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高速轨道不平顺管理标准和方法部基础设施检测中心陈东生jichusuo@21cn.com内容一、轨道不平顺管理二、轨道平顺性控制标准及关键技术三、轨道不平顺管理方法及特征描述四、控制轨道平顺性的主要技术措施一、轨道不平顺管理轨道变形分为弹性变形和永久变形，其表现为轨道不平顺。轨道不平顺对高速行车安全、车辆振动、噪声、轮轨作用力都有重要影响，是直接限制行车速度的主要因素。实践证明，只有高平顺的轨道才能确保列车高速、安全、平稳、舒适运行品质。高速铁路运输要求轨道有别于一般铁路的主要特点：高平顺性。（从这个意义讲，高速铁路轨道修理的核心就是解决高速铁路的平顺性问题）一、轨道不平顺管理技术•高平顺性：对路基、桥梁、轨道结构、道岔等的设计；对线路施工方法、机具的选择；对钢轨的平直性；对轨道部件的性能参数以及轨道的维修等各方面；提出了更高、更严格的要求。一、轨道不平顺管理技术高平顺要求是高速铁路线、桥设计和线路施工的控制性条件。既使路基、桥梁、轨道结构符合强度条件的要求，不一定能满足平顺性条件，高速铁路满足强度条件易，满足平顺性条件难。满足了高平顺要求，便能大幅度降低车辆振动和轮轨相互作用力，使强度条件和行车安全都能得到可靠保证。一、轨道不平顺管理技术高速铁路的平顺性控制，涉及路基、桥梁、轨道结构等多方面的设计、施工、检测评定、维修管理等各个环节。轨道不平顺管理技术是确保各个环节安全可靠的关键技术。轨道平顺状态发展的各阶段一、轨道不平顺管理技术轨道状态监测：轨检车、动检车、便携式检查仪等轨道状态评价：优良、中等、恶化轨道状态维护：保持、养护、恢复轨道状态管理：安全、平稳、经济、合理1.1轨道不平顺种类轨道不平顺：是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差。凡是直线轨道不平、不直，与轨道中心线位置和轨道髙度、宽度正确尺寸的偏离；曲线轨道不园顺，偏离曲线中心线位置，偏离曲率、超高、轨距的正确数值，偏离顺坡变化尺寸等的轨道几何偏差。通称轨道不平顺。轨道几何不平顺的种类很多，可按其对机车车辆激扰作用的方向、荷载作用形式、不平顺的波长等分类。1.1不同激扰方式轨道不平顺垂向轨道不平顺：高低、水平、扭曲、轨面短波不平顺；钢轨轧制校直过程中形成的垂向周期性不平顺。横向轨道不平顺：轨向、轨距；钢轨轧制校直过程中形成的横向周期性不平顺。复合不平顺：轨向水平逆向复合、曲线头尾的几何偏差。1.2荷载作用方式下不平顺静态动态1.3不同波长轨道不平顺类型波长范围幅值范围不平顺种类主要影响短波数毫米至数拾毫米0.02～1.0mm轨面擦伤、剥离掉块、波纹磨耗、焊缝轮轨动作用力，噪声，运营成本(高速时影响大增)数百毫米0.1～2..0mm波浪形磨耗、轨枕间距中波2～3.5m周期性0.1～2.0mm新轨轨身不平顺快速、高速车振动舒适性3～30m非周期性1～40mm高低、轨向、扭曲、水平、轨距轮轨动作用力,噪声，安全、平稳舒适性，运营成本费(高速时影响增大)12.5m及25m等与轨长有关的周期性1～30mm接头、焊缝处道床沉降形成的周期性高低不平顺长波30～100m1～60mm路基、道床不均匀沉降，中跨桥梁挠曲变形桥梁、隧道头尾刚度差异快速、高速列车振动舒适性影响列车运行的敏感波长不平顺谐振波长与机车车辆自振频率、速度的关系波磨是指钢轨顶面上出现的波状不均匀磨耗。按其波长分为短波（波纹型磨耗）和长波（波浪型磨耗）两种。波纹型磨耗波长约50mm～100mm，幅值0.1～0.4mm周期性不平顺；波浪型磨耗波长100mm～3000mm，辐值2mm内周期性不平顺。轨道不平顺不仅幅值和波长的变化范围大，且其影响也各不相同。短波不平顺可能引起簧下质量与钢轨间的冲击振动，产生很大的轮轨作用力。周期性成分可能引起机车车辆的谐振，而中、长波尤其是敏感波长成分常常是引起车体产生较大振动的重要原因。