高速铁路讲课

1、一、前言二、轨道不平顺的分类 三、轨道不平顺的特征描述 四、轨道不平顺与机车车辆的相互作用五、轨道平顺状态的监测六、轨道平顺状态的评定及不良状态的诊断七、轨道平顺状态的管理及管理标准八、轨道平顺状态的计算机管理 我国快速、高速铁路发展概况 轨道结构的特殊性平顺性问题 深入了解轨道不平顺问题的重要性 我国提速研究试验工作从上世纪七十年代中期开始，经过九十年代初广深准高速开通，和四次干线提速，已取得很大进展,目前正在进行的第五次提速工作计划于2004年4月18日展开.第六次提速有可能在2005年前展开.全路主要干线客车行车速度己提高到120-140km/h；京沪、京广、京哈三大干线重点区段已到14

2、0-160km/h，广深己达200km/h。明年将达到160km/h,实验列车速度达km/h，通过我段管内分钟，到北京多小时高速铁路技术已获突破性进展，秦沈客运专线已経建成，近期将开通试运行。试验段时速已达321.5km/h。已实现一次铺成跨区间高平顺性无缝线路。高稳定性路基、大号码道岔、新型板式、整体轨下基础都已获成功主要大城市间的高速客运专线建设规划已经提出，北京、深圳、上海、哈尔滨等大城市间都要新建或改建高速客运专线。十年左右将建设8000公里高速客运专线。京沪高速铁路建设的前期准备工作，如方案比较、线桥设计、维修管理暂行规定等己基本完成，近期即可上马开工。当前提速、和高速发展遇到的主要

3、问题： 1，磁悬浮与轮轨系统之争 2，提速区段货车蛇行失稳引起的直线段脱轨和直线钢轨交替侧磨 铁路轨道是一种特殊的结构物,它大多支承在密实度和弹性都很不均匀的道床和路基上,却要承受很大的随机性列车动荷载的反复作用。与一般工程结构物相比,它具有下列特点，和由这些特点引出的特殊问题-轨道的平顺性问题轨道的平顺性问题 : 在列车荷载作用下,轨道不可避免地产生不均匀残余变形,其几何尺寸、平顺状态是经常变化的。 轨道除需满足强度条件外,还必须严格满足平顺性的要求。即使轨道各部件的应力和弹性变形都在允许范围内，若轨道不平顺超过一定限度仍不能用。 轨道是一种需要不断进行养护维修才能完成其使命的特殊结构物，校

4、正轨道不平顺的养护维修工作量很大,并且必需占用区间（不可能像机车车辆那样在车间进行）。 轨道平顺状态在有无列车作用时差别较大,检测列车作用下的动态不平顺需要复杂的装备和技术。 以上特点都涉及一个其它工程结构物没有的，轨道结构特有的，十分重要的轨道平顺状态变化、监控管理问题。 轨道不平顺是轮轨系统车辆所受到的主要激扰，是引起机车车辆产生振动和轮轨动作用力的主要原因，对行车安全、平稳、舒适性和轮轨部件寿命，城市、车间噪声都有重要影响。 轨道平顺性是轨道结构综合性能和承载能力的重要体现。 在快速、高速条件下轨道不平顺的影响更大。是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。 快速、速高速铁路必须具有高平顺性

5、。高平顺性是高速铁路线桥设计、线路施工和选择轨道结构的控制性技术条件，是关系高速铁路建设成败的关键性向题。 校正轨道不平顺，经常保持轨道的平顺性是一项技术性很强，花费很大，十分繁重的工作。对平顺性问题不了解，就很难做好轨道维修管理工作。 轨道不平顺也是机车车辆动力学设计，确定悬挂减振参数不可缺少的主要输入函数。 为了研究轮轨相互作用，研究车辆、轨道动力学性能，进行动力学试验、计算机仿真，必须定量研究轨道不平顺。 从事铁路设计施工、轨道维修管理、机车车辆转向架设计、铁路安全监察的科技人员和领导干部都必须深入了解轨道的平顺性问题。 轨道不平顺的种类很多，可按其对机车车轨道不平顺的种类很多，可按其对

6、机车车辆激扰作用的方向、不平顺的波长或形状特征、辆激扰作用的方向、不平顺的波长或形状特征、显现记录时有无轮载作用等分类显现记录时有无轮载作用等分类 2.1 按对车辆激扰方向区分的种类按对车辆激扰方向区分的种类2.2 按轨道不平顺波长区分的类型按轨道不平顺波长区分的类型 2.3 按轨道不平顺形状特征区分的类型按轨道不平顺形状特征区分的类型2.4 静态和动态轨道不平顺静态和动态轨道不平顺2.1.1 垂向轨道不平顺垂向轨道不平顺 高低、水平、扭曲、轨面短波不平顺高低、水平、扭曲、轨面短波不平顺 新轨垂向周期性不平顺新轨垂向周期性不平顺 2.1.2 横向轨道不平顺横向轨道不平顺 轨向、轨距轨向、轨距

