（道路与铁道工程专业论文）基于状态修的城市轨道交通线路与轨道养护维修模式研究.pdf

韭塞銮理= 苤堂亟堂焦诠塞虫塞擅鐾 中文摘要 摘要：经济的发展推动着世界城市化进程不断加快，为了解决城市规模不断扩大 以及人口数量不断增加带来的出行难的问题，各国均把轨道交通作为解决城市交 通压力的主要手段，逐步建立以大容量轨道交通为主干网的城市快速交通网络。 城市轨道交通准时性、舒适性和安全性等特点，是建立在城市轨道交通设施的养 护维修基础之上的。因此，随着城市轨道交通规模的不断扩大，一方面养护维修 工作量将会越来越大；另一方面，为运营安全提供保障作用的养护维修工作的重 要性更加突出。 目前，国内城市轨道交通养护维修模式是按照规定的固定周期进行的周而复 始的计划修维修模式，维修工作中考虑设施的实际状态较少，过修和欠修现象严 重，造成了一定劳力物力的浪费，并且遗留部分安全隐患。而状态修是依据设旌 的实际状态来指导维修工作的展开，能够显著的消除过修和欠修现象，确保设施 经常处于良好技术状态。 本文将状态修基本原理运用到城市轨道交通线路与轨道养护维修工作中，提 出了状态修的概念、思路、基础、特点和实现状态修的要素，提出了城市轨道交 通线路与轨道以“检查状态评定维修”为主线的养护维修体系组织形式， 提出了检查维修体系的划分、检查维修的具体内容、状态评定方法和评定指标体 系。考虑到轨道检查车、添乘仪等动态检测设备将大量在养护维修工作中使用， 本文提出了基于养护维修统计数据的钢轨病害预测方法，为今后状态修的研究提 供借鉴。 基于状态修的养护维修模式与传统的计划修养护维修模式相比，其维修具备 更强的针对性，并且带来更好的维修效益，可以更好的保障城市轨道交通运营安 全。 关键词：城市轨道交通：线路；轨道；维修：状态修 分类号：中图分类号：u 2 3 l + 9 4 ；u d c ：6 2 5 1 5 韭瘟銮垣左堂亟堂位论塞垦s 坠匹 a b s t r a c t a b s i l 己a c i j i h ew o r l du f b a n i z a t i o ni sb o o s t e db yt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h ep r e s s u r co ni r a 墒ci s b e c o m i n ga ni m p o n a n tp r o b i e md u r i n gt h ec o n t i n u o u s e x p a n s i o no fc i t ys c a l ea n dt h ei n c r e a s eo fp o p u i a t i o n t h eu r b a nr a i lt r a n s i t ，i nw h i c h t h er a p i dt m f ! f j cn e t w o r ki sc o n s t r i l c t e do nt h eb a s e s0 ft h eh i g h - c a p a c i t yr a i lt m n s i t s y s t e m ，i sap r i m a r ym e t h o dt of e l e a s et h et r a f ! f i cp r e s s u r ea i lo v e rt h ew o r l d t h eu r b a n r a l ：lt r a n s i th a ss u c ha d v a n t a g e sa sp u n c t u a l i t y ，c o m f o n ，s e c i l r i t ya n ds o0 n ，a i l dc h e s e c h a m d e r i s t i c sa r eb a s e do ng o o dm a i n t e n a n c eo ft r a n s p o ne q u i p m e n t t h em o r et h e s c a l eo fu r b a nm i lt r a n s i tc x p a n d s ，t h eg r e a t e r t h em a i n t e n a l l c ew o r kf o rt m n s p o ns a f e t y 孕d 、v sa n dm o r cs i g n i f i c a n ti tb e c o m e s a tp r e s e n t ，t h em a i n t e n a n c em o d eo fu r b a nt m n s p o r ti no u r u n t r yi sc o n s u l t e db y t h e p i a n m o d ew h i c hc i r c u l a t e sw i t haf i x e dp e r i o d t 1 l er e a lc o n d i t i o n so f e s t a b l i s h m e n t s ，w h i c ha r em a i n t a i n e