国内外高速铁路线路养护维修浅析概要

国内外高速铁路线路养护维修浅析 1 国内外线路养护维修概况 1.1 我国线路养护维修简介 我国铁路线路养护维修主要是贯彻 “ 预防为主, 防治结合, 修养并重 ” 的维修原则, 按照设备 技术状态的各种变化不同程度地进行相应的维修工作。 线路检测以人工每月检查为主, 轨道 检查车主要负责线路的动态检查。 铁路线路的养护维修按周期有计划地进行, 分为综合维修、 经常保养和临时维修。 线路是列车高速、 安全运行的基础设施, 不论是整体, 还是各组成部分都要有一定的坚固性 和稳定性。 受自然条件的影响和列车荷载的作用, 线路设备的技术状态不断地发生变化。 为 适应高速运行和繁重运输任务的需要,必须采用先进的技术手段加强线路的养护维修工作, 以保证线路的质量和行车安全。 世界上一些国家在高速铁路线路的养护维修方面进行了大量 的探索和实践。 正确地认识和理解国外的实践成果, 结合我国客运专线线路设备的特点, 找 出适合线路检修的模式,是尽快提高我国线路检修水平的捷径。 1.2 国外高速铁路的发展及其养护维修特点 国外高速铁路发展三十多年, 尤其是近十多年以来迅猛发展飞速发展。 世界铁路处在各种交 通运输的激烈竞争中, 取得了高新技术, 在某种程度上, 铁路线路的质量代表了铁路技术的 水平和行车速度的高低,而保证线路质量的关键是做好线路维修养护。 国外铁路发展的共同特点是想将线路变为少维修或不维修的轨道, 以省力、 经济、 高效的新 型线路维修为目标。 维修水平主要表现在采用先进的检测系统、 高度机械化作业方式、 科学 诊断和自动化管理方面。 国外铁路的研究及经验证明 :在线路方面直接影响、控制行车速度的主要因素,一是线路的 平、 纵断面 :另一是线路的平顺性。 日本铁道线路专家佐藤吉彦在一次国际会议上指出 :“ 日本 东海道新干线, 花费的运营开支最少却能完成大盆高速列车安全运行的秘密, 在于建立较科 学的轨道不平顺维修管理系统 ”. 法国 TGV 的成功经验也证明,若提高和保持轨道结构的平 顺性,便可以满足 300km/h高速行车的要求。因此国外铁路近年来特别重视对轨道的诊断 监测, 高度机械化的维修以及自动化的科学管理, 以使轨道始终保持平顺状态, 提高旅客舒 适度,缩短列车运行时分。 近年来发达国家在轨道维修管理现代化方面正在实现三个转变 : ①从定性和传统经验管理向定量化科学管理转变。 ②对轨道状态和质量的检测从静态检测向动态检测、综合检测转变。 ③轨道管理系统从分散的单独系统向覆盖全路的综合化、网络化、智能化系统转变。 发达国家铁路都制订了本国轨道的管理目标值, 通过先进的检测车进行监测, 对高速铁路线 路平顺状态进行严格的管理。 2 日本新干线高速铁路工务养护维修简介 日本铁路自 1964年建成东海道高速新干线之后,已先后建设山阳新干线、东北新千线、上 越新干线,共计约 1800km 。维修工作由维修公司承担。日本的线路维修养护全面贯彻预防 性修理的指导思想, 设定预防性维修极限值, 在该阶段内实施修理, 对特殊情况进行事后修 理。 新干线由日本客运公司进行管理, 公司设立线路检查中心, 采用综合试验车来检查线路 的状态。检查结果直接输入综合数字通信网(ISDN ,以及时指导有关部门实施维修。 2.1日本高速铁路轨道检测 (1轨道检查车检测 日本新干线有四台检查车,分别负责四条新干线的轨道检查。日本轨道检查车检测数据分 1 0米弦长和 40米弦长两种,即中波长检测和长波长检测。主要检测项目包括高低、轨向、 水平、轨距、扭曲等轨道不平顺,检测周期均为每 10天一次。轨检车由线路技术株式会社 负责使用和维修。 ①中波长检测 中波长检测主要以 10米弦长测量高低、轨向等影响高速列车运行安全性和平稳性的轨道不 平顺。 ②长波长检测 长波长检测是将原始检测数据经滤波处理后换算成 40米弦长的高低、轨向不平顺。这种长 波长轨道不平顺对舒适度有较大影响。 (2振动加速度检测 日本新干线高速列车上装有车体振动加速度仪, 每天测试车体振动加速度以发现轨道的异常 状况。 (3人工检查 除轨检车每 10天进行一次轨道不平顺检测外,由保线所管理人员徒步巡回检查。为安全起 见, 白天在线路外 1米通道内步行检查, 在夜间 “ 天窗 ” 时间内可在轨道内检查整个线路情况。 这些检查包括 : ①每年两次的钢轨、道岔精密探伤。 ②道岔设备检查,每月 1次。 ③轨枕、扣件等材料检查每年 1次。 ④徒步巡视,有碴区段每周 1-2次,无碴区段两周 1次。 (4探伤车检查 日本新干线高速铁路共有 3辆钢轨探伤车, 其使用和维修与轨检车同样归属线路技术株式会 社承担,每年对新干线进行两次钢轨探伤。 (5动力测试 日本轨检车在检测轨道几何状态的同时, 还测量轮轨垂直力、 横向力、 脱轨系数等动力参数。 2.2日本新干线轨道养护维修管理 2.2.1 轨道状态的评价与管理标准 日本新千线高速铁路对轨道状态的评价与管理,既对局部轨道状态进行评价和管理,也对 5 00m 区段轨道状态进行评价和管理, 即用 500m 区段的轨道不平顺指数 P 值来评价轨道状态 的好坏。 一、局部轨道不平顺的管理 日本新干线对轨道状态的评价与管理分为五级, 随着列车速度的不断提高, 对轨道不平顺的 管理还增加了 40m 弦长的管理值。 (1验收目标值 :工程施工和维修作业完成后应达到的质量目标值。 (2计划维修目标值 :在制订维修计划时,为了决定应该作为整修对象的轨道变形位置的目标 值。 (3舒适度管理目标值 :为了确保列车的良好的乘车舒适度的目标值。 (4安全管理目标值 :是在必须实行慢行的限度之前进行预防性管理的目标值,当轨道不平顺 达到或超过该值时,将会对高速行车安全性有显著影响,应限期 (一般 15天 做紧急补修。 (5慢行管理目标值 :是当轨道不平顺达到或超过该值时,在安全管理上需要实行慢行的目标 值。当检测到超过该数值时,立即安排随后的列车慢行,并且在当天晚上进行紧急修理 . 二、区段轨道不平顺进行整体综合管理一 P 值管理 P 值则是 500m 轨道区段中,超过士 3mm 的采样点数占总采样点数的百分比。目前 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,可见轨 道的平顺性已达到非常好的程度。 P 值管理有 lom 弦的 P 值,高速时还增加了 40m 弦的 P 值。 2.2.2 轨道养护维修的组织实施及基地设置 日本新干线轨道养护维修工作完全外包给维修公司下属的维修基地承担 . 新干线内部的各保 线所只负贵轨道的检查、 监督外包养护维修作业的进度和质量, 统计和上报日常养护作业情 况。 新干线保线所一般管辖线路区段 40-60km , 平均 50km(双线 100km , 人员平均 1人 /km。 维修基地平均 50km 设置一个。维修基地均配有大型养路机械,如捣固车、清筛机、动力稳 定车、钢轨打磨车、轨道车等。日本新干线对钢轨的打磨约 1次 /年。 2.3 日本新干线高速铁路线路维修 “ 天窗 ” 时间 日本新干线白天的行车密度很大, 因此除了必不可少的巡回检查外。 全部维修养护作业都安 排在凌晨 0点一 6:00之间列车停运的时间带内,扣除确认车的时间,实际可供轨道维修作 业的时间约有 4小时。 3 法国高速铁路工务养护维修简介 法国国铁 (SNCF从 1981年建设第一条高速铁路以来,已建成高速铁路约 1018km(双线 2036km 。大部分维修工作由维修公司承担。法国铁路将轨道、车辆及其相互作用与轨道维 修作为一个系统来考虑。轨道状态通过步行和驾驶室目视检查,用 “ 莫赞 ” (MOZAN 轨检 车动态检查线路几何状态,检查结果作为制定短期和中期维修作业计划的依据。 3.1 法国高速铁路轨道检测诊断与检测制度 (1轨道检查车检测 法国国铁使用 “ 莫赞 ” 轨检车, 共五辆, 由法铁总局管理, 其中有一辆专用于高速线检查。 “ 莫 赞 ” 轨检车可检测轨道的高低、轨向、水平、扭曲、轨距等不平顺,用测 t 轴箱加速度来测 量轨面 1.6m 波长的短波不平顺 . 根据不同的维修要求, 检测数据可以以不同的数据方式输出。 