国内外铁路工务检测技术方法及水平

国内外铁路工务监测方法及技术水平国内外铁路工务监测方法及技术水平 一、 轨道几何状态动态检测方法 车载式添乘仪 1车载式添乘仪工作原理 车载式添乘仪是通过传感器测定的车体加速度判断线路病 害等级的一种简易检测设备。它根据车体的上下振动加速 度和左右摆动加速度来判断线路是否存在病害并记录病害 里程和该处车体的加速度，并根据加速度的峰值确定病害 等级。 例如ZT-6型轨道智能添乘仪 2轨检车 我国XGJ- 1准高速（140160km/h)轨检车可检测13项内容，包括：左 右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺 、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平 和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。除检测 轨道几何形位外，还可以从轮轨相互作用和行车平稳性等 方面对轨道状态作出综合评价。中国铁路现役轨检车按检 测系统类型划分为四类：GJ- 3型,GJ4型,GJ4G型,GJ5型；按车辆速度等级划分为 ：120km/h 等级、140km/h 等级、160km/h 等级。随着2007年4月18日铁路第六次大提速200- 250km/h动车组的开行，出现了新型的综合检测车（200km/ h等级），不仅具有GJ- 5的功能，还可以检测供电接触网、信号检测、列车运行动 力学指标等。 国外轨道检测车: 1、日本Easti综合检测列车 Easti是日本完全利用其国内技术开发的综合检测列车， 由6辆检测车组成，可以检测轨道几何参数、接触网、通信 信号、轮轨作用力、环境噪声等，最高检测速度可达 275km/h。该轨道检测系统安装在列车的第3号车辆上，这 个车辆采用了与实际运行车辆相同的两个二轴拖动转向架 结构。Easti综合检测列车可在一次运行过程中实现对线 路的综合检测功能，但各检测项目之间的检测数据并不综 合到一个统一的中心，各检测单元有各自独立的数据显示 、记录、转储和地面分析、处理、维护管理决策等系统， 全系统仅有位置、时间和速度是统一的。 2、美国Ensco和ImageMap公司轨检车 美国各铁路公司均拥有自主研发的轨检车，美国联邦铁路 署还委托Ensco公司研制了技术先进的T10型轨检车，用于 抽查各铁路公司的线路质量。T10型轨检车采用惯性基准测 量原理和非接触式测量方法，应用光电、伺服、数字滤波 、局域网技术，最近还增加了钢轨断面测量系统，使轨检 车的功能更加齐全，检测速度可达192km/h。 ImageMap公司研制的Laserail轨道测量系统采用激光摄像 、高速图像处理技术取代了光电伺服技术，体现了轨道检 测技术的发展方向。它采用惯性基准原理、非接触式测量 方法，系统包括两个光纤陀螺和两个加速度计及其模拟处 理板，4个激光器、10台摄像机等，可测量轨距、左右轨向 、左右高低、超高、水平、三角坑、曲率、钢轨顶磨和侧 磨等。检测速度可达300km/h。 3、奥地利Plasser公司EM250型轨检车 为适应奥地利高速铁路的检测需要，奥地利EM250型轨检车 检测速度为250km/h，其主要技术特点是采用惯性基准原理 、光电转换技术和多处理技术等，除了测量轨道几何参数 和车辆振动参数外，还能测量钢轨断面、轮轨作用力并记 录环境图像EM250 型轨检车有两种途径评定轨道质量： 1）采用ADA 程序来获得轨道质量系数，评定轨道区段的整体不平顺状 态； 2）采用ADA程序来判断超过规定限界值的幅值大小， 并对不同等级轨道病害进行分类和统计并能及时发现危及 行车安全的轨道病害，又能评定单元区段的线路质量。 4、德国OMWE和RAILAB轨检车 德国OMWE轨检车和RAILAB轨检车的技术特点是在车下建立 测量框架，在车内安装与框架相连的三轴稳定性平台，采 用3个陀螺和3个伺服加速度计组成了惯性导航系统，为轨 道几何参数的测量构建了惯性平台，结合安装在测量框架 上的光电传感器，测量相对平台的位移量，经计算机处理 合成即可得出轨道的高低、水平、轨向值。检测速度可达3 00km/h。