7、新轨横向周期性不平顺新轨横向周期性不平顺 2.1.3 复合不平顺复合不平顺 方向水平逆向复合方向水平逆向复合 曲线头尾的几何偏差曲线头尾的几何偏差 轨道高低不平顺指沿钢轨长度在垂向的凸凹不平,它是由线路施工和大修作业的高程偏差、桥梁挠曲变形、道床和路基的残余变形沉降不均匀、轨道各部件间的间隙不相等、存在暗坑吊板以及轨道垂向弹性不一致等造成的。 水平不平顺即轨道同一横截面上左右两轨顶面的高差。在曲线上是指扣除正常超高值的偏差部分,在直线上也是指扣除将一侧钢轨故意抬高形成的水平平均值后的偏差。 轨道平面扭曲(一般称三角坑)即左右两轨顶面相对于轨道平面的扭曲。用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数

8、差度量。 国际铁路联盟UIC ORE B55专门委员会将所谓“一定距离”定义为“作用距离”，指轴距、心盘距。扭曲 = a - （ -b ） 即钢轨顶面小范围内的不平顺,它是由轨面不均匀磨耗、擦伤、焊缝不平、接头错牙等形成的。 周期性的： 波纹磨耗、波浪形磨耗 非周期性的：轨面擦伤、剝离掉块、焊缝不平、接头错牙等。周期性波浪形短波不平顺攀钢轨 波长3.2米法国轨 轨道方向不平顺指轨顶内侧面沿长度方向的横向凸凹不平顺,由铺轨施工和大修作业的轨道中心线定位偏差、轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横向弹性不一致等原因造成。 即在轨顶面以下16mm处量得的两轨间内侧距离相对于标准轨

9、距的偏差,通常由于扣件不良、轨枕挡肩失效、轨头侧面磨耗等造成。攀钢轨 波长1.6米法国轨攀钢轨 波长3.2米 在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存称为轨道复合不平顺。 已证实方向水平逆相复合不平顺和曲线头尾的几何偏差对行车安全有严重影响。 在曲线圆缓点区、缓直点区，超高、正矢、轨距顺坡起点、终点不一致或不匹配形成的几何偏差 对行车平稳舒适和安全也有不可忽视的影响。 为提速需延长缓和曲线时应特别注意 需查看轨检车记录图或用人工测量耒识别波长类型波长类型波长范围波长范围幅值范围幅值范围不平顺种类不平顺种类主要危害主要危害短波短波数毫米至数拾毫米0.1-2.0毫米 轨面擦伤、剥离、 波纹磨耗、焊缝

10、轮轨动作用力噪声，设备寿命，运营成本数百毫米0.1-3.0毫米 波浪形磨耗、轨枕间距中波中波2至3.5米周期性0.1-3.0毫米新轨轨身不平顺快速、高速车振动舒适性3至30米非周期性1.0-50.0毫米高低、轨向、扭曲、水平、轨距安全、平稳、舒适性，运营成本长波长波30至200米1.0-100.0毫米 路基道床不均匀沉降，中跨桥梁挠曲变形，桥梁、阥道头尾刚度差异快速、高速列车 振动舒适性一、余弦型不平顺二、抛物线型不平顺三、突台型四、台阶型 顺向台阶型 逆向台阶型五、S弯型六、正弦周期型七、日本归纳的接头焊缝不平顺波形 无缝线路、重型轨道结构、板式轨道、整体道床轨道上的许多轨道不平顺波形都与余

11、弦形特征波形类似，可近似地视为余弦型不平顺，用下式描述：CxAy2cos12 软土地段、翻漿冒泥处、暗坑吊板、缓和曲的不平顺也多呈余弦形。 有缝线路栓接接头区、无缝线路的缓冲区、胶接绝缘接头和道岔区的不平顺顶部较尖，多与抛物线形类似，可近似视为抛物线形不平顺，用下式描述：1222121212212/2212/2cceeeeeAyccccccxcccx 道口、涵洞、桥台过渡区的不平顺多呈现突台形12221212122121cceeeeeAAycccccxccx静态轨道不平顺 无轮载作用时,人工或轻型测量小车测得的不平顺通常称为静态不平顺 静态不平顺不能反映暗坑吊板和弹性不均匀等形成的不平顺，往往

12、也只能部份反映道床路基不均匀残余变形积累形成的不平顺。静态不平顺只是真实完整的轨道不平顺在无列车轮载时，部份的、不确定的、甚致虚假的表像动态轨道不平顺 用轨检车测得的在列车车轮荷载作用下才完全显现出来的轨道不平顺通常称为动态不平顺。 真正对行车安全,轮轨作用力,车辆振动产生实际影响的轨道不平顺是动态不平顺。因此,各国轨道不平顺的各种维修管理标准，尤其是安全管理标准,大多是动态不平顺值。静态动态 同一地段动态不平顺与静态不平顺的波形有较大差异。暗坑、吊板越多,不良扣件越多,道床密实度越不均匀，差异越大。一般动态不平顺的幅值越大，静、动态之间的差异也越大。 新线铺轨或大修、维修作业刚完工时，动态不