法国 “ 莫赞 ” 轨检车在高速线上的检测周期是每 3个月检查一次 . (2人工检查 除轨道检查车定期检查外,白天利用 1-1.5小时的列车间隔时间在轨道上徒步检查;其他通 过路边或添乘 TGV 列车检查。 (3随车检查 工区负责人每 2周添乘 TGV 列车一次。 (4振动加速度检测 每 2周将一辆检查车编入 TGV 车组内,进行车体、转向架的垂直、横向加速度检测。 (5探伤车检查 用探伤车对钢轨和道岔每年进行 1-2次探伤检查。 (6每日凌晨在开行第一列 TGV 旅客列车前,开行一列以 160km/h速度运行的无乘客 TGV 列车,以检查轨道有无异常情况。 3.2 法国高速铁路轨道维修管理 3.2.1 轨道状态的评价及管理标准 一、局部轨道不平顺实行分级管理 法国高速铁路对轨道状态的维修管理按轨道的质皿状态分为四级 : (1目标值 (VO一指新线铺设或维修作业后应达到的质量标准。 (2警告值 (VA 一对达到或超过该值的轨道不平顺要实施重点观测,分析其发展变化情况并 做出维修计划。 (3干预值 (VI一对于达到或超过该值的地点或区段实施必要的维修作业,一般在 15天内予 以实施并使其达到目标值。 (4限速值 (VR一对于达到或超过该值的地点或区段列车必须降速行驶,并以任何可能的手 段包括手工作业予以整治。 法国高速铁路除对轨道的质量状态进行评价与控制外, 还用车体振动加速度和转向架振动加 速度来评价轨道质量状态。 根据试验研究结果, 长波长轨道不平顺对高速列车舒适性的影响较为显著, 因此, 法铁对轨 道不平顺的管理用 “ 传统基长 ” 和 “ 扩展基长 ” 两种检测数据来评价、管理、维修轨道。 二、区段轨道不平顺的管理 用整体平顺性进行综合评价和管理。一般用 300m 区段轨道不平顺绝对值的滑动平均指数 e 来对 300m 区段轨道不平顺进行综合评价管理 : 式中 y(x为轨道不平顺函数。 法国高速铁路的维修计划主要按照该综合指数来制定。并将其分为上限值与下限值。 上限值是一临界上限值, 超过该值意味着轨道平顺状态将迅速恶化, 仅通过机械起拨道捣固 作业难以将线路恢复至应有的等级质量。 下限值是一提示目标值,在此值之下说明轨道平顺状态良好,不需要进行维修 (除局部维修 外 ,达到或超过该值时,则需要安排维修。 3.2.2 轨道养护维修的组织实施 法国高速铁路轨道的养护与维修工作主要外包给维修公司承担, 各地区局所辖高速线的工务 段各工区主要负责局部轨道病害的处置及小修小补。 法国高速铁路的维修工作由路外维修公司承担。 维修公司配备有大型机械, 按铁路工务部门 与之签定的合同进行轨道维修。 这些大型机械包括起拨道捣固车、 配碴整型车、 动力稳定车、 钢轨打磨车等。主要的维修工作包括起道、捣固、轨向拨正、轨头打磨等。 法国高速铁路为使线路的维修组织科学合理,不仅沿高速线每 20-25km 设一处渡线以便于 在维修封闭一股线时,另一股线双向行驶,而且沿线各工务段均设有维修基地。 通过科学的轨道养护维修管理和机械化轨道维修、 钢轨打磨, 法国高速线轨道的维修捣固作 业基本上稳定在 3年左右。 特别是由于采取了在捣固作业后紧接进行钢轨打磨, 使维修工作 量减少了 50%,因此钢轨打磨己成为法国高速铁路最重要的维修措施之一。 3.3 法国高速铁路线路维修 “ 天窗 ” 时间 法国 TGV 高速铁路线路维修的 “ 天窗 ” 时间一般安排在列车停运的夜间约 6小时进行,其中 3小时为双线同时中断行车 (因夜间有少量邮政列车通过 。随着客运量的不断增加,夜间停 运的时间可能缩短,但最短不得短于 3.5小时。 法国 TGV 高速铁路还在白天安排 1~1.5小时的 “ 天窗 ” 时间,该 “ 天窗 ” 时间为两列 TGV 列 车的间隔时间。 其目的是使线路工区负责人进行线路检查, 以及突发性严重故障的紧急处置。 5 国内外线路养护维修差异性分析 5.1 高速铁路线路养护维修核心内容 高速铁路线路养护维修的主要特点是按设备的状态进行必要的适度维修, 即 “ 状态修 ” 。 