轨道不平顺质量指数(TQI)解析及养护指导意见

2021年8月12日00:00:31来源:哈局-吕云超
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一、峰值管理法与均值管理法的定义及两者之间的比较

(1)峰值管理法:衡量轨道局部不平顺的方法,典型的是轨道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级超限的管理。峰值扣分法是从轨道的几何尺寸指标和舒适度指标的角度,以1千米为单位计算总扣分的方式来评定轨道的质量的评定方法。

轨道不平顺质量指数(TQI)解析及养护指导意见

峰值管理法的数据采集原理:车辆每行进一英尺(约254mm,俗称1米4个点),计算机对各检测项目采集一次,当某项连续三次采集量都超过最低级病害界限值时,计算机统计为一处超限病害,并取病害最大采集量值为该处超限病害的幅值,最低级超限病害起终点为该处病害长度的起终点,如上图1、2、3分别表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级病害界限值,A、B、C、D分别表示四个采集点,由采集原理得知,此处计算机将统计为一处病害:B 点的幅值为该病害幅值,L表示超限病害长度,该病害为Ⅲ级超限。

(2)均值管理法:衡量线路区段整体不平顺的方法。这种方法是测量并记录被测轨道区段中全部测点的幅值,所有幅值都作为轨道状态的一个元素参与运算,同时还选择若干单项几何参数的指数进行加权计算获得综合指数,即用统计特征值来评价轨道区段的质量状态。目前主要用的方法有:轨道质量指数(TQI)、轨道功率谱等。

(3)峰值管理法与均值管理法两者之间的比较

峰值管理法能够找出轨道的局部病害及病害的类型、发展程度和所在位置,用于指导现场作紧急维修养护非常实用,但是仅用超限点峰值的大小、超限的数量及扣分多少,还不能全面、科学、合理地评价轨道区段的平均质量状态。

峰值管理法的缺点:①轨道动态检查标准对检测结果的影响比较大;②三、四级超限扣分占的权重比较大;③检测系统误差的影响较大;④不能反映超限长度的影响;⑤不能反映轨道不平顺变化率和周期性连续不平顺所产生的谐波的影响。

均值管理法的优点:①能真实全面反映轨道质量状态,准确反映轨道恶化程度,用数据明确表示各个区段好坏;②可作为各级工务部门对轨道状态进行宏观管理和质量控制的依据,有利于编制轨道维修计划,指导养护维修作业;③TQI数值与轨道质量状态对应关系明确,易于被现场人员掌握和利用。

注意:TQI数据人工无法适时编辑,分析时需要人工对检测设备故障或受雨水、阳光或过接触网电力分相干扰地段,以及设备固有病害,如普通岔区有害空间引起的轨距、轨向等地段的TQI应剔除。

二、TQI及T值介绍

轨道不平顺质量指数,简称TQI,是一种采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。运用TQI评价和管理轨道状态,是对单一幅值扣分评判轨道质量方法的补充,提高轨道检测数据综合应用水平,为科学制定线路维修计划,保证轨道状态的均衡发展提供科学依据。

(1)TQI的物理含义:

TQI是高低、轨向、轨距、水平和三角坑的动态检测数据的统计结果,该值得大小与轨道状态平顺性密切相关,表200m区段轨道状态离散的程度,即数值越大表明轨道的平顺程度越差、波动性也越大。各单项轨道不平顺的统计值同样也反映出该项轨道状态的平顺程度。

TQI与扣分之间关系算例
轨道不平顺质量指数(TQI)解析及养护指导意见

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(2)TQI的计算方法:

TQI值是左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平和三角坑等七项几何不平顺在200m区段的标准差之和。

标准差:简单来说,标准差是一组数据平均值分散程度的一种度量。一个较大的标准差,代表大部分数值和其平均值之间差异较大;一个较小的标准差,代表这些数值较接近平均值。举例:{12、7、15、8、18},{14、12、10、13、11},两个数组平均数都为12,根据公式,第一个数组的标准差为4.15,第二个数组的标准差为1.41,很显明第一组数的离散程度要比第二组数大得多。

轨道质量指数TQI的算式:

$$TQI=\sum_{i=1}^{7}\sigma _i \qquad (公式1)$$

$$\sigma _i=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{j=1}^{n}\left ( X^2_{ij}-\bar{X}^2_i\right )} \qquad (公式2)$$

式中

\(σ_i\)——各项几何偏差的标准差(均方差);

\(X_{ij}\)——各项几何偏差在单元区段中连续采样点的随机测值;

\(\bar{X}_{ij}\)——xij的算术平均值;

n——单元区段中采样个数,每米采集4个数,每200m的n=4×200=800。

(3)TQI及各单项标准差的管理值

既有线路不同速度等级及高速铁路轨道不平顺200m单元区段TQI及单项标准差管理标准见表1。

表1:200m区段轨道不平顺质量指数TQI管理标准(单位:mm)

项目 高低 轨向 轨距 水平 三角坑 TQI
管理值 Vmax≤160km/h 2.5×2 2.2×2 1.6 1.9 2.1 15.0
Vmax>160km/h 1.5×2 1.6×2 1.1 1.3 1.4 10.0

(4)TQI值的管理办法

为便于对区段轨道不平顺质量指数TQI管理标准的推广与应用,依据《线路维修规则》轨道不平顺幅值扣分管理办法,确定TQI的管理办法以公里为管理和维修的长度单位,对TQI值的评价引入“T值”的概念。