13、平顺与静态不平顺的差异较小，起道捣固、拨道作业的质量越好越均匀，两者的差异越小。 相同轨道结构、不同种类的轨道不平顺，动、静态幅值之间的差异和相互关系各不相同。 动、静态不平顺的幅值不存在一一对应的函数关系,一个静态值可能对应一组动态值,一个动态值也可能对应一组静态值。可在一定置信度的条件下,求出相互对应的最大可能值,绘制出静、动态不平顺的统计关系曲线。I-I是静态值与动态值的平均值关系曲线,II-II是静态值与动态值的最大可能值的统计关系曲线(置信度为95%)。1, 轨道不平顺的随机性2, 轨道不平顺的局部波形特征3, 轨道不平顺幅值的统计特征4, 轨道不平顺的功率谱密度和功率谱图 实际存在

14、的轨道不平顺都是经常变化很不规则的，不同位置轨道不平顺的幅值和波长都各不相同。轨道不平顺波形大多不是单一规则的简谐波、三角波或抛物线形波，而是由许多无法预知的不同波长、不同幅值、不同相角的简谐波迭加而成的复杂的随机波。l l半峰值，峰峰值H， 波长平均变化率/l ，峰峰值平均变化率H/L，波长=4l 幅值（通常指半峰值） 半峰值、峰峰值（全峰值 ） 波长 （通常指半波长） 波长、半波长、 全波长 变化率（通常指波长变化率） 波长变化率、峰峰值变化率 谐振波形 谐振波长范围内的三波以上周期性连续不平顺。由低接头、多跨等跨度桥梁、新轨周期性不平顺引起道床周期性不均匀沉降等形成。 个别地点的局部波形

15、特征不能代表一段轨道的总体状态,某区段轨道的平顺状态应根据标准差、均方值等统计特征进行描述和评价。 轨道不平顺的标准差能确切地表示各段轨道不平顺在幅值方面的严重程度 轨道不平顺的均方值与激扰能量相关 以里程位置为横坐标的某段轨道不平顺 ()的 ： 均方值 标准差 2xdxxx02)(1niin12)(1 轨道不平顺的波长结构，可用功率谱密度描述。某段轨道不平顺平稳样本记录 的功率谱密度估计值定义为： 在频率f到f+f微小带宽f内的均方值除以带宽f。 ffffG,2 x x 如果f无限小（f0）统计的时间T无限长(T)或距离X无限大(X)时，便得到功率谱密度更精确的表示式： 式中(x,f,f)表

16、示(x)在f到f+f频率范围内的那一部分值。功率谱密度是单位频率微小带宽内(x)的均方值。 f是空间频率 (1/米) 用快速傅里叶变换（FFT）数字处理技术直接计算功率谱密度时，轨道不平顺的功率谱密度表示为： dxffxXffGxxf020,1lim1lim 2021limdxexXfGXxjx1f 功率谱密度是能全面表达轨道不平顺特征的统计函数 能揭示看起来杂乱无章随机变化的轨道不平顺的幅值和波长两方面的信息 对于科学评定轨道的平顺状态、诊断轨道的病害，研究轨道不平顺引起的车辆响应以及对高速机车车辆走行悬挂系统的设计等都非常重要。 在实际工作中常用“功率谱图”来表示功率谱密度G(f)对于频率

17、f的关系。 轨道不平顺的功率谱图是以频率或波长为横座标，谱密度值为纵座标的座标平面内的连续曲线，反映轨道不平顺的功率谱密度在频率或波长轴上的分布情况，功率谱图可清楚地揭示组成轨道不平顺随机波形的各波长成份。 由于轨道不平顺功率谱密度的动态范围很大，为了能表示出整个波长范围的谱密度分布情况，轨道不平顺的功率谱图都用对数坐标表示 1f1fG(f)2f 功率谱密度函数曲线下f1和f2间的面积等于在f1和f2频带（或波带）范围内各波长成分的均方值。 谱线下的面积越小,说明不平顺的均方值越小,平顺状态越好, 也就是说谱线位置越低(越靠近横坐标),表明该段轨道的平顺性越好 。 轨道不平顺的谱密度曲线是一条

18、连续的斜线，具有宽带随机波的谱特征。 长波成分的谱密度值大，多数情况下波长越短其谱密度也越小，（也就是说组成轨道不平顺波形的长波成分的幅值大，波长越短，一般幅值也越小。） 有时也含有窄带随机波的凸形峰和周期性尖峰谱线。 根据谱线的特征，我们可以较确切地识别区分机车车辆的激扰环境，分析、诊断轨道的病害。 例如，可利用功率谱密度分析来发现早期出现的肉眼尚难辨识的钢轨波浪形磨耗，识别轨道的各种周期性不平顺和机车车辆敏感的谐振波等轨道不平顺病害。目前许多国家已用轨道不平顺的功率谱来评定新线轨道的施工质量，诊断在运营过程中高速轨道平顺性的变化情况。帮助确定需要进行预防性计划维修的里程段落。4.1 轨道不