线路 “ 状态修 ” 是以线路设备运用状态为基础, 通过监测手段来掌握线路设备的工作状态, 对照状 态标准分析确定线路设备是否处于正常状态, 在线路设备状态临近失效控制线但尚未出现故 障时, 进行适当和必要的维修, 做到既不失修也不过剩修, 避免养护维修中的盲目性, 使设 备始终处于可靠受控状态。 5.2 线路的检测 线路的检测是获得线路设备技术状态信息、 掌握线路设备变化规律、 编制维修作业计划和分 析设备病害的主要依据。近年来,随着计算机和检测技术的发展,轨道检查车为线路的 “ 状 态修 ” 提供了技术支持,其动态检测资料为线路的养护维修提供了科学的依据。 目前, 轨道检查车广泛应用于日本、 法国、 德国等国家高速铁路线路的检测, 线路的检查以 综合轨检车为主, 以营业列车和人工巡道为辅。 检测的结果则是通过专用的网络传输到有关 部门,并建立相应的管理系统来处理检测的数据,指导线路的维修工作。 我国的线路检测依然是以人工每月检查为主。 轨检车、 车载添乘仪所测得的线路质量信息要 经过工区检查、车间汇总、报段整理后才能用于指导养护维修,时效性低、误差多,不能满 足设备综合分析的需要。因此如何做到线路状态信息检测工作的定性监测与定量检测相结 合,加快信息传递是我国客运专线线路检测应该重点考虑的问题。 随着计算机的应用和普及, 利用计算机技术对线路状态进行实时监控已成为现实, 地理信息 系统就是一个有效的工具。 用地理信息系统将轨检车和车载添乘仪自动生成的设备数据与线 路平面图连接, 做到实时监控线路状态。 深入分析每次检测数据, 同时将生成的数据与历史 数据进行对比, 找出重点病害对象。 建立综合信息传输网, 注意信息质量和信息的共享, 以 便有关部门及时制定检修对策。 用轨检车检查线路, 用管理信息系统管理线路设备数据, 指 导养护维修工作是发展趋势。 标准的界定是线路检测的关键。 在标准的制订上各国都有自己的特点, 如德国坚持大修施工 的“复旧思想”;法国将轨道的质量状态分为四级(目标值、警告值、干预值和限速值, 用于指导线路的养护维修;日本针对具体设备给出具体的标准。 我国和日本的做法大致相似。 随着客运专线的发展, 我国对线路养护维修标准的要求也越来 越高, 因此要在吸取国外经验的基础上, 结合我国的特点, 使线路的养护维修做到灵活和统 一。 5.3 线路养护维修修程修制 国内外线路养护维修的基本内容主要包括路基、道床、轨枕和钢轨的养护维修，连接部件和 轨道加强设备的更换养护，道岔的养护维修，道口及一些标志的维修和更换。 线路的修程主要是指线路的修理类型、 修理周期和具体的修理内容。 由于国内外线路在基本 结构、运行状态等方面存在差异，所以在修理类型和具体的施工作业方法上也有所不同，但 是在养护维修基本的内容和维修的周期上差异不大。 应用 “状态修” 维修模式是客运专线线路养护维修工作中应重点考虑的问题。 目前国内外 “状 态修”在线路养护维修方面的应用还不是很成熟。因此，结合“状态修”的特点，借助现代 化的技术手段，使“状态修”在线路养护维修方面的技术日趋成熟。 5.4 线路养护维修体制 目前， 我国线路养护维修是铁道部—铁路局—基层站段的三级运营管理模式， 线路的养护维 修的组织管理可分为“修养分开”和“修养合一”两种形式。“修养分开”主要有三种组织 形式：一是机械化线路维修段负责综合维修，工务段配合，负责经常保养和临时补修；二是 工务段直接领导的机械化维修队负责综合维修， 养路领工区配合； 三是养路领工区下设的机 械化工队负责综合维修， 保养工区配合。 “修养合一” “修养分开” 与 最主要的区别就是 “修 养合一”由机械化工队或养路工区负责全面线路养护维修工作。 国外的“修养分开”与我国在工作组织上存在很大不同。日本新干线的维修工作均是由非铁 路部门的专业承包商以承包的方式进行作业。 主要维修设备产权属各铁路客运公司， 租借给 承包商，小型维修机具由承包商自行购置。 因此铁路客运公司基层养护维修部门的主要业务是工程发包管理、 维修检查等。 这种管理模 式为提高维修质量以及发展维修技术提供了一个良好的平台。 