轨道质量状态的评定方法包括：摘取超限峰值， 判断和统计超过A、B、C 三个等级的个数和长度，以及计算500m区段的轨道质量指 数TQI、起拨道指数和捣固指数。 5、意大利“阿基米德号”综合检测列车 “阿基米德号”综合检测列车又称 Roger2000，是 MER MEC公司和TECNOGAMMA公司为意大利铁路设计制造的，检测 速度可达220km/h。检测项目包括轨道几何参数、钢轨断面 、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信和信号、车体 和轴箱加速度、轮轨作用力等。车上有57台计算机，每秒 钟可处理30G数据，有24个激光器、43个光学摄像传感器、 47个加速度计以及大量的强度速度、定位以及温度传感器 ，以及用于航空电子领域的惯性平台。 意大利高速铁路使用“阿基米德号”综合检测列车已经形 成了一整套检测和维修养护体制。综合检测列车各子系统 有独立的存储数据库，在速度、时间、空间上保持同步， 所有子系统的检测数据集成到车载中央数据库，由中央数 据库将数据通过无线网络传输到地面的RFI数据处理中心进 行综合分析、比较，从而制定科学的维修保养计划，指导 养护维修。其轨道检测在较低速度时采用弦测法，在较高 速度时采用惯性基准法，较好地发挥了两种测量原理的优 势。 6、法国MGV综合检测列车 目前在法铁的线路上主要应用着三种检查车，分别为Mauzi n、Helene和Melusine。 Mauzin主要用于轨道几何参数的检测，可以检测轨面高低 、断面、方向、扭曲、轨距等项目，采用13m和65m弦，检 测速度可以达到200km/h，目前在法铁的高速线上有5辆Mau zin，每年对线路检测23次。 Helene主要用于信号的检测，可以测量轨道电路中电流的 强度、纵横向交叉对话、轨道的横向阻抗等，检测速度200 km/h，每两个星期对线路检测一次。 Melusine主要用于检测列车的舒适度以及钢轨断面的绘制 ，可以测量列车的位置和速度、转向架和车体的加速度、 受电弓、钢轨表面、接触网电流等到项目，检测速度300km /h，每15到30天对线路进行一次检测。 MGV是专为法国高速铁路研制的综合检测列车，该列车的主 要特点是集成以上各系统，并实现检测速度达到320km/h， 这样在正常运营（发车间隔34分）的情况下就可以对线 路设备进行检测，轨道几何的检测实现无接触化。在MGV检 测列车中采用采用法国既有成熟的动力集中式TGV动车组， 8节车辆的编组： Coach 1：用于测量车体、轴箱等加速度，测量钢轨断面并进一步 计算轨道的几何形位； Coach 2：用于接触网检测，受电弓接收到的电流、弓网的动力学 参数以及磨耗情况； Coach 3：用于信号检测，信号的传播、信号传播的速度、同轨道 的固定接触； Coach 4：其它杂项，如列车与轨道的通话，GSM，列车定位、列 车速度、风力等。 其它车辆分别由餐车、卧铺车等组成。 该车检测项目比较齐全，几乎包括了从接触网及受流状态 、通信信号、轨道几何、钢轨断面、钢轨表面、线路环境 数字图像、扣件、轨枕、道碴等各项基础设施和运行状态 。 二、 高铁行车安全预警系统 1国内外灾害报警和监测系统现状 日本在灾害预报预警方面处于国际领先地位。日本是一个 台风、暴雨、滑坡、地震等自然灾害频繁的国家，130多年 的铁路历史也可以说是与灾害作斗争的历史，所以也积累 了丰富的经验。基于以往的灾害因连续降雨和集中降雨造 成的很多，所以早在1972年，国铁总社就制定了“对降雨 进行管制标准制定要领”。在该要领中，确定用“连续雨 量或小时雨量”和“连续雨量及小时雨量”来表示管制雨 量，其数值由被管制区间过去的灾害实例中统计确定。由 每隔1030km设置的雨量计确定管制区域，根据以往灾害 发生时的降雨状况，设置停车界限及慢行界限。雨量计能 自动测量连续雨量和小时雨量，达到设定界限时就会把必 要的警报通知车站或指挥中心。若执行行车规则区间的降 雨趋于平稳，又根据线路巡回检查结果确定线路已无异常 之后，经设施调度同意，由行车调度发出解除行车规则的 指令。随着科技的进步和研究人员对灾害预防认识的逐渐 深入，基于此思想的预警系统也逐渐完善起来。 