19、平顺的影响轨道不平顺的影响 各种主要轨道不平顺的影响各种主要轨道不平顺的影响 不平顺波长、变化率的影响不平顺波长、变化率的影响4.2 机车车辆对轨道平顺状态的影响机车车辆对轨道平顺状态的影响4.3 快速、高速行车条件下，轨道不平顺与车辆相快速、高速行车条件下，轨道不平顺与车辆相互作用及监控管理的特点互作用及监控管理的特点4.4 我国货车提速区段值得关注的车辆车道相互作我国货车提速区段值得关注的车辆车道相互作用问题用问题 直线钢交替侧磨直线钢交替侧磨 空货车直线脱轨空货车直线脱轨 各种轨道不平顺的影响 对行车安全 对车辆振动，平稳舒适性 对轨道车辆部件疲劳寿命、伤损、失效 不平顺波长、变化率的影

20、响 影响种类车辆振动 轮轨力 性质安全性 平稳舒适性 设 备高低浮沉、点头垂直力增减载促进脱轨垂向加速度大寿命水平侧滚垂直力增减载促进脱轨侧滚加速度大寿命扭曲侧滚垂直力增减载引发悬浮脱轨侧滚加速度大寿命轨向侧摆、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状态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轮轨力增大垂向加速度大道床状态 不同波段的影响各不相同 幅值相同，波长不同的不平顺 影 响大不相同 （变化率的影响） 敏感波长、共振波长的影响附加动荷载附加动荷

21、载行车速度行车速度 通过总重（作用力和作用次数）对轨道状态的影响 轨道不平顺波形的发展变化 平均轴重、行车速度对轨道状态的影响（待研究） 客运货运 相同幅值的轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨作用力更大，随着行车速度的提高，轨道不平顺对行车平稳、安全的影响迅速增大 车辆对小幅值、周期性不平顺更敏感，幅值微小的轨道不顺也可能引起轮轨强烈地冲击振动，产生很大的轮轨作用力。 有影响的轨道不平顺波长范围随速度的提高而扩大，低速时可不管的长波不平顺也必需监控管理。 激振频率1Hz左右的具有谐振波长特征的不平顺需严格控制。 在高速铁路客运专线上，轨道容易产生与车辆转向架或车体主振频率相同的危害很大的周期性轨道

22、不平顺 一旦出事故，后果更为严重 因此，必须更加严格地监控管理，并补充、完善监控管理办法和标准 在高速行车条件下，幅值微小的轨道不平顺也可能引起轮轨强烈地冲击振动，产生很大的轮轨作用力。 当行车速度提高时，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） 日、法高速铁路都曾遭遇不明原因的车辆大幅振动（所谓1Hz问题） 高速车辆车体的自振频率多在1Hz左右，与车体自振频率一致或接近的不平顺，引起了车体的强烈谐振。 因此. 在高速行车条件下,

23、必须对激振频率也为1Hz左右的具有谐振波长特征的轨道不平顺严格控制。 在高速铁路客运专线上，主型车辆所占的比例极大，车辆主振频率比较单一，并且区间行车速度基本固定，这就使得轨道容易产生与车辆转向架或车体主振频率相同的危害更大的周期性轨道不平顺 困扰提速的两大严重问题困扰提速的两大严重问题1，直线钢轨交替侧磨问题： 1995年上海局提速试验中发现津浦、沪宁线快速区段直线钢轨左右股交替周期性侧磨，幅值多为4-8mm，最大达13mm，波长8-20m。当行车速度达140km/h时，引起机车车辆产生剧烈振动。部领导十分关注。济南、沈阳等局货车速度达到70-80km/h区段，也相继发现直线钢轨交替側磨。严

24、重影响快速行车。,2，空货车直线脱轨问题： 列车提速后，发生了多起货物列车（空车）直线段脱轨事件。有的还发生在直线桥上。如1997年5月9日到8月6日，在京沪线徐州以南津浦线十里堡至桃山集间连续发生7起货物列车脱轨事故，列车运行速度在6377Km/h之间，线路均为直线段。全路货车被迫限速，不得超过70km/h。使许多区段客车提速工作遭遇困难。 基本形态： （1）不均匀侧磨波形等间距左右交替； （2）磨耗波形连续存在，波数具有随机性； （3）磨耗具有周期性，波长基本固定。 在直线段形成交替侧磨的必要条件是运行车辆蛇行失稳。 形成交替侧磨的充分条件： （1）存在相同蛇行运动频率的主导车辆。 （2）

25、主导车辆的运行速度相近。 （3）存在相位整理因素0100200300400500-4-2024车轮横向位移 (mm)车轮前进距离 (m)状态正常的车辆，在平顺性良好的直线上运行时：. 轮对仅有沿线路中心线的无规则地微小横向蛇行摆动 .车轮若受到横向激扰, 横向位移增大后会迅速收敛. 轮缘不贴靠钢轨，轮缘与轨侧面间保持有数毫米的间隙,不可能发生钢轨侧面磨耗、脱轨 02004006008001000-15-10-5051015车轮横向位移 (mm)车轮前进距离 (m)计算机仿真和试验均已证实：在完全平直的轨道上行驶的车辆，当超过临界失稳速度时，将产生蛇行失稳，失稳后：.车轮横向周期性大幅度摆动，横