1.4轨道不平顺成因各种轨道不平顺对行车的影响影响种类车辆振动轮轨力后果安全性舒适性寿命状态高低浮沉、点头垂直力增减载促进脱轨垂向加速度大寿命缩短水平侧滚垂直力增减载促进脱轨侧滚加速度大寿命缩短扭曲侧滚垂直力增减载引发悬浮脱轨侧滚加速度大寿命缩短轨向侧摆、摇头横向力增大引发爬轨脱轨侧向加速度大状态恶化轨距引发落下脱轨轨向水平复合侧摆、侧滚横向力增大垂力增减载引发爬轨、悬浮脱轨垂向加速度大侧向加速度大寿命缩短状态恶化轨面短波轮轨高频冲击振动垂向冲击力增大促进断轨断轴噪声伤损松动轧制不平顺周期性振动周期性轮轨力增大垂向加速度大轨道状态恶化试验结果分析不平顺幅值、波长、速度的相互影响波长与速度一定时，幅值越大，引起的车辆振动和轮轨作用力响应越大；幅值与速度一定时，波长越长，影响越小，非线性递减，但敏感波长、周期性的谐振波长影响较大。幅值与波长一定时，速度越髙，影响越大，非线性递增。高速轨道不平顺与车辆相互作用特点幅值微小的轨面不平顺也可能引起轮轨强烈地冲击振动，产生较大的轮轨作用力；小幅值不平顺对车辆振动舒适性的影响增大；影响高速铁路行车的轨道不平顺波长范围扩大；激振频率1Hz左右的具有谐振波长特征的轨道不平顺影响显著；高速铁路容易产生的与车辆转向架或车体主振频率相同的周期性轨道不平顺应高度重视。轨面微小不平顺引起轮轨冲击力轨面微小不平顺引起的轮轨冲击力0.2mm微小焊缝迎轮台阶形不平顺，300km/h时引起的轮轨冲击性高频作用力（P1）可达722kN，低频轮轨力（P2）达321kN，可加速道碴破碎、道床路基产生不均沉陷，从而形成较大的长波不平顺。轨面短波不平顺引起的巨大轮轨作用力，可引发钢轨、轮轴断裂，导致恶性脱轨事故。小幅值不平顺对人体舒适性影响幅值5mm波长40m的连续轨向不平顺，在160km/h下引起的振动很小，在300km/h髙速时，却能使车体横向产生频率2Hz，加速度为0.07g(RMS值为0.045g)的横向持续振动。幅值10mm波长40m连续的高低不平顺，在160km/h下引起的车体振动和轮轨动作用力很小，容许存在。但在300km/h高速时，可使车体垂向产生振动频率2Hz，加速度为0.18g(rms值为0.13g)的持续振动。持续时间较长时，乘客的血压、脉博、呼吸、消化等身心健康将受到严重影响。小幅值不平顺对人体舒适性影响根据ISO2631/1-85国际振动环境“工作能力减退”限度标准，乘务员在2Hz，0.07g的横向振动环境下，3小时后就会疲劳，工作能力下降，司机的判断、应急能力就会明显减退。通过大量人体乘车舒适性试验，为保障旅客阅读、餐饮不受干扰，规定局部轨道不平顺引起的瞬时作用的垂向加速度不得大于0.12～0.15g，横向加速度不大于0.1～0.12g。轨面微小不平顺引起的轮轨冲击力实践证实：高速条件，钢轨焊缝不平、轨面剥离、擦伤、波形磨耗等各种微小的轨面短波不平顺都是产生严重轨道不平顺，恶化轨道几何状态的重要根源；同时也是引起线路周边环境噪音的主要因素。高速轨道不平顺管理波长范围扩大高速铁路有影响的轨道不平顺波长范围也随之扩大。长波不平顺对车体振动的影响变得不可忽视，因此必须监控校正的波长范围也大为增加。轨检车可测波长范围需增大大型养路机具的基线长需加长中跨桥的挠度需减小（刚度需增大）严格控制与车辆主振频率相同的周期性不平顺高速铁路具有主型车辆相对固定、车辆主振频率比较单一、区间行车速度基本固定的特点，使得高速铁路轨道容易产生与车辆转向架或车体主振频率相同的危害极大的周期性不平顺。根据列车敏感的轨道不平顺波长可知，在300～350km/h运行条件下，产生车体振动的轨道不平顺敏感波长在40～100m范围，转向架的敏感波长在7～12m范围。严格控制与车辆主振频率相同的周期性不平顺针对高速轨道上容易产生的40～100m、7～12m二个波段的周期性不平顺，应特别注意。我国钢轨轨身轧制过程产生的横向或垂向周期性不平顺（波长2.8～3.2m），在300～350km/h时所产生激扰频率正是轨道的共振频率，非常有害。