de x c e s s i v e l yo ri n s u f 石c i e n t l yi np r a c t i c a lp r o j e c t ， a r cs e i d o mt a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n nw o u l di e a dt ow a s t eo fm a t e r i a l 柚dm a n p o w e r r e c o u i s e sa sw e l la sh i d d e nt r o u b l e so f s a f c t yi nac e n a i nc x t e n t a c c o r d i n gt 0t h er e a l c o n d i t i o n so fe s t a b l i s h m e n t s ，t h em a i n t e n a n c cm o d ec a ne 丘- e c t i v e l ye l i m i n a t et h e p h e n o m e n ao fe x c e s s i v ea n dj n s u 笳c i e n tm a i n t e n a n c c ，a n di n s u r ct h ee s t a b l i s h m e n t s a l w a y si nag o o dc o n d “i o n i i lt h i sp a p e r ，t h em a i n t e n a n c es y s t e mi se s t a b l i s h e di nt h ef o n no fu r b a nr a i lt r a n s i t r o u t ea n dm i lc h e c k i n 哥c o n d i t i o na s s e s s m e n t m a i n t e n a n c es e n ，i c cb yr a d i c a lp r i n c i p l e s ， o fw h i c ht h ei d i o g r a p h i cc o m m e n t s ，m e t h o do fc o n d i t i o na s s e s s m e n ta n ds y s t e mo f a s s e s s i n gi n d i c e s a r ca l s op r o p o s e d c o n s i d e r i n gt h e a p p l i c a t i o n o fm a i n t e n a n c e e q u i p m e n ts u c ha sr a i l c h e c k i n gv e h i c i ea n dm e a s u r i n gi n s t m m e n tf o rt r a c ki r r e g u l a r i t y i nr e a lp r 巧e c t s ，t h ef o r e c a s t i n gm e l h o do fr a i ld i s e a s e sw i i lp m v i d cr e f c r e n c e sf o rs u c h r c s e a r c h e si nt h ef u t u r c t h ec o n d i t i o nm a i n t e n a n c cm o d ei sm o r cp e n i n e n ta n dp m f i t a b l yc o m p a r c dw i t h t h et m d i t i o n a lm a i n t e n a n c em o d e w h a ti sm o r c i tw i l lm a k et h eu r b a nr a i lt r a j l s i ts a f c r a 玎db e t t e l k e y w o r d s ：u r b a nr a i lt 砌s i t ；m u t e ；t r a c k ；r e p a i r ；c o n d i i i o nr e p a i r c l a s s n 0 ：n l c ：u 2 3 1 + 9 4 ：u d c ：6 2 5 1 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：端新躲嗍枇 签字r 期：2 6 年p 月汐日签字日期：泖铒j 2 月如日 致谢 本论文的工作是在我的导师梁青槐教授的悉心指导下完成的。梁老师严肃的 科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从 课题的选择到论文的最终完成，梁老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。 