26、向位移不收敛.轮缘周期性冲击贴靠钢轨，产生较大的周期性横向力.频率多为2.5hz左右 轻车的相位整理因素 计算表明，幅值大于8mm的方向不平顺对失稳轻车车轮的振动相位有较强的整理作用。 （下图）500550600650700-15-10-505101520轮 对 横 向 位 移(mm)距离 (m)500550600650700-15-10-5051015轮 对 横 向 位 移(mm)距 离 (m)方向不平顺对轻车车轮相位的整理过程 重车的相位整理因素 计算表明，幅值大于8mm的方向不平顺对临界失稳重车车轮的振动相位有较强的整理作用。（下图）250300350400450500-15-10-50

27、5101520距 离 (m)轮 对 横 向 位 移( mm)250300350400450500-10-5051015距 离 (m)轮 对 横 向 位 移( mm) 其它相位整理因素 道岔护轨等因素也会强制整理车轮的振动相位。 提速直线段存在相当数量的蛇行失稳车辆，这是形成钢轨侧磨的根本原因。 失稳车辆的主导速度、蛇行失稳频率、失稳波长相近，同时线路上具有方向不平顺、道岔护轨等相位整理因素，则使钢轨形成交替不均匀侧磨；如果这些条件不完全具备，则钢轨形成无规则的交替侧磨或均匀侧磨。如沪宁上行线。 控制线路上较大的方向不平顺，有助于减少钢轨的交替性侧磨，但不能减少其他形式的钢轨侧磨。 钢轨交替侧磨

28、会导致形成轨距和方向两种轨道不平顺。 交替侧磨形成的轨距不平顺对车辆的动力响应影响较小，不是行车安全、平稳的控制因素。 交替侧磨形成的方向不平顺对车辆的动力响应影响较大，尤其是对于快速客车车体的横向加速度影响很大。 线路养护作业中，应避免追求轨距平顺性而忽略线路的方向平顺性。 对轨道平顺状态检测设备的基本要求对轨道平顺状态检测设备的基本要求 检测方法检测方法 高速轨道几何状态检查车高速轨道几何状态检查车 轻型轨道几何状态检查小车轻型轨道几何状态检查小车 客车车体振动加速度监测客车车体振动加速度监测 轨面短波不平顺检测 长波不平顺的检测 要确切掌握对高速行车有重要影响的轨道不平顺，轨道检查车等检

29、测设备的性能必须满足高速条件的要求， 传递函数 分辨精度 可测波长范围 可测幅值范围 检测轨道不平顺的设备，只有当其传递函数在需测波长范围内恒定不变时，才能如实测出轨道不平顺的幅值和波形，尤其在高速行车条件下，需用功率谱密度等统计函数来评定诊断轨道的平顺性，轨检系统的传递函数必须具有较好的平直特性，传递函数随波长或速度变化的检测系统，难以满足要求。 弦测法的传递函数 惯性基准法的传递函数 高速行车条对下，幅值微小的轨面短波不平顺，能使轮轨间产生很大的冲击力，因此国内外均要求测量短波不平顺的分辨精度应不低于 0.1毫米。对于波长在1米以上的中长波轨道不平顺，分辨精度一般都规定为1毫米。 GJ4型

30、车分辨精度 问题 小标大 高速行车条件下长波不平顺的影响已变得不可忽视，因此高速轨检车的可测波长范围必须增大。需要检测的长波长可根据客车车体主振频率和行车速度确定。国外高速客车车体主振频率多在1Hz左右，300km/h时易引起车体谐振，使舒适性恶化的波长约为80余米，因此许多欧洲国家要求把高速铁路轨道不平顺波长的监控管理范围，延长到80-100米。 目前国外高速轨检车对高低、方向两种基本轨道不平顺的检测，大多采用弦测法或惯性基准法。 弦测法 惯性基准法 高速轨检车应能准确地检测出前述的各种垂向、横向和复合不平顺，以及轨道不平顺引起的车体垂向和横向振动加速度，并能实时处理检测数据，分析评定轨道的

31、平顺状态，诊断平顺性的恶化程度。当发现可能危及行车安全的严重不平顺时，应能立即通过无线通讯设备，将需要降速和紧急整修的地段和有关数据，向行车管理部门报告。 轨道不平顺是某种轨道结构自身的几何特征，是客观存在的不应随检测速度等检测方式变化的轨道固有状态。性能良好的轨检车，以不同的运行速度反复对同段轨道进行检测，所得的轨道不平顺波形不仅应具有良好的重复性，还应与该轨检车准静态移动时车轮重心的轨迹线相符。 理论和试验均已证明，不同行车速度引起的轨道附加弹性变形量小於轨检车的分辨精度，对检结果没有实质性的影响。目前我国和世界上性能良好的轨检车，用不同速度测量同一段轨道所得的轨道不平顺波形，其重复性都很