我国线路养护维修组织管理应 该以实现彻底的“修养分开”为目标，鼓励专业维修公司的发展，注重线路维修质量以及维 修新技术的应用，以适应客运专线的养护维修。 5.3 线路养护维修修程修制 国内外线路养护维修的基本内容主要包括路基、道床、轨枕和钢轨的养护维修，连接部件和 轨道加强设备的更换养护，道岔的养护维修，道口及一些标志的维修和更换。 线路的修程主要是指线路的修理类型、 修理周期和具体的修理内容。 由于国内外线路在基本 结构、运行状态等方面存在差异，所以在修理类型和具体的施工作业方法上也有所不同，但 是在养护维修基本的内容和维修的周期上差异不大。 应用 “状态修” 维修模式是客运专线线路养护维修工作中应重点考虑的问题。 目前国内外 “状 态修”在线路养护维修方面的应用还不是很成熟。因此，结合“状态修”的特点，借助现代 化的技术手段，使“状态修”在线路养护维修方面的技术日趋成熟。 5.4 线路养护维修体制 目前， 我国线路养护维修是铁道部—铁路局—基层站段的三级运营管理模式， 线路的养护维 修的组织管理可分为“修养分开”和“修养合一”两种形式。“修养分开”主要有三种组织 形式：一是机械化线路维修段负责综合维修，工务段配合，负责经常保养和临时补修；二是 工务段直接领导的机械化维修队负责综合维修， 养路领工区配合； 三是养路领工区下设的机 械化工队负责综合维修， 保养工区配合。 “修养合一” “修养分开” 与 最主要的区别就是 “修 养合一”由机械化工队或养路工区负责全面线路养护维修工作。 国外的“修养分开”与我国在工作组织上存在很大不同。日本新干线的维修工作均是由非铁 路部门的专业承包商以承包的方式进行作业。 主要维修设备产权属各铁路客运公司， 租借给 承包商，小型维修机具由承包商自行购置。 因此铁路客运公司基层养护维修部门的主要业务是工程发包管理、 维修检查等。 这种管理模 式为提高维修质量以及发展维修技术提供了一个良好的平台。 我国线路养护维修组织管理应 该以实现彻底的“修养分开”为目标，鼓励专业维修公司的发展，注重线路维修质量以及维 修新技术的应用，以适应客运专线的养护维修。 6.3 我国高速铁路的运用维修 6.3.1 综合维修 高速铁路的综合维修采用综合检测列车、 钢轨探伤车和轨道状态确认车等， 实现对轨道几何 状态、接触网及受流状态、通信信号设备工况、钢轨表面及内部伤损、轨道部件状态、线路 限界侵人等的定期检测和临时检测，向调度指挥中心（综合维修系统）、地面维修部门发送 信息，并作为制定维修计划和安排综合维修天窗的主要依据。中国高速铁路综合维修：借鉴 国外经验，结合中国高速铁路的具体情况，建立包括各专业的综合维修体系。利用现代化的 维修、检测手段进行“天窗”修：合理安排维修“天窗”，采用先进的综合维修、检测手段， 确保高速铁路安全、高效地运营。 6.3.2 高速综合检测列车 综合检测列车是实施定期检测、综合检测和高速检测的重要手段。实现对轨道、接触网、通 信信号等基础设施的综合检测。 充分利用我国已开发出的高速动车组。 结合先进的综合检测 技术和设备， 通过系统集成， 开发我国 300km/h 高速综合检测列车。 综合检测列车主要装备： 录象装置、架线间隔测定装置、ATC 侧定装置、列车无线设备测定装置及测定台；轴重横压 测定轴、轴箱侧定加速度计；轨道高低变位和车辆摇动测定装置、线路状态监视装置、轮重 横压数据处理装置和录象装置；架线磨耗偏位高低测定装置、集电状态监视装置、受电弓观 测装置；电力测定台、数据处理装置、供电回路测定装置、车次号地面设备侧定装置。 结语 经过多年的科技攻关、试验验证、工程实践，我国自主创新的高速铁路技术体系已经初步建 立，已具备高速铁路固定设施和移动设备自主设计、制造、生产能力；中国经济的持续快速 发展和国力的极大增强， 为我国建设高速铁路提供了巨大的市场需求和资金保障。 只要我们 充分发挥我国集中力量办大事的优势，吸收世界高速铁路先进、成熟的技术成果，创新完善 提高， 精心组织、 精心设计、 精心施工， 就一定能建设出具有中国特色的世界一流高速铁路， 一定能形成具有自主知识产权的高速铁路技术体系。