轨道复合不平顺的分析与整治

轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。

迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。

轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。

一、轨向、水平逆相位复合不平顺

当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。

1.1 轨道方向复合

复合不平顺的计算公式如下：

△y  = ∣y―1.4△ h∣            （公式1）

式中：

△y ——方向不平顺复合值

y  ——方向不平顺值

△h——水平不平顺值

1.2 轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响

我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著《车辆—轨道耦合动力学》对此项病害的计算结果（见表1）。需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。

轨道复合不平顺对行车安全指标的影响

表中：△h 为水平不平顺值，y为方向不平顺值，P为 轮轨垂向作用力，Q为 轮轴横向水平力，Q/P 为脱轨系数，△P/P 为轮重减载率，a_cy为 方向不平顺引起的水平加速度，a_c△h 为水平不平顺引起的水平加速度。

从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为≤0.60，准静态指标控制为≤0.65，动态指标控制为≤0.80，脱轨系数动态指标控制为≤0.80。线路静态检查时轮重减载率超出0.60，动态超过0.08应及时整治线路设备。

按照轨道方向复合不平顺公式1，查表1，轮重减载率0.59对应的数据，只要满足△y =∣y―1.4△ h∣≤28mm，就可以保证轮重减载率 △P/P ≤0.6的安全条件。因此，△y =∣y―1.4△ h∣≤28mm为轨道复合不平顺的安全控制准则。

1.3 水平加速度复合

⑴、列车在轨向不良的直线段上运行时，会产生离心力，由于直线段未设置超高，使得列车产生了未被平衡离心力及水平加速度a：

a = v² K

式中：V为列车运行速度；K为曲率1/R

直线方向不良线形接近于圆形，按照10米弦测量，得到水平加速度与未被平衡超高关系为a = h / 153，即1.53mm的超高值产生0.01m/s²的离心加速度。

⑵、当轨向与水平逆相位复合不平顺叠加时，引起的水平振动加速度值最大，此时的水平加速度为a，则

a = a_l + a₂

式中

a₁——水平不平顺引起的水平加速度。

a₂——轨向不平顺引起的水平加速度；

根据a = h／153，得

a = h_l／153 + h₂／153= (h₁+h₂)／153 = h／153

式中 h = h₁ + h₂，称为相当水平不平顺复合总量。

h₁——水平不平顺值

h₂——轨向不平顺引起的相当水平值

当列车通过轨向不平顺的区段时，车体会倾向不平顺方向一侧，从而该侧车辆弹簧压缩而相当于增加了未被平衡离心力，轨检车在动态检测中测得的水平加速度也包含这个数值。

a_实 =（ 1+β）a = 1.2 a

式中：β——弹簧附加系数，β=0.2

轨向与水平逆相位复合不平顺产生的水平加速度实值为：                        

a_实 = 1.2 h／153 = 1.2(h₁+h₂)／153 = (h₁+h₂)／128

例如：列车运行速度为200 km／h的直线区段，采用10米弦量存在5 mm轨向不平顺，6mm水平不平顺, 计算由此产生的水平加速度值：

直线上存在轨向5mm不平顺，计算时采用圆形作为轨向不平顺的线形(见图2)。

f = 5mm，l = 10000/2 = 5000mm

R = l² / 2f =5000² / 2*5 = 2500000mm = 2500m

式中  

f——轨向(mm)                       

l——半弦长(mm)

R——曲线半径。

当υ = 200km/m时，有    h ₂  = 11.8v² / R= 11.8×200²／2500²  = 0.07552m≈75 mm

a = a₁+a₂ = (h₁+h₂)／128 = (75+6)／128 = 0.63m/s²  = 0.063 g

即列车速度为200Km/h时，直线区段有轨向5mm,水平6mm的复合不平顺，会产生0.063g的水平加速度，相当于存在8.1mm的未被平衡欠超高。

1.4 加强轨道复合不平顺的控制

   要控制水平加速度出分，必须对轨向与水平逆相位复合不平顺加以关注，在直线地段要注意轨向不良是否存在逆相位水平不平顺，在曲线地段要注意是否存在欠超高。

《铁路线路修理规则》和《既有线提速200—250Km/h线桥设备维修规则》中规定，车体I–IV级横向加速度轨道动态几何尺寸容许偏差管理值分别为0.06g、0.10g、0.15g、0.20 g；轨向、水平轨道静态几何尺寸容许偏差管理值如表2所示。