32、好，肉眼几乎看不出差异。 检测轨道不平顺时，对轨检车检测速度的要求与测量车辆振动、平稳舒适性和轮轨作用力时的要求不同，不是必须在车辆的实际运菅速度下进行。高速铁路的平顺状态也可用较低速度的轨检车耒进行测量，例如法国行车速度270300公里小时的TGV高速铁路，所用的莫瓒型轨检车，检测速度仅120160公里小时。 严格地说，用静载作用测量法，将轨检车缓慢地一个采样间隔再一个采样间隔地移动，测量在静轮重作用下的轨道平顺状态，这样所得的数据，更符合真正的不含任何动荷响应成份的轨道实际不平顺情况。车体振动加速度是一种或多种轨道不平顺激扰引起的车辆综合响应，振动加速度大小与人的舒适性感觉和行车安全都有密

33、切关系。为了确保高速客车平稳舒适和行车安全，弥补轨道检查车对复合不平顺的检测评定尚不成熟，检测周期较长等不足，国外高速铁路还通过测量客车车体垂向和横向振动加速度耒帮助监控评价轨道的平顺性。由于车体振动加速度不能区分是由何种轨道不平顺引起的，并且同一幅值和波长的轨道不平顺，在不同行车速度时，引起的车体振动加速度大不相同，因此车体振动加速度不能用来确切地定量评定轨道的平顺状态。 目前国外高速铁路上使用的各种轨检车，检测短波不平顺的分辨精度都还不能满足要求，因此对轨面短波不平顺的检测，大多使用更精确的手提式专用检测装置或检测小车。 日本新干线高速轨检车装备了一种用陀螺仪作基准的长波高低不平顺检测装置

34、。由于不少轨检车检测长波不平顺的性能尚不尽人意。因此，往往还需用精密水平仪、经纬仪进行测量，经剃除线路坡度、曲线曲率变化等影响的处理后，便可得到长波不平顺数据。必要性保持轨道的良好平顺状态是保证列车安全、快速、舒适运营的重要条件。保持轨道的良好平顺状态既要有高效、快捷的养护维修机具，也要有高精度、操作方便的检测手段，二者缺一不可。轨检车是国内外检测轨道状态的主要设备，但在国内，由于以下三个原因轨检车不便于配属给工务基础部门工务段：(1)、费用昂贵；(2)、需配备多个专业的专门技术人员；(3)、实际使用时调车、联挂等作业对运输有影响，不能随时调用轨检车。因此，在大型养路机械对线路成段作业后或中、

35、小型机具以及人工局部修理后，工务段不可能立即调用轨检车对作业质量进行检查、验收，只能采用传统的方法，用道尺检查轨距、水平，用10米或20米人工拉弦方式检查高低、轨向。而传统的检查方法存在缺陷：(1)、检查精度低，不能满足日益发展的快速、准高速、高速铁路的需要；(2)、检查项目少；(3)、耗费大量的人力资源及时间；(4)、工作效率不高，不能进行较长距离、测点密集的检查。因此，国内的工务部门需要随时使用、操作方便、精度高、项目全的便携式小型轨检装置简易轨道检查小车，与大型检查设备轨检车相互补充。在国外，许多国家的铁路工务部门均有类似的小型检查设备。如：日本铁路大量使用日立公司开发的简易检测装置，能

36、检查轨道左右高低、左右轨向(高低、轨向均可换算成10米、20米的弦测值)、轨距、水平、超高、扭曲等。但其费用高昂 检测项目测量精度量程左、右高低(10米弦)0.2m m+/-25 m m左、右轨向(10米弦)0.2m m+/-25 m m轨距0.2m m14101460m m水平(2.4检测项目测量精度量程左、右高低(10米弦)0.2m m+/-25 m m左、右轨向(10米弦)0.2m m+/-25 m m轨距0.2m m14101460m m水平(2.4米基长)及超高0.2m m+/-200 m m扭曲(由水平计算得到)0.2m m+/-200 m m里程0.01 m01000K m 米基

37、长)及超高0.2m m+/-200 m m扭曲(由水平计算得到)0.2m m+/-200 m m里程0.01 m01000K m简易轨道检查小车的检测原理 检测项目测量精度量程左、右高低(10米弦)0.2m m+/-25 m m左、右轨向(10米弦)0.2m m+/-25 m m轨距0.2m m14101460m m水平(2.4米基长)及超高0.2m m+/-200 m m扭曲(由水平计算得到)0.2m m+/-200 m m里程0.01 m01000K m 用轨检车检测高速轨道平顺状态的周期，一般应根据轨道平顺状态变化的快慢而定。行车密度不太大，轨道结构强，道床路基不均匀残余变形小的线路，轨

38、检周期可以较长，反之则应较短。国外高速铁路轨检车的检测周期一般在二周至三个月之间。车体加速度的监测，有的每天都进行，有的一周或半月进行一次。 正确地测得各种轨道不平顺的数据后,还必须据此对轨道平顺状态做出科学评价, 诊断不平顺的严重程度，确定允许的行车车速度，指导养护维修作业。仅用轨道个别部位的不平顺幅值评价轨道状态和判别状态不良地点的办法是不够妥善的,只有全面考虑轨道不平顺的所有波形特征和统计特征，才能得出比较正确的结论。 用幅值、平均变化率、谐振波形评定轨道用幅值、平均变化率、谐振波形评定轨道不平顺的局部状态，确定需要日常养护维不平顺的局部状态，确定需要日常养护维修、紧急补修或限速的地点修

