中老铁路磨万段轨道几何状态及典型问题分析

赵文博， 杨飞， 马良德

（中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081）

1 工程概况

中老铁路磨丁—万象段（简称磨万铁路）位于老挝境内，起于中老边境口岸磨丁，终点至老挝首都万象，沿线80%为山地和高原，线路跨越河流均属老挝境内最大河流湄公河流域。

正线采用有砟轨道结构和跨区间无缝线路，全长422.441 km，设计速度160 km/h，采用中国标准，为客货共线Ⅰ级单线铁路。其中路基总长155.37 km；桥梁164 座，总长67.63 km，以32 m 简支T 梁为主，采用24 m 简支T 梁调整孔跨，跨道路、河流、深谷等部分主桥采用特殊结构，主要有琅勃拉邦湄公河特大桥（60+4×104+60）m 连续梁、班那汉湄公河特大桥（80+144+80）m 连续刚构；隧道75 座，总长196.75 km，最长隧道为森村二号隧道，长9.38 km。

磨万铁路于 2015 年 12 月开工建设，2021 年 10 月20 日—11 月1 日开始逐级提速测试，测试速度等级分别为80、100、120、140、160、170、176 km/h。轨道几何采用WX25T 999304、WX25T 999305 轨道检查车检测［1］，验收速度标准见表1。检测项目包括高低、轨向、轨距、水平、三角坑、轨距变化率、车体横向加速度、车体垂向加速度等。

表1 磨万铁路各区段验收速度标准 km/h

2 整体轨道状态分析

2.1 轨道状态及动态验收评价标准

磨万铁路轨道几何动态检测采用TB 10461—2019《客货共线铁路工程动态验收技术规范》［2］中规定的轨道几何状态验收评价标准。为保证试验安全，采用TG/GW 102—2019《普速铁路线路修理规则》［3］中规定的轨道几何动态不平顺Ⅲ级、Ⅳ级容许偏差管理值对轨道几何大值进行控制。

评价项目包含局部峰值评价和区段均值评价。局部峰值评价允许偏差管理值见表2，每公里检测结果中无超过验收管理值的偏差，则验收合格。区段均值评价指标为轨道质量指数（TQI）［4］，TQI 验收管理值见表3，检测结果中无超过验收管理值的偏差，则验收合格。

表2 轨道几何状态局部峰值动态验收管理值

表3 TQI允许偏差管理值

2.2 轨道质量状态

2.2.1 局部峰值评价

磨万铁路动态检测首次测试发现超验收管理值（简称超限）区段共42处，其中高低超限主要出现在电容枕、桥梁区段、路桥过渡段和道岔区段；轨向超限主要出现在曲线和道岔区段。经过多轮整修，最终按照设计速度全线拉通检测无验收偏差，满足局部峰值验收要求，验收结果见表4。

表4 动态检测局部峰值验收偏差区段汇总

检测中发现的超限区段都进行了及时整修，部分区段整修效果明显，整修前后结果对比如下。

（1）K72+257。这一区段在检测过程出现了高低超限，超限幅值为-6.82 mm，经过整修后，高低不平顺检测结果为-2.85 mm，检测波形见图1。对整修前后局部峰值变化进行对比，结果见图2，经过整修后，高低不平顺峰值得到明显改善，后期变化不大，无超限发生。

图1 K72+257整修前后波形对比

图2 K72+257整修前后峰值对比

（2）K167+910。该区段在检测过程发现了轨向超限，超限幅值为-6.00 mm，经过整修后，轨向不平顺检测结果为-3.80 mm，检测波形见图3。对整修前后局部峰值变化进行对比，结果见图4，经过整修后，轨向不平顺峰值得到明显改善，后期保持稳定，无超限发生。

图3 K167+910整修前后波形对比

图4 K167+910整修前后峰值对比

2.2.2 区段均值评价

磨万铁路进行160 km/h 全线拉通试验时，全线平均TQI 值为3.62 mm，最大TQI 值为7.7 mm，无超过验收管理值的偏差，满足区段均值验收要求，具体分布情况见图5。

图5 磨万铁路TQI里程分布图

按照基础类型对全线TQI 进行分类分析，结果见图6。路基、桥梁、隧道区段平均TQI 分别为3.58、3.76、3.61 mm，桥梁区段TQI 明显超过路基和隧道区段，主要由于检测过程中轨道检查车引起桥梁周期性垂向变形，导致反映轨道几何垂向平顺性的左高低、右高低较大［5］。