三年来，梁老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无 微不至的关怀，在此谨向梁老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文的编写过程中，张海燕副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多 的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，贾俊峰、杨丽明和程霄楠等同学对我论文中 的城市轨道交通养护维修研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之 情。 另外也感谢我的父母和家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 e 塞变道丕堂亟翌焦论塞绪途 1 绪论 城市化是世界各国共同的发展趋势，而住房、环境和交通则是影响城市发展 的三大要素，这其中尤以交通发展为甚。随着我国国民经济的发展，我国城市化 的进程正在大大加快。伴随着城市人口增加所带来的城市交通量的积聚增加，交 通问题所引发的种种矛盾正在日益显现出来。据统计，全国城市机动车的年平均 增长率已达到1 5 ，而北京的发展更是走在了全国城市的日f 列。从1 9 9 1 年开始， 北京市机动车年增长率始终保持在1 0 至1 5 ，其中1 9 9 8 年的机动车增长率达到 1 5 ，2 0 0 2 和2 0 0 3 年一度达到2 0 。截止到2 0 0 4 年8 月，北京市机动车保有量 已达2 3 0 万辆，比1 9 9 1 年的5 l 万辆增加了4 5 0 。但是相应的城市道路面积增长 率只有1 1 6 左右。在这种情况下，想通过传统的公共汽车和电动汽车等客运方式 把大量集中的人流在较短的时间内尽快疏散是不现实的。现在高度流动的社会需 要安全、舒适、准时和快速的交通工具，而大力发展城市轨道交通无疑是最具可 行性的一个解决方案。 从1 9 6 9 年开始运营国内第一条地铁线路到2 0 0 6 年底，北京市开通运营的城 市轨道交通总里程已达1 1 4 6 公里。未来五年内，北京市轨道交通在全面建设完成 4 号线、5 号线、1 0 号线( 包含奥运支线) 一期等直接为奥运服务的四项轨道交通 工程基础上，9 号线、1 0 号线二期和轻轨l 2 线( 亦庄线) 2 0 0 7 年将开工建设，并 在2 0 1 0 年前通车。此外，4 号线南延、1 l 号线和1 5 号线三条新地铁也将在未来 五年期间开工建设。随着新地铁逐渐建成并投入使用，截止到2 0 1 0 年北京轨道线 交通网运营里程将达到2 7 3 公里，北京正处在一个轨道交通大建设的时期。 伴随着城市轨道交通建设及运营事业如火如茶展开的同时，北京市将面临着 一个大规模的轨道交通的养护维修问题。 由于轨道在机车车辆动力作用下，在风、沙、雨、雪和温度变化等自然条件 影响下，将产生一系列变形，这些变形包括弹性变形和永久变形。轨道的永久变 形不仅影响列车的平稳运行，而且当这种变形累积到一定限度后，将大大削弱线 路的强度和稳定性，危及行车安全。轨道结构和一般工程结构的显著差别是边运 营、边破坏、边修理，为保证城市轨道交通正常运行，对轨道及其各部分的相互 关系以及状态界限都应进行严格规定。通过线路与轨道的养护维修，提高设备质 量，确保轨道状态经常良好，符合规定的技术标准，保证列车平稳、安全、准时 的运营。 此外，城市轨道交通社会效益的属性及其在耗电、维修、折旧、土建等各方 面的巨大开支，决定了仅靠其自身的运营费用是无法弥补运营支出，因此城市轨 j e 塞交道叁堂亟生僮迨塞绪i 金 道交通的收入主要还是依靠政府财政补贴。然而随着轨道交通网络规模的扩大， 政府的财政压力越来越大。养护维修工作不仅是运营安全的基础，同时也是运营 成本的重要组成部分。如何控制养护维修工作的成本，对减轻政府财政压力，及 促进城市轨道交通健康成长都是很有意义的。 因此如何运用合理的养护维修模式在保障运营安全的基础上，使维修成本处 于合理范围是具有很大的现实意义。 e 丞至迪盔堂亟堂位论塞国凼处毡遵窑适差荭维蝗班丛 2 国内外轨道交通养护维修现状 本章主要对国内外铁路工务养护维修模式和城市轨道交通车辆设备维修模式 进行归纳和总结，为城市轨道交通线路与轨道养护维修模式提供借鉴意义。 2 1铁路工务养护维修模式 日本、法国和德国是世界铁路发达国家，其铁路工务养护维修水平处于世界 前列，代表着铁路养护维修的最高水平。本节对这三个困家和我国铁路养护维修 模式进行调研，分析状态修在铁路工务养护维修模式内的应用。 2 1 1日本新干线工务养护维修 新干线分别由东海( 经营东海道新干线) 、西日本( 经营山阳新干线) 、东日 本( 经营东北、上越、北陆新干线) 三家旅客运输公司经营。各公司的养护维修 机构设置大致相似，如图2 1 所示。 图2 1 日本新干线养护维修体制示意图 f j g u r e2 1m a i n t e n a n c ea n dr e p a i rs y s t e mo f j a p a n 雠s h n i a n 靴n 钢轨中心职能：将工厂生产的钢轨焊接成2 0 0 l l l l 的长钢轨，并进行接头打磨， 输送至铺轨现场：将新干线上换下的旧轨截成短轨，供既有线二次使用或回收； 管理钢轨打磨车和钢轨探伤车的使用和维修。 