静态几何尺寸容许偏差管理值

以V=200 km／h为例，水平加速度三级管理值为

a = 0.15g = 1.47 m／s²

a =  (h_l+h₂)／128

h = h₁+h₂ = 128×a = 128×1.47 = 188 mm

查表，水平临时补修静态管理值为8 mm，考虑0～2 mm弹性下沉量，则h₁ = 8-10mm，计算取h₁ = 10 mm，则

h₂ = 188-10 = 178 mm

由h = 23.6υ²×f / l²得

f  = 5000² h／（23.6×200² ）≈ 5mm

考虑0～2 mm轨道弹性挤开量，对应的轨向控制值为5–3 mm，取3 mm。

即V=200 km／h时，若要控制车辆水平加速度小于III级超限，此地段水平不大于8mm,轨向不能大于3mm。

对于每一处这种类型的病害，都可以采用上述方法计算出轨向、水平最大允许偏差值，作为控制线路设备质量的依据，也是线路病害整治后几何尺寸不良的底线。同样道理，我们还可以计算出II级超限的轨向、水平值，更好地卡控线路设备质量。

1.5 轨向、水平逆向位复合病害的整治措施

轨向、水平逆向位复合不平顺容易引起机车车辆水平力、水平加速度增大，导致脱轨的危险。工务工作人员现场静态检查时，不仅要检查轨面几何尺寸，还要检查钢轨侧磨、钢轨硬弯，道床板结、翻浆，轨枕失效、扣件扣压力不足，吊板、暗坑等病害。同一处所检查是否存在水平与方向逆相位复合不平顺；检查曲线时，除了用10 m弦检查外，必要时还要破点检查；同时要检查曲线两头直线段的方向是否良好，缓和曲线、圆曲线正矢连续差是否太大等。

工务人员应坚持“治病治根，综合治理”的原则，严格按标准化作业，综合整治线路病害，并坚持作业后回检制度，同时注意观察列车通过时轨面动态变化情况。

对于轨向、水平逆向位复合不平顺具体整治方法为：

1、打开轨检车振幅图或现场检查资料，按上述方法计算出水平（超高）、轨向（曲线正矢）的最大允许值，到现场标注在轨腰上。

2、按绳正法将直线拨直或将曲线按规定拨圆顺。

3、必要时采用全站仪打直直线方向，计算出曲线拨量，打桩拨道，彻底消灭曲线欠超高和反正矢。

4、适当起道，整平线路，必要时起成一侧水平。 

5、作业回检，曲线上破点检查正矢。

二、轨向、水平顺相位复合不平顺

当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用相反时（如图3所示：方向为负，水平为负），为轨道顺相位复合不平顺。

列车经过时，因水平引起的垂向力与方向引起的垂向力部分复合抵消，方向引起的横向力与水平引起的横向力部分复合抵消，列车通过时晃动幅度小，对运行安全威胁不大，不容易引起重视，但轨道几何尺寸上存在水平和轨向不平顺。

此类病害具有隐蔽性，人工添乘、车载添乘仪和便携添乘仪都不易发现，只有在静态检查或查看轨检车振幅图时才能发现。所以，轨道顺相位复合不平顺处所应引起我们高度重视，防止线路设备突发病害危及行车安全。

病害的整治措施：

1、将直线线路拨直或将曲线按规定拨圆顺。

2、适当落道，整平线路。

三、连续几何尺寸复合不平顺

对于明显存在的三波及以上的周期性不平顺，具有谐波振动的特点，产生共振后，加剧列车蛇形运动、沉浮振动、支承轮减载，使车辆横向水平力或垂向力增大，即使轨检车检测到的病害峰值并不超过《铁路线路修理规则》规定的轨道动态质量允许偏差管理值，我们也应该将该区段判定为轨道严重不平顺，必须进行线路维修或紧急补修，严格避免连续轨向、连续高低复合不平顺引起共振。

所以在查看轨检车资料时，建议用超限峰值、波长、谐振波形等几个特征来判定某处轨道不平顺状态；在静态检查时，对于50米范围内有3处及以上同一种病害达到或超过经常保养管理值标准，应提级到按超临修病害处理、整治。

病害整治措施：采用查看轨检车振幅图谐振波形的方法整治线路病害最为直接、有效。