铁路无缝线路锁定作业信息系统在城市轨道交通项目的应用

铁路无缝线路锁定作业信息系统在城市轨道交通项目的应用

Summary：本文对铁路无缝线路锁定作业信息系统的相关信息进行了简单的介绍，并通过在城市轨道交通项目建设过程中对此系统的应用，提升标准化管理水平，提高施工时质量，积累信息化管理经验。Keys：无缝线路锁定作业信息系统应用无缝线路是20世纪30年代开始出现的，但在50年代初期才真正得到发展。现在世界各国无缝线路已超过20万公里，约占世界铁路总长的20%。无缝线路的优点是接头比普通线路大大减少，不仅节省了大量的接头零件和线路维修工作量，而且减少列车的接缝震动，运行平稳，降低噪声。另一方面，由于减少了在接头处的振动，又能延长线路设备和机车车辆的使用年限，与有缝线路比，无缝线路在技术经济上有明显的优越性，可节约维修费用30%-75%。无缝线路能否正常使用的中心问题是如何控制因气温变化所产生的热胀冷缩现象。为了不使钢轨因气温变化自由伸缩，一般采用钢轨联接零件和防爬设备把它们强制性"锁定"在轨枕上。1.系统研发背景目前无缝线路锁定作业主要是通过人工测量、判定和录入的操作方式来判断撞轨和拉伸是否到位，主要存在以下几个方面的问题：随意性强，测量误差较大，施工精度较低。不能获得非常准确的锁定轨温，导致维保单位不便查询、统计和分析。较难实现锁定作业的质量追溯和有效监管。在极热和极寒天气极有可能存在着潜在的安全隐患。1.1总体规划在中国铁路总公司的统一组织下，以铁路工程设计、建设、运营全生命周期管理为目标，以标准化管理为抓手、BIM技术为核心、云计算为平台平台架构、感知技术为基础、移动互联为传输结构、建设项目为载体，建立统一开放的工程信息化平台和应用。中国铁路总公司工程管理中心委托中国铁道科学研究院集团有限公司，依据《高速铁路轨道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）、《客货共线铁路轨道工程施工技术指南》（TZ201-2008）、《新建铁路无缝线路应力放散及锁定施工手册》研制开发了铁路无缝线路应力放散及锁定施工信息管理系统，开始在2018年11月15日之后开始锁定及剩余锁定工作量大于50%的新建时速200公里及以上铁路推广应用。2.系统介绍本系统以“源头控制、过程控制、细节控制”为理念，在无缝线路放散锁定作业过程中，利用高精度位移传感器和温度传感器，改变传统的人工测量模式，通过作业全过程的自动化数据采集、分析、计算、判定、查询和统计，使测量、分析、预警、纠错工作有效集成并可互相联动，充分解放生产力，有效提高施工精度，同时对于不符合施工规范的情况，系统进行声音、图形等进行预警提示，准确引导施工单位严格遵守施工规范，有效提高无缝线路施工质量。铁路无缝线路锁定作业信息系统主要由硬件模块和软件模块两大模块组成。如图1所示。图12.1硬件模块硬件模块主要实现施工过程中温度和位移数据的采集，主要由测量模块、采集模块、电源模块、无线传输模块组成，如图2所示。图