1990年，在南海电气化铁路的综合灾害预防信息系统中， 终端系统已包括气象观测仪器，如雨量计、风向风速仪和 地震仪，还有轨道故障监测设备和落石监测仪、震动探测 器、限界障碍探测器、水位测量仪和洪水测量仪等 德国的铁路防灾报警技术也比较先进。在汉诺威 维尔茨堡和曼海姆 斯图加特高速新线上采用了新型的防灾报警系统，这些系 统除用于监督线路装备的运行状态外，还用于识别和及时 报告环境对行车的影响以及移动设备发生的破损情况。如 安装在空心钢枕内的地面热轴探测设备，安装在长隧道内 的气流报警设备以及大型桥梁上的风测量报告设备等，都 很大程度地提高了新线的抗灾能力。 2 2强风监测强风监测 风向风速探测器应根据地形、气象资料（最大风速的 记录）、列车风荷载数据、长大桥梁等结构物等进行风洞 模型试验，需要对每个要设置风向风速探测器的地点进行 风险评估研究，科学合理地设置风向风速探测器。我国还 没有对各种风速下列车的限速标准进行科学试验研究。此 处列出日本、法国部分高速线限速标准供我们借鉴： 日本东北、上越新干线强风时列车运行管制规则 风速（m/s）一般区间有挡风墙区间 20风速25 列车限速160km/h 以下 不限速 25风速30 列车限速70km/h 以下 也可视具体情况 停运 列车限速160km/h 以下 30风速35停运 列车限速70km/h 以下也可视具体情 况停运 风速35停运停运 注: (1)风速指瞬时风速。 (2)挡风墙是指声屏障、防风网等挡风效果在60以上 者。 (3)挡风墙是指相当于下列各项指标者： 直线区间为高度1.3m。 超高90mm以下的曲线区间高度1.8m。 超高90mm以上的曲线区间高度2.3m。 (4)解除限制需分布实施：停止运行30min后未有记录 限制运行的风速值时，初驶列车以70km/h限速运行，后续 列车正常运行。根据调度或维修等其他要求进行限速后， 恢复运行时应人工对线路的状况进行确认，认为无碍时解 除限制运行；而仅根据风监测进行限速后，恢复运行时不 需要人工现场确认。 法国地中海高速线限速标准较简捷，分轻微预警和严 重警报两种： 轻微预警：限速170km/h。 严重警报：限速80km/h。 限速后，规定在限速警报解除后15min恢复。值得注意 的是，日本的风监测对列车限速是系统提供限速方案，由 调度中心人员人工确认实施；法国风监测对列车限速是风 监测系统直接驱动信号系统对列车进行限速控制，不需调 度人员人工参与。 2.32.3雨量及洪水监测雨量及洪水监测 我国虽然有铁路有雨量监测系统，监测数据供线路养 护出巡作依据，但还没有对列车进行限速的研究和应用， 此处列有日本部分新干线的限速标准供我们借鉴： 日本东海道新干线降雨警报标准及运行措施表 雨量单位：mm 运行管制 连续 雨量（ 24小时 累计） 时 雨量 连续 雨量+ 时雨量 雨 量报 告 备注 第3种 100 110 25/ 每 小时 1次 第2种 120 130 30 110+ 20 每3 4小时巡检一 次 警 戒 第1种 14035 120+ 25 每 0.5 小时 1次 每2小时巡 检一次 B 区 域 /40 140+ 30或16 0+2 170km /h A 区 域 /45 150+ 30或18 0+2 限 速 运 行 70km/ h B 区 域 /45 150+ 30或18 0+2 每 0.5 小时 1次 实时地面 巡检，适当 增加巡检 一般区域 /50 150+ 40 停 止 运 行 高架桥、 无碴桥 /70 150+ 60 每 10分 钟1 次 连续雨量 时B区紧急巡 检 注:第3种警戒是指在预先确定的区间，以及指定的在设备 保养上要注意的地点进行定时的巡检警戒。第2种警戒是指 在第3种警戒对象以外的土工结构物和隧道洞口附近进行周 期性的巡检警戒。第1种警戒是指在第2种警戒对象以外的 预先指定的区间或认为有可能受灾的地点进行周期性的巡 检警戒。 警戒：雨量达到颁布标准，基本没有发生灾害的可能，能 预测出灾害的部分前兆，需要警戒. 限速运行：雨量达到颁布标准，经验表明没有灾害的发生 ，无异常降雨，有发生轻微灾害的可能性，要考虑限速运 行。 停止运行：雨量达到颁布标准，有发生灾害的可能性，需 要停止运行。 日本其他各线因降雨而停止列车运行的规定见表4