保线区( 所) 职能：负责线路维修作业工程发包，维修作业检查和验收及对 承包商的结算，办理线路封锁作业和维修车运转业务，进行维修作业管理等。 韭立銮塑塞堂亟生垃熊塞国出处毡重銮适差控丝蝗理丛 构造物检查中心职能：负责对线路及轨道结构进行技术诊断，提出合理的维 修对策，检查维修结果等。 设备维修管理所职能：负责建筑物的维修、检查、工程发包等业务。 新干线的维修工作均是由非铁道部门的专业承包商以承包方式进行作业，并 不使用大、中及维修的提法，它主要分为大规模施工和小规模施工两大类。主要 维修设各及机具产权属各铁路客运公司，租借给承包商，小型维修机具由承包商 自行购置。因此铁路客运公司基层养护维修部门的主要业务是工程发包管理、维 修检查、协助验收( 线路维修作业的验收以轨道检查车轨检结果为准) 等。 l 、大规模施工 新干线大规模施工主要包括更换道床、更换钢轨、更换钢轨伸缩调节器、更 换道岔等作业。 对新干线工务设备，有定期检查、不定期检查、全面检查、单项重点检查、 广域检查等一系列较为完整的检查制度，根据对各项检查资料的分析，每年七月 份要制定与上报下一年度的大规模施工计划，涉及到大规模施工的项目，也有周 期的要求。 七月份制定下年度大规模施工计划的同时，也要提报下年度的钢轨打磨计划。 钢轨打磨是有周期性打磨规定的，更换钢轨后的一年之内必须打磨：住宅密集区 一年打磨一遍，其次还按居民相对密度分为3 0 0 0 万吨年通过总重打磨一遍和6 0 0 0 万吨年通过总重打磨一遍，凡超过6 0 0 0 万吨通过总重则一定要打磨一遍。日本铁 路打磨钢轨的目的主要有两个，一个是改善行车条件，延长钢轨使用寿命，二是 减少噪声污染，这也是制定打磨钢轨周期的依据。 2 、小规模施工 新干线小规模施工主要是针对线路的整修，整修的内容与时限要求主要依据 其制定的“轨道变形管理目标值”。 轨检车每1 0 d 对新干线线路检测一遍，凡检测结果超过了紧急补修标准，当 夜就要进行紧急补修：如果超过了限速运行标准不仅当夜要进行紧急补修，而且 中心指令室立即通过联网计算机向通过该区段的各次列车司机发出指令，司机将 严格按照操纵台上显示的慢行地段和从2 3 0 k r r l i i 、1 7 0 k m l l 、1 2 0 k m i l 到7 0 k n 油的 慢行速度指令来操纵列车。轨检车检测结果如果超过了维修目标，1 0 d 内必须安排 作业消除。 新干线有严格的程序对轨检车资料进行分析处理，最基本的程序：把各检测 项目以米为单位，将变形最大值作为该1 m 的代表值，制成1 m 代表值文件，对该 文件进行分析，制成轨道变形状态表，以1 0 0 d 为单位，结合历次轨检车检查，同 时考虑在此期间线上作业的情况，汇总分析，制成轨道弱点管理表，以此为根据 4 e 基銮适盔堂亟兰僮途室巨凼处毡遵銮适羞筻丝坐班丛 确定线路的薄弱地段，于每月2 0 日提报下个月的整修计划。 新干线引进4 0 m 弦管理值的概念，主要是为了改善旅客乘坐舒适度。对检测 结果超过该项管理值的，作业时间无具体要求，而是从乘坐感觉、施工能力、经 济核算3 个方面进行综合分析后确定是否作业及作业的时间。 新干线线路设备的修理周期如下： 1 、更换轨枕 曲线钢轨1 1 5 年更换一遍，直线钢轨5 亿一6 亿吨通过总重或7 8 年更换一 遍。 2 、更换道岔及钢轨伸缩调节器 原则上与更换钢轨同步，但由于其结构较为复杂，易于损坏，实际比钢轨的 更换周期要短，一般根据其具体状态确定。 3 、更换道床 道床一般1 1 一1 2 年更换一遍，目前主要由道床状态检查结果确定，主要检查 含土量和道碴磨损情况。 4 、轨道维修 轨道维修根据轨检车每l o d 检测一遍的具体资料确定工作量。由于新干线为 客运专线，轴重轻( 原来轴重为1 5 吨，现减小到1 1 吨) ，扳式轨道比重大( 板式 轨道占5 3 ) ，故轨道几何尺寸变化较小。 2 1 2 法国t g v 高速铁路工务养护维修 高速铁路的养护维修由法铁设备局线路维修处负责，各地区局设工务段、领 工区和工区。所需人员均为专职，任务是进行日常养护、检查、小型维修，而大 型维修工作则由专门公司进行。 法国高速铁路将轨道、车辆耦合作用与轨道维修作为一个系统来考虑。在列 车运行过程中，轨道缺陷导致了动荷载，而这个动荷载反过来又加剧了轨道缺陷 的发展。轨道维修过程就是为了减少这个轨道缺陷的加剧过程，在这两个过程中 必须取得一个平衡，这个平衡就形成了轨道维修的基本原理。 法国高速铁路对轨道状态的维修管理按轨道的质量状态分为四级： 1 ) 目标值( v 0 ) 新线铺设、维修作业后应达到的质量标准； 2 ) 警告值( 、a ) 达到或超过此值的轨道不平顺要实施重点观测，分析其 发展变化情况并做出维修计划。 3 ) 干预值( v i ) 达到或超过此值的地点或区段实施必要的维修作业，一 般在1 5 天之内予以实施，并使其达到目标值。 5 e 立趸垣叁堂亟土堂擅论塞国由处毡遵蛮通差塑缝蝗现达 4 ) 限速值( v r ) 对于达到或超过该值的地点或区段列车必须降速行驶， 并以任何可能的手段包括手工作业予以整治。 