39、、紧急补修或限速的地点 目前大多仅按幅值的大小来评价轨道不平顺的局部状态，确定需临时养护维修、紧急补修或限速的地点。 根据不平顺波形特征的影响，除了应注意幅值超限以外，还应同时考虑该幅值相应的能近似反映波长影响的平均变化率。对于幅值大、平均变化率也大的，更应加强监控管理。 对三波或三波以上连续的周期性不平顺,如属谐振波长范围,即使幅值不超过评定局部不平顺的限度值,也需加强监控管理(谐振波长的具体数值,可根据机车车辆的自振频率和行车速度计算而得)。 法国高速铁路用300米段不平顺幅值的滑动平均值来统计评定区段的平顺状态。 日本仍沿用既有线的经验，用500m段幅值超过3毫米的采样点数的百分率（P值

40、）来评价某区段的平顺性。 英、德、美、荷兰和我国大多采用200250米段轨道不平顺幅值的标准差来统计评定轨道平顺性的好坏。 具体做法是将每200m250m轨道作为平顺性评定、诊断和维修管理的基本长度单元，对各项不平顺都用基本长度单元的标准差来统计评价其状态。凡标准差超过允许限值时，则诊断为平顺状态不良，无论个别地点局部轨道不平顺的超限情况如何,该段都应进行维修。这样便能突出不平顺严重地段的统计特征，比较科学地判定需要进行维修的区段。 轨道不平顺的功率谱密度能清楚地表明某一长段轨道不平顺所包含的波长成份及各波长成分的均方值密度。能为我们提供轨道不平顺幅值和波长两方面的信息。 欧洲、日本、美国的高

41、速铁路，均用功率谱密度来综合评定、诊断高速轨道的平顺性。 欧洲高速铁路统一采用的轨道不平顺功率谱密度拟合曲线的上限和下限表达式如下： 高低不平顺 方向不平顺 水平不平顺 其中截断频率: 低干扰水平系数（下限）： 高干扰水平系数（上限）： 式中b为名义滚动圆距离之半，是空间频率，与圆频率的关系为： 式中为行车速度。 用短轨过渡设置伸缩区的不完善的无缝线路具有与有缝线路类似的周期尖峰谱特征（表明采用一次铺成跨区间无缝线路的必要性） 普遍存在1.3至1.6米和2.6至3.2米波长窄带周期性波形谱特征（表明钢轨轨身周期性初始不平顺严重，钢厂轧制校直工艺急待改进，铁路应加强对钢轨初始平顺性的检验） 秦沈

42、、郑武试验段的轨道平顺性已达到或接近欧洲高速铁路水平7.1 对轨道不平顺发生、发展、悪化全过程监控管理 的意义7.2 轨道不平顺的安全管理轨道不平顺的安全管理(紧急补修和限速管理紧急补修和限速管理)7.3 轨道不平顺的预防性计划维修管理轨道不平顺的预防性计划维修管理 7.4 轨道不平顺的日常养护管理轨道不平顺的日常养护管理7.5 初始轨道不平顺的控制初始轨道不平顺的控制 （作业质量验收管理）7.6 国外高速铁路轨道平顺性的管理国外高速铁路轨道平顺性的管理不平顺程度 很坏 脱轨安全限 坏 FRA安全标准 差 限速管理标准 紧急补修 中 良 预防性计划维修 优 当某处轨道不平顺比较严重，可能危及行

43、车安全时，必须进行紧急补修或限速管理。对轨道不平顺的安全监控管理是保障行车对轨道不平顺的安全监控管理是保障行车安全的重要措施安全的重要措施 为了识别诊断严重的轨道不平顺，判定是否需要实施紧急补修或降低行车速度，各国大多依据轨道不平顺幅值对行车安全的影响和运营经验，制订轨道不平顺的紧急补修和限速等安全管理标准。 1. 紧急补修管理1. 车辆振动监测管理2. 美国FRA的 “轨道安全标准”和安全管理3. 日本东海道干线无重大事故的重要经验4. 限速管理.我国轨道不平顺的紧急补修标准的制定.与国外类似标准的比较.突破了我国数十年只有作业验收标准的局面.实施效果提速干线的紧急补修和限速管理标准秦沈客运

44、专线的紧急补修和限速管理标准 中国铁道科学院在80年代中期，较早研究提出了制订轨道不平顺安全监控管理标准的理论和方法。较科学地根据各种轨道不平顺的幅值、波长、波数、和周期性等特征参数，对脱轨系数、减载率、侧向力和车体振动加速度等的影响，以最不利波长的幅值为控制值，制订了我国干线轨道不平顺的紧急补修和限速管理值。 脱轨系数（横向力Q/垂直力P）: 第一限度 Q/P 1.2 第二限度 Q/P 1.0轮重减载率 (静轮重Po动轮重Pt) /静轮重Po： 第一限度 p/P 0.80 第二限度 p/P 0.65车轴横向力H（构架力）： 对于木枕线路 H 0.85(1+(Pst1+Pst2)/3) 对于混