22.1.1测量模块测量模块主要包括位移传感器和温度传感器，其中位移传感器用于测量单元轨的应力放散时的位移量，温度传感器用于测量单元轨应力放散时的轨温。2.1.1.1位移传感器在钢轨上以固定形式安装固定测量装置，随后将传感器感应块安装到对应的位置，以确保感应块与位移传感器正常感应。通过设立相对轨道板和钢轨固定不动的装置，以感应测量两个装置间的位移从而得到钢轨的位移数据。该系统采用的位移传感器，量程为0至500毫米，测量精度±1.0毫米，感应距离不小于15毫米。2.1.1.2温度传感器温度传感器分为轨温传感器及环境温度传感器，环境传感器远离热源，暴露于施工环境中；轨温传感器端头设置有磁体，可直接吸附于钢轨之上，在使用中应将轨温传感器分别吸附在轨顶及两个轨腰处。温度传感器的量程为-50摄氏度至+100摄氏度，精度为±(1.0+0.005|t|)摄氏度（|t|为实测温度的绝对值）。2.1.2采集模块采集模块主要是实时采集测量模块的测量数据，并传输至无线传输模块。2.1.3电源模块电源模块为所有硬件设备进行供电管理。2.1.4无线传输模块无线传输模块接收采集模块的测量数据，并通过无线网络发送数据至手持机终端。2.2软件模块软件模块主要实现用户合法认证、基础数据的下载、数据采集、数据上传和查询统计功能，总体结构如图3所示。图3软件模块通过手持机终端系统接收所有采集模块的轨温数据和位移数据进行实时显示，并自动判定每一个测量模块的测量数据是否符合施工标准，对于有不符合施工规范的数据，进行高亮报警显示，以便引导施工进行改进，直到所有测量模块的测量数据符合规范为止。最后，手持机终端系统对符合规范的测量数据进行存储、分析、统计，利用采集数据数字化管理，实现施工锁定过程的历史回溯。3.系统特点（1）精度高：位移精度1毫米，温度精度0.5摄氏度。（2）自动采集：自动采集环境温度、钢轨轨温、钢轨位移。（3）实时判定：监控拉伸过程，全程监控钢轨纵向位移值和均匀性。（4）数字化、图形化和可视化：数字化存储、图形化展示。（5）查询统计：实现对单元轨节锁定信息的查询、统计和分析。（6）待机时间长、安装简便：设备供电维持12小时，现场安装简单。（7）在线离线：适应有网无网工况，保证数据采集和上传。（8）断点续传：施工锁定数据支持断点续传。4.系统应用4.1项目介绍杭州至海宁城际铁路是浙江省都市圈城际铁路网中的一条放射型线路，从杭州城市轨道交通线网中已运营的9号线（临平南站）衔接换乘后串联了嘉兴海宁市的临杭经济区（许村镇、长安镇）、周王庙镇、盐官镇、斜桥镇及海宁主城区，主要承担杭州与海宁及周边地区间的联系功能及海宁地区内部公交骨干体系功能，是目前不多见的跨不同地级行政区的都市圈市域快速轨道交通项目之一，对海宁市域一体化发展、促进海宁快速融入杭州都市经济圈及长三角城市群具有重要意义。杭州城际铁路线路总长约46.38千米,其中地下线11.535千米，高架线33.448千米，过渡段1.397千米（含U型槽），正线为双线无缝线路。4.2应用过程铁路无缝线路锁定作业系统应用于杭海城际铁路全线轨道施工，施工作业单位为中铁三局集团线桥工程有限公司、中铁上海工程局集团有限公司、中铁四局集团有限公司。施工单位在无缝线路放散锁定作业过程前按如下步骤安装硬件模块：（1）各测点位置安装设备箱。（2）轨腰处吸附温度传感器。（3）安装位移传感器，调试正常后通电。（4）调节设备高度，等待现场放散进行数据采集。软件使用时，施工单位应在系统中提前建立好放散的单元轨节信息，后根据现场工况及相应的放散工法进行数据采集，待数据采集完毕后上传至系统。如在作业过程中有不满足规范要求，系统会自动通过声光报警提示施工单位，施工单位也可通过系统点击查看相应的放散过程数据。4.2相关数据杭海城际铁路轨道工程于2019年12月至2020年5月进行应力放散及锁定，期间施工单位对铁路无缝线路锁定作业信息系统进行全过程应用，共采集185.52公里铺轨线路放散数据176条，如图2所示。图24.3使用效果施工单位在无缝线路放散锁定作业过程中，利用温度传感器、位移传感器，实时采集作业过程中的钢轨温度、钢轨位移、环境温度等监测数据，并根据监测数据调整工况。最终全线轨道所有锁定轨温均在设计锁定轨温的要求范围内，并且同一个单元轨节左右股道轨温的差额不超过3摄氏度，如图3。图35.结束语为使无缝线路内部应力均匀，确保线路稳定，杭海城际铁路工程引入铁路无缝线路锁定作业信息系统，使用信息化的技术手段，实现自动化测量，提高测量精度，减少人工操作和施工误差，有效提高无缝线路施工质量。经实践证明效果良好，在一定程度上减少了施工投入，提高了施工效率及质量。作为铁路无缝线路锁定作业信息系统首次在城市轨道交通项目中的应用，杭海城际铁路通过铁路无缝线路锁定作业信息系统采集、运用和分析大量的数据