神朔铁路线路捣固作业决策方法

神朔铁路自陕西省大柳塔镇至山西省朔州市，正线全长265.75 km，是国家I级双线电气化重载运煤专线铁路［1］，其年运量持续增长，2018 年已达 2.657 亿 t。神朔铁路线路捣固作业采用固定周期的平推式维修作业，上行重车线每年至少捣固2遍，下行空车线每年至少捣固1 遍，主要采用大型养路机械（以下简称大机）进行线路捣固作业。随着年运量的增加，神朔铁路线路捣固作业量基本呈现出逐渐上升的趋势［2］。神朔铁路线路养护维修管理部门分为河西运输段和河东运输段，其中河西运输段管内线路里程为K0+000—K102+187。2018 年河西运输段的大机捣固作业量高达481.95 km，为河西运输段管内线路长度的2.36倍。而瑞典、英国等国家通常根据轨道高低不平顺指标制定捣固作业策略［3-5］，瑞典每年捣固作业量约为1 700 km，仅约占其线路总长度的14%［6］。因此，研究神朔铁路线路捣固作业（本文特指大机捣固）的决策方法，对改进神朔铁路捣固作业计划的编制方法，避免过维修与欠维修有着重要意义。

国内外有不少学者针对线路捣固作业决策方法开展研究。Letot 等［7］通过对高低不平顺的标准差建立带有随机参数的维纳过程劣化模型，以及利用三参数韦布尔分布概率模型拟合捣固后的改善效果，提出了基于轨道状态预测的自适应维修模型，以确定轨道区段的最佳捣固时机。杨飞［8］通过分析轨道几何状态变化规律，选用了劣化速率快且规律性好的高低不平顺指标作为捣固作业决策指标，并结合国外标准和我国有砟线路轨道几何标准差的统计分析结果，确定了基于高低不平顺指标的捣固作业阈值建议值，进一步预测了区段的捣固时机。徐伟昌［9］通过分析捣固作业轨道质量评价指数的变化规律，建立了捣固作业质量评价指数预测模型和维修时机决策模型，提出了以线路维修服务水平确定捣固维修作业周期的方法。

本文针对神朔铁路线路捣固作业实际情况，结合国内外已有的线路捣固作业决策方法的相关研究成果，利用捣固作业改善系数［10］和轨道不平顺指标结构［11］分析神朔铁路轨道不平顺各单项指标与线路捣固作业维修质量的相关性，并基于相关性分析结果设计神朔铁路线路捣固作业决策方法。然后将本文的线路捣固作业决策方法与神朔铁路传统的决策方法进行对比，验证该线路捣固作业决策方法的有效性。

1 轨道不平顺指标与线路捣固作业维修质量的相关性分析

针对神朔铁路线路200 m 单元区段，分析轨距、水平、左高低、右高低、左轨向、右轨向、三角坑7 项轨道不平顺单项指标与线路捣固作业维修质量的相关性。进而利用该相关性分析结果选取神朔铁路线路捣固作业的决策指标，并基于决策指标制订合理的捣固作业决策方法。

本文选取 2014 年 9 月—2016 年 12 月神 朔 铁路河西运输段共计31 次的轨检车检测数据以及该时段内的捣固作业维修数据进行研究。根据河西运输段管辖范围，本文将河西运输段管内线路上、下行线共划分为1 022个200 m单元区段。

1.1 相关性分析方法设计思路

利用神朔铁路各单元区段的捣固作业前轨道不平顺指标结构和捣固作业改善系数，分析神朔铁路的轨道不平顺各单项指标与线路捣固作业维修质量的相关性。

轨道不平顺指标结构［12］是指200 m单元区段在一定时段内的轨道不平顺各单项指标的比例构成，记为其中，p1—p7分别表示轨距、水平、左高低、右高低、左轨向、右轨向、三角坑7项单项不平顺指标结构，即轨道不平顺各单项指标标准差占轨道质量指数（Track Quality Index，TQI）的比重。

