地铁动态检测在地铁土建结构监测中的拓展应用

发表时间:2020/3/3   来源:《基层建设》2019年第29期   作者:杨德正
[导读] 摘要:现阶段,我国的轨道交通工程建设有了很大进展,地铁工程建设越来越多。
        中国电建市政建设集团有限公司  天津市  300000
        摘要:现阶段,我国的轨道交通工程建设有了很大进展,地铁工程建设越来越多。以轨道专业设备组合形成的轨道结构为一个研究整体,以土建结构组合形成另一个研究整体,通过分析了解两个研究对象之间的内在联系,在对轨道结构进行动态检测的同时间接监测土建结构的设备状态。提出了将原本应用于轨道几何状态检测的设备工具及检测数据作为一种辅助方式拓展到土建结构的监测管理的方法,弥补运营线路中土建结构设备监测周期长、病害隐蔽难发现等不足,及时做好轨道和土建两大专业设备的养护维修、病害治理和安全管控,为城市轨道安全运营提供坚实保障。
        关键词:城市轨道交通;轨道动态检测;轨道结构;土建结构;结构监测
        引言
        交通部对地铁弓网的安全可靠运行及受流性能、受流质量提出了更高要求。为确保车辆运行时弓网关系处于良好状态,迫切需要研究开发适用于地铁架空刚性接触网的检测技术,一方面为刚性接触网的施工验收提供自动化检测手段,确保施工安装精度;另一方面为刚性接触网的运营维护提供有力的技术手段,及时检测发现和消除弓网异常状态。
        1地铁车辆检修现状
        地铁车辆的库内日常检修,主要采用传统的人工检测方法,即肉眼识别+便携式工具检测,机器人自动化检测少有运用。在肉眼识别及判断方面,人为因素影响较大,容易受检修地沟环境、人员工作状态、人员技术水平等多方面影响,会出现漏检漏修情况。国内地铁车辆检修采用车辆部件互换修的方式,遵循车辆检修资源共享、综合利用、统一管理的原则,整个车辆检修可分为日检维修和定期检修。但是,由于国内各地的地铁发展时间、水平不同,运行线路环境不同,以及管理模式不同等多种因素,各地的地铁车辆实际检修情况各不相同。
        2土建结构对轨道动态检测数据影响分析
        土建结构是地铁各类设备安装的基础,土建结构形式、结构状态直接或间接影响着其他专业设备的状态。城市轨道交通运营线路中的轨道专业设备因与土建结构的紧密联系其设备状态(主要为轨道线路几何状态)受到结构形式、结构状态的直接影响。在对线路进行轨道动态检测中常发现轨道结构良好的线路区段仍然出现异常检测数据,很多土建结构病害在高精度的GJ-6轨检系统检测过程中都能有数据体现,同时在专业人员的配合下也能在现场设备检查结果中予以核实确认。研究成果已经表明,高速铁路中桥梁结构变形映射至轨面几何形态中呈现出定量化的变化关系。运行线路中钢轨变形最值与桥梁结构变形幅值呈线性关系,桥梁结构变形幅值越大钢轨变形最值相应增大。梁体结构变形表现形式多种,梁体的纵横向位移变形、扭转变形、支座变形、墩台变形、梁体的上拱或下挠变形等。这些结构变形因素中的一种或几种变形在满足适当条件下都能映射至轨面几何形态中表现出来。地铁运营线路虽与高速运营铁路存在差异,但结构形式与轨面之间的关系仍具有借鉴意义。土建结构沉降会影响轨面不平顺。当土建结构发生不均匀沉降时无砟轨道结构在自重荷载和列车动荷载的共同作用下发生跟随性沉降变形。各层沉降幅值依次增大,沉降值越大轨面不平顺越明显,在特定沉降波长条件下,沉降值超过25mm时轨道结构与土建结构发生脱空,轨面不平顺明显显现出来。在线路动态轨道检测结果中轨面不平顺的值与土建结构沉降值成正比关系,并且在某特定范围内有放大或收缩一定影响值。结构沉降能导致轨道线路几何状态不平顺,最终通过轨检系统在检测结果中显现。对象三、四作为与轨道专业设备的直接联系的土建设备,是轨道专业设备安装的基础,当对象三、四出现病害缺陷时引发轨道整体结构稳定性差异导致线路检测结果数据异常。这种异常时常以超出轨道结构影响范围以外的检测数据值表现出来。准确及时的发现和识别这些超出轨道结构影响范围以外的异常检测数据结果,为土建结构的故障识别、病害养护和结构安全隐患消除提供辅助方法和方向。


