

①基准轨轨向调整：轨距精改应以轨向几何状态较好的一股钢轨作为基准轨；当基准轨动态轨向不平顺大于0.6 mm 时，先根据静态检测数据对基准轨轨向不平顺进行调整。②轨距调整：基准轨轨向不平顺调整完成后，采用0级轨检仪检查精改区段轨距，计算轨距调整量，并根据轨距调整量对非基准轨进行调整；调整后采用道尺复核轨距是否调整到位。

3）静态验收

精改作业后，采用0 级轨检仪对作业区段进行检查，结果应满足：直线及曲线半径R＞ 600 m 区段，轨距±1 mm 以内，轨距变化率不大于1‰；R≤ 600 m 区段，轨距 ±2 mm以内，轨距变化率不大于2‰。

4）注意事项

作业前应对轨距尺和轨检仪进行校对，保证测量器具精度的统一性和准确性；钢轨工作边存在肥边时，应先修理肥边。

1.2 大机精捣

大机精捣的主要目的是改善轨道高低、轨向、水平、三角坑平顺性状态，作业流程包括轨道测量、平纵断面重构设计、线形优化、捣固作业四部分。

1）轨道测量

为实现轨道绝对位置和相对平顺性的同步控制，轨道测量采用卫星/激光定位+惯性测量组合作业模式，快速获取轨道中线三维坐标［10］。轨道测量作业应满足：①采用卫星定位 + 惯性测量作业模式时，测量前应将流动站置于已知点上进行校核，与已知点的平面、高程坐标差应分别不大于15、20 mm。②测量作业起终点应位于直线区段，且起终直线区段长度不应小于200 m。③轨道测量过程中，测量仪每行进至整百米和曲线四大桩点处时，应在路肩侧轨枕进行标记，为后续大机捣固提供里程基准。

2）平纵断面重构设计

轨道测量完成后，结合线路设备技术台账、建筑限界、桥梁偏心等限制条件，采用最小二乘法完成测量区段平纵断面重构设计，计算平面和高程偏差以及标记点设计里程［11-12］。平面重构设计中，曲线半径、缓和曲线长与台账保持一致，曲线桩点里程变化量不应大于5 m；纵断面重构设计应满足TG/GW 102—2019《普速铁路线路修理规则》相关规定。

3）线形优化

根据重构设计得到的偏差值，对设计线形进行综合优化，得到满足本次捣固作业要求的目标线形以及起道、拨道调整方案。线形优化过程须要满足以下限制条件。

①目标线形平顺性限制条件

目标线形平顺性应满足10 m 和60 m 检测弦中点矢矩限值要求，表达式为

式中：Hl（E）、Hl（i）和Hl（F）为目标线形在不同检测弦下起点、中点和终点的偏差值，检测弦长l分别为10 m和60 m；ul为不同检测弦下中点矢矩限值，检测弦长为10 m 时取4 mm，检测弦长为60 m 时，平面取6 mm，高程取7 mm。

②起道量、拨道量大小限制条件

综合考虑基本起道量、作业轨温、建筑限界、桥梁偏心、线间距等限制条件，起道量、拨道量应满足

式中：Q（i）和B（i）为第i测点起道量和拨道量；Qmin和Bmin为起道量和拨道量下限；Qmax和Bmax为起道量和拨道量上限。

③起道量、拨道量变化率限制条件

相邻测点起道量、拨道量变化率应满足

式中：d为相邻测点间距离；ζQ和ζB分别为起道量和拨道量变化率限值，分别取1.2‰和1‰。

④起道量、拨道量比例限制条件

同一测点起道量、拨道量比例应满足

式中：δ为起道量、拨道量比例限值，一般条件下取1.0，困难条件下可取0.5。

4）捣固作业

捣固作业采用单捣 + 单捣 + 稳定模式。第一遍捣固采用通过线形优化得到的起道量、拨道量，通过精确法进行起道、拨道作业，目的是改善轨道长波不平顺；第二遍捣固采用近似法进行起道、拨道作业，目的是改善第一遍捣固作业遗留下的局部不平顺［13］。捣固车每行进至测量作业标记点位置时，计算捣固车里程与标记点设计里程的误差，误差大于0.5 m 时应对捣固车里程进行校正。

2 作业效果

2.1 轨距精改

选取京九线下行线K1089 + 000 —K1090 + 200 区段作为轨距精改试验段，精改过程中以右轨为基准轨。精改前后轨道几何状态对比见表1。可知：轨距精改后试验段TQI 由6.13 mm 降至5.59 mm，改善率为8.81%；7 项不平顺指标中，轨距改善最为显著，改善率达到49.49%，非基准轨（左轨）轨向不平顺的改善率为12.86%；其余不平顺指标变化较小，均在5.00%以内。可见，轨距精改可有效改善轨距不平顺，对高低、水平和三角坑不平顺影响较小。

表1 轨距精改前后轨道几何状态对比mm

为研究轨距精改对轨向不平顺的影响，对该区段轨距精改前后左右轨向不平顺分布情况进行对比，见图1。可知，与轨距精改前相比，轨距精改后左右轨向不平顺分布趋势呈现出较强的相似性。