所谓场景，原是影视用语，指特定时间与空间内发生的行动，或因人物关系构成的具体画面，通过人物行动来表现剧情的特定过程。

捣固作业改善系数［10］是根据200 m单元区段捣固作业前后TQI值计算得出的捣固作业维修质量评价参数，记为γ。γ越大说明捣固作业维修质量越好。其表达式为

式中：α为改善率，反映捣固作业对轨道质量状态的即时改善效果；σ1 为捣固作业前最后一次轨道质量状态检测值；σ2 为捣固作业后首次轨道质量状态检测值；β 为TQI 的发展率，反映捣固作业后一段时间内捣固效果的稳定情况，根据神朔铁路实际情况，捣固作业应能在6 个月内保持效果稳定，因此β 选取捣固作业后6 个月内TQI 的变化幅度来判断捣固作业的持续效果；σmin为捣固作业后6个月内的轨道质量状态检测最小值；σmax 为捣固作业后6 个月内的轨道质量状态检测最大值；a1和a2分别为α和β的权重系数，a1，a2均在0～1之间，且a1 + a2 = 1，由管理者确定。

正如有的学者所言，“刑事政策的终极目的是维护社会秩序，也即强调构成社会的个人和集团之间的调和、安定并促进社会的发展。”［5］刑事立法政策作为一项公共政策，其反映的是政府机构与其周围环境之间的关系，公民意志作为众多关系中的重要一环，对于一项刑事立法政策是“良策”还是“恶策”具有决定性的影响。刑事立法政策要做到调和社会关系、维持社会秩序就必须适度接纳民意。

本文采用距离相关分析方法［13］衡量轨道不平顺指标结构P与捣固作业改善系数γ的相关性。距离相关分析是测量变量间相似性或不相似性的一种分析方法，不相似性测量通过计算变量之间的距离来实现，相似性测量则通过计算Person 相关系数等来实现。本文选用其中的相似性测量，输入变量为根据式（1）—式（3）计算得到的γ 和与其一一对应的P，输出变量为 pi(i = 1，2，…，7)和 γ 之间的 Person 相关系数r =(r1，r2，…，r7)。|ri|越接近于1，表示pi和γ之间的相关性越高；ri ＞0表示pi和γ为正相关，即pi和γ具有同时增加或同时减少的倾向；ri ＜0 表示pi和γ 为负相关，即pi 和γ 具有其中一变量增加而另一变量减少的倾向；ri = 0表示pi和γ之间不存在相关性。

根据距离相关分析结果，若某单项不平顺指标结构与捣固作业改善系数之间为正相关，则说明捣固作业维修质量与该单项不平顺指标占TQI的比重具有同时增加或同时减少的倾向。依此可有效反映该单项不平顺指标与捣固作业维修质量之间的相关关系，并可筛选出与神朔铁路捣固作业维修质量相对紧密相关的单项不平顺指标，进而可将与捣固作业维修质量有正相关性的单项不平顺指标结构所对应的单项不平顺指标作为神朔铁路线路捣固作业的决策依据。

1.2 相关性分析结果

将式（1）中的权重系数取为a1 = a2 = 0.5，利用式（1）—式（3），以捣固作业前P 值以及相应的γ 作为输入，利用SPSS统计软件中的距离相关分析方法计算各 pi 之间以及各 pi 与 γ 之间的 Person 相关系数，得到相似矩阵，见表1。

表1 轨道不平顺指标结构与捣固作业改善系数的相似矩阵

变量轨距p1水平p2左高低p3右高低p4左轨向p5右轨向p6三角坑p7改善系数γ轨距p1 1.000-0.378-0.357-0.325-0.028-0.017-0.308-0.196水平p2-0.378 1.000-0.221-0.268-0.289-0.318 0.745 0.144左高低p3-0.357-0.221 1.000 0.760-0.437-0.429-0.254 0.028右高低p4-0.325-0.268 0.760 1.000-0.441-0.422-0.273 0.024左轨向p5-0.028-0.289-0.437-0.441 1.000 0.540-0.333-0.030右轨向p6-0.017-0.318-0.429-0.422 0.540 1.000-0.349-0.002三角坑p7-0.308 0.745-0.254-0.273-0.333-0.349 1.000 0.125改善系数γ-0.196 0.144 0.028 0.024-0.030-0.002 0.125