45、凝土枕线路 H 0.85(1.5+(Pst1+Pst2)/3) 式中：Pst1，Pst2 为左，右车轮静荷载车轮横向力Q： Q 80 KN 紧急补修标准和速度管理标准的应用，使我国工务部门轨道状态的控制与维修管理水平有了很大的提高。 为了限制需要紧急补修的处数和避免出现限速地段,保证列车能经常平稳舒适地运行,延长设备使用寿命,经济合理地进行维修工作，对轨道实行预防性计划维修管理是非常必要和有效的。 所谓预防性计划维修即在轨道平顺状态已成段不良但尚未恶化之前,有计划地安排大型养路机械进行成段综合维修。使轨道的平顺状态达到作业验收标准。 各国制定轨道不平顺预防性计划维修标准的主要依据是： 列车平稳

46、、舒适性要求 减少紧急补修工作量 工务部门的维修能力 经验维修周期以及经济性 作为评判是否需要进行预防性计划维修的技术指标，中国铁道科学院研究认为，采用能确切描述随机数列的离散性，表征轨道不平顺程度的标准差，比P值、滑动平均值等更为科学合理。铁道科学研究院提出的200km/h250km/h客运专线轨道不平顺预防性计划维修管理标准差(质量指数TQI)建议值见表2-6-3。 各国制定轨道不平顺预防性计划维修标准的主要依据是： 1, 列车平稳、舒适性要求 2, 减少紧急补修工作量 3, 工务部门的维修能力 4, 经验维修周期以及经济性 作为评判是否需要进行预防性计划维修的技术指标，中国铁道科学院研究

47、认为，采用能确切描述随机数列的离散性，表征轨道不平顺程度的标准差，比P值、滑动平均值等更为科学合理。铁道科学研究院提出的200km/h250km/h客运专线轨道不平顺预防性计划维修管理标准差(质量指数TQI)建议值见表2-6-3。 . 标准差 . P值 . 滑动平均值 作为评判是否需要进行预防性计划维修的技术指标，中国铁道科学院研究认为，采用能确切描述随机数列的离散性，表征轨道不平顺程度的标准差，比P值、滑动平均值等更为科学合理。 铁道科学研究院提出的200km/h250km/h客运专线轨道不平顺预防性计划维修管理标准差(质量指数TQI)建议值见表2-6-3。 提速、高速铁路只有经常保持高平顺

48、的优良状态，才能保证乘坐平稳提速、高速铁路只有经常保持高平顺的优良状态，才能保证乘坐平稳舒适，减少轨道和车辆零部件的伤损，延长轮轨系统的维修周期，使高舒适，减少轨道和车辆零部件的伤损，延长轮轨系统的维修周期，使高速铁路获得较好的综合技术经济效益。速铁路获得较好的综合技术经济效益。 因此因此 在两次预防性计划维修之间，或计划维修和大修之间，还应根在两次预防性计划维修之间，或计划维修和大修之间，还应根据轨检车等检测记录，利用大、小天窗时间，对轨道进行局部养护，消据轨检车等检测记录，利用大、小天窗时间，对轨道进行局部养护，消除那些变化较快，超过日常保养目标值和舒适度管理目标值的少数局部除那些变化较快

49、，超过日常保养目标值和舒适度管理目标值的少数局部轨道不平顺。轨道不平顺。 多数国家的保养目标值即是使轨道经常保持优良状态的控制标准值，多数国家的保养目标值即是使轨道经常保持优良状态的控制标准值，也常称为优良目标管理值也常称为优良目标管理值 舒适度目标值是为了防止引起高速车辆超过规定的舒适性指标而设舒适度目标值是为了防止引起高速车辆超过规定的舒适性指标而设立的管理目标值。铁道科学院研究制订的立的管理目标值。铁道科学院研究制订的200km/h250km/h客运专线客运专线轨道不平顺日常保养目标值和舒适度管理目标值见表轨道不平顺日常保养目标值和舒适度管理目标值见表2-6-5 。进行日常。进行日常局部

50、养护作业时，应使轨道平顺状态达到作业验收标准。局部养护作业时，应使轨道平顺状态达到作业验收标准。 铁道科学院研究制订的铁道科学院研究制订的200km/h250km/h客运专线轨道不平顺日常保养目标值和舒客运专线轨道不平顺日常保养目标值和舒适度管理目标值见表适度管理目标值见表2-6-5 。进行日常局部。进行日常局部养护作业时，应使轨道平顺状态达到作业养护作业时，应使轨道平顺状态达到作业验收标准。验收标准。 初始不平顺是运营后，各种轨道不平顺发生、发展、平顺性恶化的根源，若不严格控制，将造成运营过程中难以处置的后患。据欧洲的研究，轨道初始平顺状态对运营后，轨道长期的平顺状态和维修工作量有决定性的影响。初始平顺性好的轨道，维修周期长，养护维修的工作量小，能长期保持良好的平顺状态，初始平顺性差的轨道，不仅维修周期短，即使增加维修作业次数也难以改变轨道初期“先天”的不良水平。此外，轨道的初始平顺性还直接影响，控制新线和大修后