影响列车运行的敏感波长不平顺二、高速铁路平顺性控制标准及关键技术2.1国外高速铁路轨道不平顺管理标准（日本、德国、法国）2.2国内高速铁路轨道不平顺管理标准2.2.1建设阶段轨道初始不平顺控制标准：2.2.2新线开通运营后的轨道不平顺控制标准：2.1国外高速铁路轨道不平顺管理标准（日本、德国、法国、美国、韩国）2.1.1建设阶段轨道初始不平顺控制标准：钢轨平直性控制标准轨道铺设精度控制标准（作业验收标准）2.1.2新线开通运营后的轨道不平顺控制标准：高速铁路轨道不平控制管理标准日本管理值定义验收目标值：维修作业和工程施工后应达到的质量目标值。计划维修目标值：为在制订维修计划时，确定需要进行维修的轨道不平顺的管理目标值。舒适度管理目标值：为确保列车良好舒适度的目标值。安全目标管理值：当达到或超过该值时，将会对高速行车安全性有较显著的影响，因此应限期（一般15天）紧急补修。慢行管理目标值：当达到或超过该值时，列车必须降速慢行，并以任何可能的手段立即予以消除。2.1国外高速铁路平顺性控制标准日本新干线轨道不平顺管理目标值类别单位作业验收计划维修舒适性管理安全管理限速管理高低mm≤4671015轨向mm≤34469轨距mm≤±2+6，-4+6，-4+6，-4水平mm≤355710m弦法平面性mm/2.5≤3456高低mm10（210km/h）40m弦法轨向mm7（210km/h）轨道不平顺轨面凹凸不平顺mm/m0.300.60垂向g(峰峰值)0.250.250.350.45车体加速度横向g(峰峰值)0.200.200.300.35区段管理标准-P值P值是指500m轨道区段中，超过±3mm的采样点数占总采样点数的百分比。P值管理仅限于高低和轨向两项：东海道新干线的高低P值约为1.5，轨向P值约为0.3。德国轨面短波不平顺控制标准测量基长(m)容许值(毫米)0.03~0.250.020.25~1.00.11.0~3.00.32.1国外高速铁路平顺性控制标准德国管理值定义限界值名称含义SR0线路开通运营之初，轨道的平顺状态。SRA当轨道不平顺值超过此值时，表示有必要从经济的角度考虑安排补救性的维修。SR100表示轨道的不平顺已达到技术或经济的一个界限值。当轨道不平顺超过此值时，即要求在下一次常规检查之前进行维修，维修的最后时间是由轨道不平顺值超过SR100的程度和出现的轨道不平顺类型决定的。当轨道不平顺值超过SR100时，可能会出现如下情况，即在下次常规检查之前如果不进行维修轨道不平顺偏差值可能会超过SRlimSRlim它表示轨道功能的完整性将会被削弱。维修工作必须立即进行。根据相应的规范还要采取进一步的措施，如在维修工作未完成之前所有通过列车的速度须降至40km/h。SR极限值线路已不适合运营，须关闭进行维修。2.1国外高速铁路平顺性控制标准德国：德国高速铁路轨道不平顺管理标准德国铁路无碴轨道工程的技术要求原则上，按DS820和相关法规进行验收。对无碴轨道的验收作出以下补充：（1）验收施工单位根据883.0031规范规定对于已完成试验的线路进行自检，并提交有关参数检测结果的图表、资料之后才可提出验收申请。线路高低和方向的检测要求：（一般波长）用30米弦长；检验点和校算点之间的距离为5米（相当于8个轨枕间隔）；两个相距为5米的相邻检验点和校算点的实际矢高差与理论矢高差之间的误差≤2mm；在每个轨枕位置均须检测。德国铁路无碴轨道工程的技术要求原则上，按DS820和相关法规进行验收。对无碴轨道的验收作出以下补充：（1）验收线路高低和方向的检测要求：（长波）用300米弦长；检验点和校算点之间的距离为150米（相当于240个轨枕间距）；两个相距150米的相邻检验点和校算点的实际矢高差与理论矢高差之间的误差≤10mm；在每个轨枕位置均须检测。德国铁路无碴轨道工程的技术要求原则上，按DS820和相关法规进行验收。对无碴轨道的验收作出以下补充：（1）验收轨道高程和平面位置(轨道相对于