从表1 可以看出，p3，p4，p2，p7 与 γ 之间为正相关，相应的相关系数分别为0.028，0.024，0.144，0.125，且 p2，p7 与γ 的正相关程度相对最高。此外，从表1 中还可以看出，p1与γ之间的相关系数为-0.196，即当单元区段的轨道病害主要为轨距不平顺时，捣固作业无法起到改善作用。这与大机捣固无整正轨距的功能［14］的观点相符，从一个侧面验证了本文的相关性分析方法的有效性。

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综合以上分析可知，神朔铁路线路捣固作业时应将左高低、右高低、水平、三角坑作为制订捣固作业决策方法的关键轨道不平顺指标。这4 项指标应占有TQI足够大的比重才可有效保证捣固作业维修质量。

是他自己说的：“我们今天值得纪念。这要买个戒指，你自己拣。今天晚了，不然我陪你去。”那是第一次在外面见面。

2 基于相关性分析结果的线路捣固作业决策方法

2.1 捣固作业决策指标的选取

根据前文分析结果，将左高低、右高低、水平、三角坑4项不平顺指标的标准差之和作为线路捣固作业决策指标，记为TQIt，其表达式为

式中，Si(i = 1，…，4)分别为 200 m 单元区段的左高低、右高低、水平、三角坑4 项轨道几何不平顺指标的标准差。

2.2 捣固作业策略的制定及评价

根据捣固作业决策指标，结合捣固作业相关管理标准，可确定需要进行捣固作业的里程范围。对于容许速度vmax≤200 km/h 的线路，我国现有的TQI 管理值见表 2［15］。神朔铁路适用于 vmax ≤ 160 km/h 速度等级下的管理值，扣除左、右轨向及轨距3 项的数值，TQIt的管理目标值为9 mm，因此选取TQIt的捣固作业阈值为9 mm。

但是这些研究都无法很好的代表中国的情况，虽然在中国也有着上述所说的不同阶层之间的壁垒和同一阶层内的认同，但是中国还有一些比较特殊的现象值得我们关注，流动人口就是其中一例。

表2 vmax≤ 200 km·h-1线路TQI管理值 mm

速度等级vmax≤ 160 km·h-1 vmax＞ 160 km·h-1高低2.5×2 1.5×2轨向2.2×2 1.6×2轨距1.6 1.1水平1.9 1.3三角坑2.1 1.4 TQI 15.0 10.0

为了验证本文线路捣固作业决策方法的有效性，以神朔铁路河西运输段2018 年1—12 月的捣固作业为背景，将本文制定的捣固作业策略（即当单元区段的TQIt达到9 mm时进行捣固作业）与神朔铁路传统的捣固作业策略（即固定周期的平推式维修作业）进行对比。估计并统计上述2 种捣固作业策略下2018 年1—12月神朔铁路河西运输段捣固作业量，见表3。

通过对各墩柱进行循环往复加载，得到墩柱的墩顶力-位移滞回曲线，如图7所示.图7(a)为局部接口处无耗能钢筋连接的无现浇混凝土与局部现浇混凝土墩柱的滞回曲线，图7(b)为局部接口处有耗能钢筋连接的无现浇混凝土与局部现浇混凝土墩柱的滞回曲线.