将200m区段轨道不平顺质量指数TQI超过管理值的大小作为扣分T200值,每公里5个单元区段的扣分数T200值之和,简称“T值”。T值是根据单元区段内TQI值超过对应管理值的程度来确定的。

用于T200值计算的200m区段轨道不平顺质量指数TQI管理值标准见表2。

表2:用于T200轨道不平顺质量指数TQI管理值标准

            速度等级(km/h)      管理值 100﹤V≤120 120﹤V≤160
TQI管理值 14 11
超过10% 15.4 12.1
超过20% 16.8 13.2

(5)200m单元区段T200值和公里T值的物理含义

为有效发挥区段轨道不平顺质量指数TQI指导线路养护维修和制定维修计划的作用,对于T200值,定义为该值未超过(小于等于)该速度等级的管理值,则该200m区段扣分T200值为0;该值大于管理值但小于等于“超过10%”管理值,则该200m区段扣分T200值为40分;该值大于“超过10%”管理值但小于等于“超过20%”管理值,则该200m区段扣分T200值为50分;该值大于“超过20%”管理值,则该200m区段扣分T200值为61分,见表3。

表3:200m单元区段T200值扣分数定义

TQI值 未超过管理值 超过管理值 超过10% 超过20%
T200值 0 40 50 61

按照每公里作为管理长度,则每公里所包含的5个200m单元区段的TQI扣分值之和为T,T值计算公式为:

$$T=\sum_{1}^{5}T_{200}$$

通过上述公式计算,从而实现以公里为管理长度的轨道状态质量的综合评价,某公里的T值越大,说明该公里超过TQI管理值的段数和超限程度也越大,应优先安排维修。

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TQI与T值算例1

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TQI与T值算例2

根据T值的大小评价每公里轨道状态质量,以均衡、计划、优先三种方式来制定大型养路机械维修或轨道综合维修计划,其含义见表4。

表4:整公里T值评价定义表

评价定义 均衡 计划 优先
每公里T值 T=0 0﹤T≤100 T﹥100

对于T>100的线路,应优先列入维修计划,尽快安排成段维修;对于0<T≤100的线路,应统筹兼顾,根据T200值的大小,合理安排维修或保养,适时对线路进行整修;对于T=0的线路,应避免成段扰动道床,只对超限峰值处所进行整修。

三、如何利用TQI指导现场生产

现在工务维修管理人员越来越意识到TQI对线路维修养护的指导意义,也在逐渐转变观念,在今后的线路养护工作中,我们也将由传统的峰值管理法逐步过渡到均值管理法。

根据2011版《铁路线路修理规则》第6.3.1条规定,Vmax≤160km/h线路TQI值应≤15.0,Vmax>160km/h线路TQI值应≤10,目前我段管内的所有正线都能达到此项要求。根据集团工处所要求,我段京九线平均TQI值≤7.5,漳龙、畲汕线平均TQI值≤10,目前我段部分地段TQI值还存在超过这个标准,那么如何利用TQI指导现场生产,是目前我们急需解决的问题。

1、要剔除无效数据。确认并剔除由于检测设备故障或受雨水、阳光或过接触网电力分相干扰,以及设备固有病害所产生的TQI无效数据,如普通岔区有害空间引起的轨距、轨向超限等。

2、要筛选出TQI200米区段较大值。对下载的TQI数据进行筛选,每200m一段选取其较大值的线路,纳入月度单元修计划。在整理好TQI数据的基础上,对TQI较大值的区段进行分析、摘取,同时可结合TQI质量控制图,制定单元修计划。综合考虑各种因素,我们建议单元修长度尽量以200m为一单元进行。若该区段大部分单项指数均较高,则对该区段需进行全项目的综合整治。

3、要筛选出TQI单项较大值。对TQI值不大地段,可筛选出某个项目较大值的地段,进行专项修理,比如曲线改轨距等。

目前轨检车在对TQI值均以200米计算,每200米采点800个(即0.25米一个点),1公里按5段固定进行检测计算(即0-200、200-400、400-600、600-800、800-1000米)。为了减小TQI值,我们在作业过程中要以段(即200米)为单位,每隔0.25米对几何尺寸进行检查,结合现场情况进行整治,在确保动态不出现扣分的情况下,尽量保证任何项目几何尺寸峰值在200米范围内任意两点值差不超过1-2mm。

4、合理制定专修计划。对TQI值不大地段,可筛选出TQI单项较大值的区段,或者TQI值虽未超过管理值,但仅有某一项或两项指数较高的区段,结合TQI质量控制图,采用“削峰”原则,对该区段进行专项修理,例如,改轨距等。对由TQI单项值造成TQI超标的,比如主要是高低问题,那么在制定维修计划时就应对该区段的高低作专项整治,如全起全捣,真正做到有的放矢的指导现场作业。要根据以上筛选分析情况,有针对性地制订维修方案,整体超过《修规》管理值的地段要纳入专修工区月度维修范围,相对来说成段作业对TQI值的影响较大,如大机捣固、成段换轨、成段改道、小机成段起拨道等。

5.利用TQI对比分析检验作业效果

线路经过了集中修、单元修等等维修之后,维修效果如何呢?以往我们基本是看两次的项目扣分情况及Ⅱ级以上扣分对比,但是,这些都不能很好的看出线路整体质量的变化。而通过对维修地段的TQI值进行比较,轨道状态的好坏就能通过TQI数据及TQI质量控制图准确、直观地反映出来,便于分析修理后的效果,形成闭环管理,有利于总结维修经验。

 

 

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