法国高速铁路除对轨道的质量状态进行评价与控制外，还用车体振动加速度 和转向架振动加速度柬评价轨道质量状态。 根据试验研究结果，长波长轨道不平顺对高速列车舒适性的影响较为显著。 因此，法铁队轨道不平顺的管理用“传统基长”和“扩展基长”两种检测数据来 评价、管理、维修轨道。表2 2 是法国高速铁路轨道不平顺管理标准。 表2 2 法国高速铁路轨道不平顺管理标准 l 师目横向振动加速度m s 之高低i n m轨向m m 名菰1 2 2 m 基长3 1 m 基长1 0 m 基长3 3 m 基长 车体转向架 半峰值峰值半峰值峰值 v 032 溺1 23 551 0 61 2 v i2 26 1 0 1 881 6 v r2 881 52 41 22 0 2 1 3 德国高速铁路工务养护维修 根据德国铁路的实践经验，直接影响及控制行车速度的主要因素有两个：一 是线路平纵断面，一是线路的平顺性。因此，德国铁路对高速线路的轨道不平顺 限速管理标准比一般线路要严格得多。表2 3 为德国铁路为保障行车安全而制订的 轨道不平顺限速管理标准。 表2 3 德国铁路轨道不平顺限速管理标准 t a b l e2 3t h c k i r r e g l l i a r i t ) rm a n a g e m e n ts t a n d a r d nd i 玎e r e n ts p e e do f g e m 柚yi c e 速度 允许限度 轨距扩大 ( k m h 1 ) 轨向m m高低m m 水平m m 扭曲 ，n l m 1 6 01 4 51 4 5831 0 5 1 4 01 6 51 6 58 532 0 5 8 0 2 2 5 2 2 5 1 33 53 0 德国高速铁路为保持轨道平顺性主要采取如下的技术措施： 1 、严格控制轨道初始不平顺。在高速铁路的路基修筑时，保证严格的密实度 b 壅銮适友堂亟茎僮迨塞国出处纽道銮道羞控维蝗现丛 标准；钢轨出厂前严格校直低接头：一次铺轨无缝线路；打磨钢轨，磨平焊缝等 初始轨面不平顺；按作业质量验收标准来控制仞始不平顺。 2 、采用保持平顺性好的重型高稳定性轨道结构。采用6 0 k 2 m 重型钢轨无缓 冲区无缝线路；采用平顺性好、大号码可动心轨道岔( 4 2 号、3 2 5 号) ；采用优质 硬质耐磨级配道碴：采用横向阻力大的轨枕或无碴轨道；采用弹性好、可靠性高 的扣件、垫板。 3 、采用保障行车安全的紧急补修和限速管理标准。 4 、采用先进的轨道维修管理技术。根据轨道实际状态制订维修计划、实行日 常保养、预防性计划维修、紧急补修的维修管理制度。 5 、建立保障高速列车运行安全的轨道不平顺限速管理紧急处置系统。设置轨 检车行车指挥工务管理部门间的无线通信联络及申报、批准下达限速命 令的系统。 6 、采用先进的轨道状态控制技术和设备。【3 】 2 1 4 我国铁路工务养护维修 我国铁路线路设备修理分为线路设备大修和维修。线路设备大修的基本任务 是根据运输需要及线路设备损耗规律，有计划、按周期地对线路设备进行更新和 修理，恢复和提高线路设备强度，增强轨道承载能力。线路设备维修的基本任务 是保持线路设备完整和质量均衡，使列车能以规定速度安全、平稳和不问断地运 行，并尽量延长线路设备使用寿命。线路设备维修依工作性质又可分为综合维修、 经常保养和临时补修。【4 j 我国铁路工务养护维修工作大致经历了三个阶段。 解放初期，由于铁路延展长度少、设备标准低，钢轨都属于轻、老、杂型， 轨枕全部为木枕，配置根数少、腐朽严重，道床严重不足，普遍翻浆冒泥。在国 民经济恢复时期铁路运量大的条件下，轨道变形快，部件折损严重，而作业手段 落后，所有作业远远不能满足运输的需要，基本属于“事后修”，即病害发生频繁， 不得不修，而又修不胜修。因此没有形成明显的修程，也无所谓周期。 二十世纪五十年代到七十年代初期，轨道结构得到初步加强，轻、老、杂轨 逐渐被更换为4 3 k g m 或5 0 k g m 钢轨，开始铺设混凝土枕，道床加厚，路基病害 得到初步整治，线路修理开始形成预防性计划修的思路，并逐步形成了大修、中 修和综合维修的修程，由疲于奔命的应付式修理向周期化过渡。 二十世纪七十年代后期，改革开放的政策使中国铁路发生了根本性的变化， 特别是二十世纪八十年代以后，工务部门以“线桥结构现代化，施工作业机械化， 7 | e 珏变通盔堂亟兰位i 佥塞围出处毡道銮道菱坦丝丝丑丛 企业管理科学化”为总体目标，推动了轨道结构的强化和管理工作的全面提升， 在线路修理中，修程的设置更趋科学。 目前我国线路设备修理周期根据累积通过总重确定，其维修周期见表2 4 。 表2 4 铁路线路大修和综合维修周期表 1 a b l e 2 4r e n e w a in p a - r a n dc o g a t i o n 他p a r c y d e o f r a n w a yr o u t e 轨道条件周期( 通过总重) ( m t k m 戊m ) 轨型轨枕道床大修综合维修 7 5 k g m 混凝土枕碎石 9 0 02 0 0 无缝线路 7 5 k g ，m 混凝土枕碎石 7 0 01 0 0 普通线路 6 0 k g m 混凝土枕碎石7 0 01 8 0 无缝线路 6 0 k g m 混凝土枕或木枕碎石 6 0 0 9 0 普通线路 5 0 k g ，m 混凝土枕或木枕碎石5 5 01 5 0 ( 般不超过3 年) 无缝线路 5 0 k g m 混凝土枕或木枕 碎石4 5 07 0 ( 一般不超过3 年) 普通线路 4 3 k 咖 混凝土枕或木枕 碎石2 5 03 0 ( 一般不超过3 年) 普通线路 目前，我国铁路正在尝试采用工程类比分析和经济寿命分析法预测线路大修 周期。 