        3轨道动态检测数据中土建结构引起的异常识别与应用
        3.1接触网几何参数检测技术
        接触网几何参数检测技术的检测项目包括:接触线高度、接触线拉出值和接触线相对位置。结合刚性接触网结构特点和对几何参数测量精度的要求,研究采用基于激光相位法测距的接触网几何参数检测技术。借助安装于车顶的激光测量传感器向接触线所在位置进行大角度高频扇形扫描,对传感器返回的角度α和距离d等空间位置信息进行实时接收处理,并结合传感器的安装位置和车体高度等信息进行接触线几何参数的实时计算和处理,同时进行车体振动位移补偿信号的处理、计算,将计算出的补偿距离进行叠加,完成接触网几何参数的测量。基于激光测距的测量方法原理简单直接,设备比较集约,车顶占用空间小,不需要额外照明,在没有雨雪等特殊天气条件下,可以不分昼夜进行测量,维护相对容易。
        3.2基于图像分层编解码的窄带宽、超高清图像传输技术
        系统获取的图像均为高清图像,数据量大,对于实时性要求较高的自动化检测设备,数据传输尤为重要。机器人检测系统基于图像分层编解码的窄带宽、超高清图像传输技术,对原始图像数据分层处理。在有限带宽的条件下,优先传输有用信息,使用者可在短时间内获取需求数据。应用图像分层编解码与传输技术,根据需要动态异步加载高清图像,减少图像查看等待时间,提升用户体验。
        3.3轨道动态检测在土建结构管控中的应用
        土建结构是城市轨道交通运营的基础,桥隧结构安全是地铁安全运营的首要因素,做好对土建结构监管是保障地铁安全运营的必要工作。地铁桥隧结构具有形式多、数量大、分布广的特点,部分结构病害隐蔽性强、发展快、后果影响严重。能有效借助高精度的动态轨道检查设备加强对土建结构的监测,既能提高监测效率还能及时发现和处理部分土建结构病害,利用持续的轨检数据跟踪分析能有效掌握和分析土建结构病害的发生、发展过程并做好过程管控。将轨道动态检测技术运用在土建结构监测中一方面能加强专业人员之间的联系沟通,通过轨检数据分析研究和现场比对检查不断提升专业人员的技能水平;另一方面,充分利用轨道动态检测设备辅助对土建结构的变形情况进行测量;最后通过对轨检数据的识别和分析,能对土建结构中的隐蔽性较强的病害进行发现和监控。
        3.4声波测量方案
        从声波测距的角度,寻找一种精度和测量范围能够满足要求,可实时传输测量数据并与标准数据进行比较的声波测距设备。理论分析:(1)超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时,声波在空气中传播,碰到障碍物即刻返回,接收器收到反射波即停止计时;根据计时器记录的时间和声速可计算出发射点距障碍物的距离。(2)通过单片机等可以实现实时报警功能。(3)精度控制在5cm左右。(4)不会对接触轨造成损伤。方案分析:优点是智能化程度高、可实时监测报警、不会对接触轨造成损伤;缺点是测量精度低。
        结语
        综上所述,轨道结构与土建结构之间的紧密联系,通过轨道动态检测数据分析可以判断轨道几何状态与土建结构状态,将地铁轨道动态检测运用拓展至土建结构的变形监测,为土建结构的养护维修、病害治理和安全管控提供数据支撑,为城市轨道安全运营提供坚实保障。
        参考文献:
        [1]蒋林宏.GJ-6型轨检系统在南京地铁中的应用[J].现代城市轨道交通,2018(1):14-17.
        [2]许会燕.高速铁路桥梁结构变形映射至轨面几何形态的定量化研究[D].成都:西南交通大学,2017.
        [3]勾红叶,冉智文,蒲黔辉,等.桥梁竖向变形对轨道平顺性的影响研究[J].铁道工程学报,2018,35(11):42-47.
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