图6 不同基础类型轨道TQI及各成分对比

2.3 同等级线路对比

自2014 年至今设计速度为160 km/h 的线路，包括北同蒲、兰州—中川机场、长白乌、庐铜、宁启、衢宁、拉林及磨万铁路，收集对比各条线路平均TQI（见图7），各条线路经过动态验收后，轨道质量有一定改善，早期开通线路轨道质量较差，如北同蒲铁路、兰州—中川机场、长白乌铁路，近两年开通线路如拉林、磨万铁路全线平均TQI较小，轨道质量较好。

图7 160 km/h的各条线路TQI对比

对比2021年新开通的磨万铁路和我国的拉林铁路，拉林铁路全线平均TQI为2.78 mm，小于磨万铁路，主要因拉林铁路全线铺设较大比重的无砟轨道，统计拉林铁路有砟轨道区段平均TQI为3.47 mm，与磨万铁路接近。

3 典型问题分析

3.1 典型大值超限

轨道检查车检测K233+197和K258+531区段时横向加速度达到0.15g（g为加速度单位，g=9.8 m/s2），达到Ⅲ级超限，检测速度176 km/h，检测波形见图8、图9，轨道高低、轨向不平顺无明显超限，横向加速度较大，呈现周期性，波长约35 m。

图8 K233+197轨道几何波形

图9 K258+531轨道几何波形

两处超限位置具体线路信息及欠超高情况见表5，可以看出欠超高引起的离心加速度分别为0.056g和0.049g，不足以引起横向加速度Ⅲ级超限，因此超限的主要原因并不是曲线欠超高问题［6］。

表5 两处Ⅲ级超限区段信息

经过分析，检测列车下心摆自振频率1.3 Hz 左右，列车行驶速度176 km/h（48.8 m/s），引起周期性波长为48.8/1.3=37.5 m，与实测波长相符，为典型周期性长波不平顺激振下的低频周期性晃车问题［7］，主要是由于轨道激励与列车下心摆出现共振引起。后期对轨道几何形位进行调整，消除了周期性问题，从而降低了横向加速度。

3.2 电容枕施工问题

磨万铁路全线为有砟轨道，在车站附近设置电容枕［8］，由于电容枕确定位置及施工时间较晚，安装电容枕后捣固次数不足，导致电容枕附近轨道几何出现高低不平顺缺陷（见图10）。全线共设置20 个车站，其中靠近万象的几个车站如万象北站、蓬宋站、蓬洪站、万基站、万荣站较为明显。

图10 蓬宋站轨道高低不平顺波形图

通过小波变换法研究电容枕位置处轨道不平顺波长特性，小波变换通过变换小波函数的中心频率得到小波变换系数，只有当小波中心频率与原始信号固有频率接近的时候，小波系数才会取得极大值。对电容枕区段轨道高低不平顺进行小波变换［9］，结果见图11。小波变换系数大值主要分布在5～10 m 波长区间，位置与电容枕位置一致，说明电容枕施工引起的轨道高低不平顺波长范围约为5～10 m。

图11 电容枕位置高低不平顺小波变换系数分布

根据电容枕布置情况，收集电容枕位置处高低不平顺幅值，作累积分布图（见图12），具体统计值见表6，可以看到电容枕位置处高低不平顺幅值超过4 mm的区段不少于5%，超过5.2 mm的区段不少于1%，而高低不平顺验收限值为6 mm，由于电容枕处高低不平顺波长较短，幅值较大，在列车荷载下容易引起轨道几何超限，因此后期运营维护阶段需要重点关注。

表6 电容枕引起的高低不平顺统计

图12 电容枕引起的高低不平顺累积分布图

4 结论

磨万铁路作为新建160 km/h 单线典型铁路，在验收轨道几何过程中发现了多种典型问题，通过跟踪分析全线轨道质量状态及典型问题，得出如下结论：

（1）磨万铁路经过动态检测，消除了42 处局部峰值超限，TQI 得到一定程度改善，动态检测效果良好。

（2）经过验收检测，全线无局部峰值超限，TQI最大值为7.7 mm，无超过验收管理值的偏差，轨道几何各项测试指标均满足相关动态验收标准要求，轨道整体质量状态在同等级线路中较好。

（3）检测中发现一些典型问题，如轨道周期性不平顺引起的低频周期性晃车；电容枕施工引起波长较短，幅值较大的轨道几何高低不平顺，在列车荷载下容易引起轨道几何超限，后期运营维护阶段需要重点关注。