所谓工程类比分析法，是以以往的线路大修实施周期为依据，以轨道动力学 为分析的理论基础，类比不同运营条件下不同轨道结构的破坏程度，推算维修费 与投资费之和为最小的轨道匹配关系，并预测其大修周期。 所谓经济寿命分析法，是以钢轨失效状况为依据，以威布尔分布为分析的理 论基础，同时用经济动态的基本原理，推算逐年线路设备维修修理费用的年金值， 年金值最低的那一年即为线路大修之年。1 5 】 2 1 5 国外铁路工务养护维修模式的启示 从世界范围来看，铁路发达国家( 如日本、法国和德国) 工务养护维修模式 已经由单纯的计划修过渡到以状态修为主导的综合维修模式。日本新干线的养护 8 e 壅窆适盘堂亟堂建途童国内处毡遒銮丝差控维丝理丛 维修中，道岔、钢轨伸缩调节器和道床等的更换以及轨道的维修均需依掘其状态 检查结果确定。而法国高速铁路对轨道质量状态的四个等级划分更是状态修理念 应用的代表，对城市轨道交通线路与轨道养护维修工作具有很好的借鉴意义。 状态修理论是以设施实际状态为维修依据，并结合维修计划的一种养护维修 方式。这种维修理论充分考虑设施的实际运行状态，将有限的人力、物力、财力 合理有效地应用到迫切需要的地方，保证设施质量状态的均衡良好。 与铁路相比较，城市轨道交通列车速度低、轴重小，并且由于车体封闭，对 道床污染低。但是其对舒适性的要求更加注重。上述特点决定了城市轨道交通养 护维修模式虽然可以借鉴铁路状态修的维修理念，但是在状态评定的指标上又不 能完全照搬。 2 2 地铁车辆检修模式 地铁车辆一般是动拖结合，固定编组的电动列车组，兼有牵引和载客两大功 能。而且由于地铁的特点，地铁车辆一般分为动力分散型电动列车组，和铁路列 车不同。地铁车辆的设计寿命一般为3 0 年左右，维修的目的就是为了确保地铁运 营的安全性，尽可能的延长车辆的使用寿命，从而降低地铁的运营成本，提高效 益。【6 】f 由于状态修理念最早是上世纪七十年代从美国、日本等国在导航、电力等设 各部门发展起来的一种先进的维修靠i 度，因此研究设备的养护维修模式可以更好 的理解状态修的内涵，从而为城市轨道交通养护维修提供借鉴意义。 2 2 1 香港及国外地铁车辆检修模式 香港地铁车辆采用的检修修程、周期及停修时间是基于均衡修和定期检修相 结合的检修制度确定的，与日本和巴黎采用的相似。表2 5 之7 分别是香港、日本 和巴黎地铁车辆采取的检修修程、周期和停修时间。 表2 5 香港地铁车辆采用的检修修程和周期 t a b i e 2 - 5 v e h i c l e 既a m i n ea n dr e p a r g m d a t i 仰a n d c y c i e a n do f h o n g k o n g m e t m 检修修程检修周期( 万k m )停修时问d 厂修( 半寿命修) 1 6 0 4 5 架修 4 01 4 b 列检 1 51 a 列检 o 5 0 5 e 瘟窑道盔堂亟堂位迨塞国四处熟道銮适差芷丝篮理丛 表2 6 日本地铁车辆采用的检修修程和周期 r a b i e2 6v 曲i c l ee x a m j n ea n dm p a r g 瑚d a t i o na n dc y c l ea n do f j a p a nm e t 阳 检修周期 停修时间 检修修程东京都营地铁 东京营团地铁 ( d ，列) 名古屋市营地铁 全面检查 = 6 年= 6 年1 8 2 5 重要部位检查6 0 万k m 或= 4 年4 0 万k m 或= 3 年 1 2 1 5 月检查= 3 个月- 3 个月 1 日检查 = 6 日 = 3 日 o 2 5 表2 7 巴黎地铁车辆维修级别 1 h b k2 7 v 曲i c l e e x a m i n e a dr e p a r 舯d a t i o ha n d q c l e a n d o f p a s m e t r o 级别列车装置部件 任务 内容备注 操作的适用短时间修理( 3 h ) ，在非 在车 l & 2 v 性与维修质运营时间在列车上进行， 厂做 里只需普通的维修方法 使用性、维修 全面的长时问维修，在列 在大 3v v 质量与潜在 车或承载装置上进行。要 修工 求适当的技术方法、组织 的寿命厂做 手段和人力资源。 大修 工厂 4 vv 部件寿命每个部件进行总体大修 或专 业工 厂做 大修 工厂 5 vv 部件更新工艺技术的现代化改进或专 业工 厂做 注：1 2 级表示现场维修；3 级表示强化维修；4 、5 级为不见性能维修：v 表示维 修部件。 1 0 g 塞窑边塞堂亟茔僮途塞国由处纽道窑适羞控丝丝堡丛 均衡修是利用列车运行停运窗口时间将其检查内容分散在几个时段及不同场 合进行，通常用于运用维修，如香港地铁检修模式的a 、b 列检。