图1 轨距精改前后左右轨向不平顺对比

为进一步分析轨距精改前后左右轨向不平顺的关系，以右轨向不平顺为自变量，左轨向不平顺为因变量，进行线性回归分析［14］，见图2。轨距精改前，拟合直线为y= 0.512x-0.002，相关系数为0.429；轨距精改后，拟合直线为y= 0.839x-0.001，相关系数为0.807。可知：与轨距精改前相比，轨距精改后散点分布更集中；轨距精改前，左右轨向不平顺为低度相关；轨距精改后左右轨向不平顺表现为高度相关，且二者一致性得到明显提升。

图2 轨距精改前后左右轨向不平顺线性回归分析对比

综上，轨距精改可明显改善轨距不平顺。作业过程中以轨向平顺性状态较好的一股钢轨作为基准轨，可通过提升左右轨向不平顺的一致性，达到改善非基准轨轨向不平顺的目的。

2.2 大机精捣

选取京九线下行线K1225 + 000 —K1226 + 400 区段为精捣试验段。该区段在大机精捣前未进行轨距精改，精捣过程中以左轨为基准轨。精捣前后轨道几何状态对比见表2。可知：大机精捣后试验段TQI 由5.39 mm 降至4.44 mm，改善率为17.63%；7项不平顺指标中，左轨向、左高低、右高低、水平、三角坑不平顺改善较为明显，改善率为18.57% ～ 50.55%；轨距不平顺未发生变化；非基准轨（右轨）轨向不平顺指标由0.65 mm升至0.78 mm，劣化率20.00%。

表2 大机精捣前后轨道几何状态对比mm

为分析大机精捣后非基准轨向TQI 劣化原因，对大机精捣前左右轨向不平顺进行线性回归分析。拟合直线为y= 0.581x- 0.005，相关系数为0.433。该区段左右轨向不平顺的一致性较差，导致大机精捣在改善基准轨轨向不平顺的同时，对非基准轨轨向平顺性状态造成了破坏。因此，通过大机精捣可改善基准轨轨向不平顺，但当非基准轨与基准轨间轨向不平顺一致性较差时，易对非基准轨的轨向平顺性状态造成破坏。

2.3 组合作业

对轨距精改区段进行大机精捣，精捣过程中以左轨为基准轨。轨距精改与大机精捣组合作业前后轨道几何状态对比见表3。可知，轨距精改与大机精捣组合作业后，该区段TQI 由6.13 mm 降至4.46 mm，改善率为27.24%；7 项不平顺指标改善效果均较为显著，改善率为17.81% ～ 49.49%；受轨距精改影响，该区段非基准轨（右轨）轨向不平顺由0.58 mm 降至0.43 mm，改善率为25.86%。

表3 组合作业前后轨道几何状态对比mm

根据表1—表3，分别计算轨距精改、大机精捣及组合作业模式下各项不平顺指标及TQI 改善（负值表示劣化）情况，见图3。

图3 不同作业模式下各项不平顺指标及TQI改善情况

由图3 可知：从整体TQI 改善效果来看，组合作业效果最佳，大机精捣次之，轨距精改效果最差；轨距精改后轨距不平顺改善效果最佳，左轨向不平顺次之，右轨向、左高低、右高低、水平、三角坑不平顺无明显改善；大机精捣后左轨向、左高低、右高低、水平、三角坑不平顺改善效果较好，轨距不平顺未发生变化，右轨向不平顺产生劣化；组合作业对7 项不平顺指标均有较大程度改善。可见，为同时获得轨道不平顺7 项指标和TQI 的良好改善效果，在普速铁路有砟轨道线路日常养维时可采用轨距精改与大机精捣组合作业模式。

3 结论

本文结合京九线线路条件和养维实践，建立了普速铁路有砟轨道轨距精改和大机精捣作业工艺流程，并选取典型区段针对轨距精改、大机精捣及二者组合作业效果进行了对比分析。主要结论如下：

1）轨距精改后，轨距不平顺改善效果最为显著，改善率为49.49%，非基准轨（左轨）轨向不平顺改善率为12.86%，其余不平顺指标变化较小，均在5.00%以内。轨距精改使左右轨向不平顺的一致性得到了明显提升。

2）大机精捣可有效改善左高低、右高低、基准轨（左轨）轨向、水平、三角坑不平顺，改善率为18.57% ～50.55%，无法改善轨距不平顺。当非基准轨与基准轨间轨向不平顺一致性较差时，大机精捣易对非基准轨轨向平顺性状态造成破坏。在大机精捣前进行轨距精改可实现左右轨向不平顺的同步改善。

3）为同时实现各项不平顺的全面改善，在对普速铁路有砟轨道线路进行日常养维作业时可采用轨距精改与大机精捣组合作业模式。

本文研究成果可为京九线有砟区段线路精细维修工作提供指导，同时也可为国内其他运营普速铁路日常养护维修作业提供参考。