表3 不同捣固作业策略下神朔铁路河西运输段2018年捣固作业量

捣固作业策略固定周期以TQIt为决策指标不需要捣固的单元区段数量0 888线路捣固作业量/km 481.95 304.35减少作业量/km 0 177.6

从表3 可以看出，以TQIt为捣固作业决策指标将大幅降低捣固作业量。通过轨道不平顺各单项指标与线路捣固作业维修质量的相关性分析可以看出，根据神朔铁路线路捣固作业实际情况，TQIt与线路捣固作业维修质量的相关性最为显著，以TQIt作为决策指标更为合理，可在保证捣固作业维修质量的基础上有效降低捣固作业量，说明了以TQIt作为捣固作业决策指标的有效性。此外，根据现场实际数据，神朔铁路传统的线路捣固作业成本约为3.1 万元/km，而以TQIt作为捣固作业决策指标，神朔铁路仅河西运输段2018年的线路捣固作业量就可减少177.6 km，降幅约为36.9%，可节省捣固作业成本550.56万元。

3 结语

针对神朔铁路线路200 m 单元区段，利用轨道不平顺指标与线路捣固作业维修质量的相关性分析结果，设计了神朔铁路线路捣固作业决策方法。为说明该决策方法的有效性，利用神朔铁路河西运输段2014年9 月—2016 年12 月共计31 次的轨检车检测数据以及该时段内的捣固作业维修数据，分析了神朔铁路轨道不平顺各单项指标与捣固作业维修质量的相关性，并基于相关性分析结果制定了适用于神朔铁路的捣固作业策略，然后结合河西运输段2018年的捣固作业实际情况与神朔铁路传统的捣固作业策略进行了对比分析，结果表明本文所提出的捣固作业策略可有效降低捣固作业量，减少捣固作业成本。

目前神朔铁路正在利用本文所提出的线路捣固作业决策方法改进线路捣固作业计划的编制方法，经过一定时间的生产实践后，通过积累数据，下一步将研究采用该线路捣固作业决策方法优化捣固作业计划等问题。

参考文献

［1］包文艳，王福田，李仕毅，等.重载铁路轨道高低不平顺预测研究［J］.铁道标准设计，2019，63（1）：29-34.

［2］秦宪国，白磊.神朔铁路轨道质量状态综合评定模型与算法研究［J］.铁道建筑，2015，55（12）：130-133.

［3］KHOUY I A，SCHUNNESSON H K，JUNTTI U，et al.Evaluation of Track Geometry Maintenance for a Heavy Haul Railroad in Sweden：A Case Study［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2014，228（5）：496-503.

［4］KHOUY I A，LARSSON-KRÅIK P O，NISSEN A，et al.Costeffective Track Geometry Maintenance Limits［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2016，230（2）：611-622.

［5］AUDLEY M，ANDREWS J.The Effects of Tamping on Railway Track Geometry Degradation［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2013，227（4）：376-391.

［6］KHOUY I A，LARSSON-KRÅIK P O，NISSEN A，et al.Optimisation of Track Geometry Inspection Interval［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail Rapid Transit，2014，228（5）：546-556.

［7］LETOT C，SOLEIMANMEIGOUNI I，AHMADI A，et al.An Adaptive Opportunistic Maintenance Model Based on Railway Track Condition Prediction［J］.IFAC-PapersOnLine，2016，49（28）：120-125.

［8］杨飞.基于高低不平顺的线路捣固作业维修标准及决策技术研究［J］.铁道建筑，2017，57（7）：131-135.

［9］徐伟昌.大型养路机械捣固作业维修决策模型研究［J］.铁道科学与工程学报，2016，13（1）：152-157.

［10］李仕毅，李春艳，包文艳，等.神朔铁路线路捣固作业维修质量评价方法［J］.铁道建筑，2018，58（12）：143-145.

［11］李仕毅，刘仍奎，王福田.基于灰色成分数据模型的轨道不平顺指标结构预测［J］.铁道科学与工程学报，2018，15（8）：1937-1942.

［12］ZHANG N，LIU R K，WANG F T，et al.Prediction for Track Vertical Profile Irregularity Index Structure of Shenmu-Shuozhou Railway［C］//IEEE.2018 3rd IEEE International Conference on Intelligent Transportation Engineering.Singapore：IEEE，2018.

［13］夏丽华，谢金玲.SPSS 数据统计与分析标准教程［M］.北京：清华大学出版社，2014.

［14］中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则条文说明［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

［15］中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则：铁运〔2006〕146号［S］.北京：中国铁道出版社，2006.