其较高的修程的 架修等采用定期检修，实现大部件完全呼唤修，将架修内的不同大部件检修根据 其大部件个体的检修周期安排在a 、b 列检或架修时分解，这样可以实现不同部件 不同步作业，避免车辆、材料、人工的浪费。川 2 2 2 国内地铁车辆检修模式 我国地铁车辆目自f 通常采用的检修修程、周期及停修时间是基于日常维修和 定期检修相结合的检修制度，即预防性计划修制度而确定的。表2 8 2 1 0 分别是 北京、上海和广州地铁车辆采取的检修修程、周期和停修时间。 表2 8 北京地铁车辆采用的检修修程、周期及停修时问 t a b i e2 8v e h i c l e 麟a m i n e a n dr e p a i r g m d a t j o n ，c y c i e a h d r p a i r t i m eo f b e u i n g m e t m 修程周期库停时间 调试合计 检修修程 万k m( d 列)( d 列)( d 列) 厂修 1 1 2 1 2 87 02 09 0 架修 5 6 6 41 772 4 定修2 8 3 21 0 71 7 月检 22o2 列检每日 表2 9 上海地铁车辆采用的检修修程、周期及停修时问 i h b l e 2 9 v 曲i c j e e x a m i n e a n d 珊p a i r g r a d a t ；o n ，c y c j ea n dr p p a r t i m e o f s h a n g h a j m e t m 检修周期 检修修程修时d库停时间d 时闯里程( 万k m ) 厂修1 0 年1 0 0 4 0 3 4 架修5 年 5 02 51 9 定修 1 年1 01 08 双月检 2 月222 双周检 2 周o 40 50 5 列检每日 1 1 j e 基銮适叁翌亟堂焦论塞 国出处垫道交道差塑丝丝现鉴 表2 1 0 广州地铁车辆采用的检修修程和周期 1 a b l e2 1 0v e h c l ee x a m i n ea n dr e p a j r g m d a t j o a n dc y c i ea n do f b e u i n gm e t 抛 检修修程维修间隔运营里程( 万k m ) 大修 1 2 年 1 2 5 1 5 0 小修 6 年6 2 7 5 3 年检 3 年3 4 4 0 2 年检 2 年2 3 2 8 1 年检1 年1 2 5 1 5 半年检6 个月 6 5 8 3 月检3 个月2 5 0 5 双周检2 周0 3 5 加5 注：时间间隔或运营里程，采用先到者。 预防性计划修是将日常维修( 列检) 和根据车辆制造商确定的定期检修( 一 般分为厂修、架修、定修和月检等) 相结合。该检修制度下，将列车集中进行全 面检查，车辆一到各种修程，特别是厂修和架修，不论车辆的实际使用时间、质 量状况如何，都需按其检修修程的内容进行全部作业，在一定程度上造成车辆、 材料和人工的浪费。 2 2 3 地铁车辆检修模式得到的启示 地铁车辆状态修模式是将目前的定期、定型和分解型的维修方式，改变为实 时、在线式的车辆监测及车辆信息管理，并通过对车辆的技术诊断，随时掌握车 辆零部件出现的故障及运行工况，确立以功能为中心和非分解型的车辆维修方式。 其科学合理性在于，它能根据车辆设备的技术状态信息，确定是否需要维修，什 么时候最适宜维修。其经济高效性缘于经确认需要维修的部位则立即施修，无需 修理的则免维修，从而去掉了维修中的盲目性，不但节省人力物力，缩短车辆检 修停车时间，而且是利于环保的维修方法。【8 】 2 3 城市轨道交通线路与轨道养护维修现状 2 3 1 香港及国外城市轨道交通养护维修模式 世界范围内，开通城市轨道交通较早的一些国家或者地区，比如英国、德国、 e 丛窑道鑫堂返堂位丝塞囡出处执道窑遵差建缝篮班丛 法国、日本及香港都已经有完整详细的养护维修技术规范。其维修模式已经进入 了计划修和状态修相结合的阶段，以养促修，对设旋和线路状态有深入和正确的 掌握，从而指导维修工作的展开。 以香港地铁为例，香港地铁对比较重要的设备进行频率较高的诊断性维修， 以保障设备的可靠性。同时通过成本率，预期费用以及平均故障间隔时间之问的 关系，计算出维修周期，并结合成本分析选择出最佳时间对设备进行维修。通过 检查分析设备实际运行状态，有的放矢的制定维修计划。在养护维修之后将病害 情况、产生原因及补救措施制定成表格的形式，在抢修时可以及时方便的查阅， 节省了维修时间。1 2 j 2 3 2 国内城市轨道交通养护维修模式 以北京地铁为例，北京地铁从上世纪七十年代歼始运营以来，截至2 0 0 6 年底， 北京地铁己开通的线路包括1 号线、2 号线、1 3 号线和八通线，运营线路总里程 1 1 4 公里，共有7 0 座运营车站。其中，1 号线全长3 1 0 4 公里，2 3 座运营车站；2 号线全长2 3 6 1 公里，1 8 座运营车站；1 3 号线全长4 0 8 5 公里，1 6 座运营车站； 八通线全长1 8 9 公里，1 3 座运营车站。在地铁设施运营养护维修方面积累了不少 经验。基于这些经验，北京地铁运营公司编写制订了北京地铁工务维修规则( 试 行) 、北京市地铁路基维修规则( 试行) 和北京地铁桥隧涵维修规则( 试行) 等一系列养护维修规则。 上述规则是参考和参照我国铁道部颁布的铁路线路修理规则、铁路路基 大修维修规则、铁路桥隧建筑物大修维修规则和铁路房屋建筑物大修维修 规则等规则，结合地铁自身特点进行了修改。 城市轨道交通虽然与铁路同属轨道交通，但是由于城市轨道交通的荷载形式， 构筑物( 桥梁、隧道、路基) 结构，轨道、设备、供电方式等工程结构以及土建 设施的运营功能、结构安全、消防安全、使用寿命、环境保护等内容与铁路有很 大区别，导致城市轨道交通的养护维修标准和要求与铁路有不小的差异。 此外，从上述规则以及实际维修工作中来看，线路与轨道的养护维修模式还 停留在单纯计划修模式的阶段，这种维修模式虽然使得企业维修管理变得稳定， 但是个别区段和个别设备存在欠修与过修现象，维修成本相对较高。 国内其他城市，由于开通城市轨道交通时问较晚，养护维修工作基本上参照 北京地铁运营的养护维修模式来进行，广州地铁公司在北京养护维修规则基础上， 制定了广州地铁线路设备维修标准来指导养护维修工作。 j t 塞銮适盔翌亟土堂位迨塞国囱矬熟遭銮适差坦丝堡班丛 2 4主要研究工作 综上所述，目前国内城市轨道交通线路和轨道养护维修工作中存在的一个主 要问题是如何确定一个合理的养护维修模式来指导养护维修工作的开展。本文基 于现有养护维修模式以及其他相关行业养护维修理论，在充分讨论状态修理念的 基础上，提出以状态修为主的，状态修和计划修相结合的养护维修模式。 本文在总结国外铁路相关行业养护维修模式基础之上，以状态修的基本理念 为基础，思考线路与轨道设备变化到什么状态该修? 修到什么状态? 怎么进行维 修? 合理解决上述三个问题，对于减少线路与轨道养护维修技术、管理工作中长 期存在的育目性，增强科学性，具有广泛深刻的现实意义。 本文围绕这一问题，重点对以下个方面进行了研究： l 、把状态修理念引入城市轨道交通养护维修工作之中。状态修的原理是通过 对设施科学合理的检查，依据检查结果分析得到的设施实际状态指导实际维修工 作的展开。因此，基于状态修的养护维修工作不仅可以有效地消除病害，并且可 以把维修成本维持在合理范围之内。 2 、提出基于检查状态评定维修的城市轨道交通养护维修体系。给出 养护维修体系中检查体系和维修体系的划分，总结出线路与轨道检查的具体内容 和维修的具体内容。 3 、建立状态评定方法和状态评定指标体系。基于状态修的养护维修体系一个 重点就是设施状态评定方法。建立合理的状态评定方法，依据检查结果和状态评 定指标体系对设旋状态进行评定，从而得到设施实际技术状态，为维修决策提供 支持。 4 、提出基于概率分布的钢轨伤损预测模型。随着检查技术的不断发展，轨道 检查车、添乘仪等设备已经成为维修部门实施线路与轨道状态检查和评估不可或 缺且有效的动态检测工具。随着运营时问的积累和养护维修数据的累积，通过统 计分析手段对大量检测数据进行分析，得到设备状态变化规律从而更好的实现状 态修。 1 4 e 壅窑堑盔堂亟堂位迨塞基王丛盔蝗的差坦缍经拦式 3 基于状态修的养护维修模式 本章从状态修的思路入手，逐步揭示状态修理念。通过提出城市轨道交通状 态修的定义和理论技术基础，对状态修的特点和技术要素进行阐述，从而全面阐 述线路与轨道状态修的理论内涵。 3 1状态修的概念 城市轨道交通养护维修工作是以轨道设备状态变化规律为依据的技术经济活 动，一切安排必须服从于设备状态的客观需要，这是养护维修工作的基本出发点。 我国城市轨道交通从上世纪七十年代运营以来，其养护维修工作经历了“事 后修”和“一年一遍维修”两个阶段。前者是“完成任务不算账、设备坏了再修”， 其结果是设备质量下降，不能保证列车安全平稳运行。后者虽然贯彻预防为主， 预防与整治相结合的原则，但在维修制度上却规定了一年一遍的“一刀切”做法， 不可避免地造成有些线路“提前修”或者来不及做而“简化修”，从而在事实上不 能实现科学的预防，使有限的人力、物力、财力不能合理有效地使用到迫切需要 的地方，也就不能保证设备质量的经常均衡良好。 为了解决养护维修工作中这个根本性的问题，其养护模式应该从单纯的计划 维修方式向基于线路与轨道状态的状态修维修模式进行改变。 城市轨道交通线路与轨道“状态修”顾名思义是根据线路轨道设施技术状态 的实际需要，进行适时的合理的养护维修，因而又可称为轨道d i 沿预防性临界修。 必须指出的是：“状态修”并不是抛开计划的单纯依靠设施状态的一种维修，它是 与计划修相结合的一种维修理念。设施到了计划维修的周期，如果其状态尚好， 可以不进行维修；如果设施状态变坏，即便未到维修周期，也要进行维修。状态 修定义示意图参见图3 2 e 壅銮垣态堂甄堂位迨室基王丛盔篮鲍差控丝篮攫式 作 周 标准远行状态界限值安全运行 量值 状态值 状态值 图3 2 状态修示意图 f i g u r e3 2c o n d i t i o nr p a i rs k c t c hm a p 其中1 代表超出状态界限值时，立即组织检修，使其恢复到规定的状态界限 值内，并尽可能接近标准值继续运行：2 表示超出安全运行值对，应组织检修，使 其恢复到规定的安全运行值内，并尽可能接近标准值继续运行。f 9 l 状态修目的是在保证设备质量均衡良好，安全平稳的前提下，通过合理的养 护维修以及重点病害整治，延长设备使用寿命，延长大修和综合维修周期，