鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)在城市軌道交通項(xiàng)目的應(yīng)用

鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)在城市軌道交通項(xiàng)目的應(yīng)用

Summary：本文對(duì)鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)的相關(guān)信息進(jìn)行了簡單的介紹，并通過在城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)過程中對(duì)此系統(tǒng)的應(yīng)用，提升標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，提高施工時(shí)質(zhì)量，積累信息化管理經(jīng)驗(yàn)。Keys：無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用無縫線路是20世紀(jì)30年代開始出現(xiàn)的，但在50年代初期才真正得到發(fā)展。現(xiàn)在世界各國無縫線路已超過20萬公里，約占世界鐵路總長的20%。無縫線路的優(yōu)點(diǎn)是接頭比普通線路大大減少，不僅節(jié)省了大量的接頭零件和線路維修工作量，而且減少列車的接縫震動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)，降低噪聲。另一方面，由于減少了在接頭處的振動(dòng)，又能延長線路設(shè)備和機(jī)車車輛的使用年限，與有縫線路比，無縫線路在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有明顯的優(yōu)越性，可節(jié)約維修費(fèi)用30%-75%。無縫線路能否正常使用的中心問題是如何控制因氣溫變化所產(chǎn)生的熱脹冷縮現(xiàn)象。為了不使鋼軌因氣溫變化自由伸縮，一般采用鋼軌聯(lián)接零件和防爬設(shè)備把它們強(qiáng)制性"鎖定"在軌枕上。1.系統(tǒng)研發(fā)背景目前無縫線路鎖定作業(yè)主要是通過人工測量、判定和錄入的操作方式來判斷撞軌和拉伸是否到位，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：隨意性強(qiáng)，測量誤差較大，施工精度較低。不能獲得非常準(zhǔn)確的鎖定軌溫，導(dǎo)致維保單位不便查詢、統(tǒng)計(jì)和分析。較難實(shí)現(xiàn)鎖定作業(yè)的質(zhì)量追溯和有效監(jiān)管。在極熱和極寒天氣極有可能存在著潛在的安全隱患。1.1總體規(guī)劃在中國鐵路總公司的統(tǒng)一組織下，以鐵路工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營全生命周期管理為目標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)化管理為抓手、BIM技術(shù)為核心、云計(jì)算為平臺(tái)平臺(tái)架構(gòu)、感知技術(shù)為基礎(chǔ)、移動(dòng)互聯(lián)為傳輸結(jié)構(gòu)、建設(shè)項(xiàng)目為載體，建立統(tǒng)一開放的工程信息化平臺(tái)和應(yīng)用。中國鐵路總公司工程管理中心委托中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，依據(jù)《高速鐵路軌道工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2010]241號(hào)）、《客貨共線鐵路軌道工程施工技術(shù)指南》（TZ201-2008）、《新建鐵路無縫線路應(yīng)力放散及鎖定施工手冊》研制開發(fā)了鐵路無縫線路應(yīng)力放散及鎖定施工信息管理系統(tǒng)，開始在2018年11月15日之后開始鎖定及剩余鎖定工作量大于50%的新建時(shí)速200公里及以上鐵路推廣應(yīng)用。2.系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)以“源頭控制、過程控制、細(xì)節(jié)控制”為理念，在無縫線路放散鎖定作業(yè)過程中，利用高精度位移傳感器和溫度傳感器，改變傳統(tǒng)的人工測量模式，通過作業(yè)全過程的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、分析、計(jì)算、判定、查詢和統(tǒng)計(jì)，使測量、分析、預(yù)警、糾錯(cuò)工作有效集成并可互相聯(lián)動(dòng)，充分解放生產(chǎn)力，有效提高施工精度，同時(shí)對(duì)于不符合施工規(guī)范的情況，系統(tǒng)進(jìn)行聲音、圖形等進(jìn)行預(yù)警提示，準(zhǔn)確引導(dǎo)施工單位嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，有效提高無縫線路施工質(zhì)量。鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)主要由硬件模塊和軟件模塊兩大模塊組成。如圖1所示。圖12.1硬件模塊硬件模塊主要實(shí)現(xiàn)施工過程中溫度和位移數(shù)據(jù)的采集，主要由測量模塊、采集模塊、電源模塊、無線傳輸模塊組成，如圖2所示。圖

22.1.1測量模塊測量模塊主要包括位移傳感器和溫度傳感器，其中位移傳感器用于測量單元軌的應(yīng)力放散時(shí)的位移量，溫度傳感器用于測量單元軌應(yīng)力放散時(shí)的軌溫。2.1.1.1位移傳感器在鋼軌上以固定形式安裝固定測量裝置，隨后將傳感器感應(yīng)塊安裝到對(duì)應(yīng)的位置，以確保感應(yīng)塊與位移傳感器正常感應(yīng)。通過設(shè)立相對(duì)軌道板和鋼軌固定不動(dòng)的裝置，以感應(yīng)測量兩個(gè)裝置間的位移從而得到鋼軌的位移數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用的位移傳感器，量程為0至500毫米，測量精度±1.0毫米，感應(yīng)距離不小于15毫米。2.1.1.2溫度傳感器溫度傳感器分為軌溫傳感器及環(huán)境溫度傳感器，環(huán)境傳感器遠(yuǎn)離熱源，暴露于施工環(huán)境中；軌溫傳感器端頭設(shè)置有磁體，可直接吸附于鋼軌之上，在使用中應(yīng)將軌溫傳感器分別吸附在軌頂及兩個(gè)軌腰處。溫度傳感器的量程為-50攝氏度至+100攝氏度，精度為±(1.0+0.005|t|)攝氏度（|t|為實(shí)測溫度的絕對(duì)值）。2.1.2采集模塊采集模塊主要是實(shí)時(shí)采集測量模塊的測量數(shù)據(jù)，并傳輸至無線傳輸模塊。2.1.3電源模塊電源模塊為所有硬件設(shè)備進(jìn)行供電管理。2.1.4無線傳輸模塊無線傳輸模塊接收采集模塊的測量數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)至手持機(jī)終端。2.2軟件模塊軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶合法認(rèn)證、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的下載、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳和查詢統(tǒng)計(jì)功能，總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3軟件模塊通過手持機(jī)終端系統(tǒng)接收所有采集模塊的軌溫?cái)?shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并自動(dòng)判定每一個(gè)測量模塊的測量數(shù)據(jù)是否符合施工標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于有不符合施工規(guī)范的數(shù)據(jù)，進(jìn)行高亮報(bào)警顯示，以便引導(dǎo)施工進(jìn)行改進(jìn)，直到所有測量模塊的測量數(shù)據(jù)符合規(guī)范為止。最后，手持機(jī)終端系統(tǒng)對(duì)符合規(guī)范的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、統(tǒng)計(jì)，利用采集數(shù)據(jù)數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)施工鎖定過程的歷史回溯。3.系統(tǒng)特點(diǎn)（1）精度高：位移精度1毫米，溫度精度0.5攝氏度。（2）自動(dòng)采集：自動(dòng)采集環(huán)境溫度、鋼軌軌溫、鋼軌位移。（3）實(shí)時(shí)判定：監(jiān)控拉伸過程，全程監(jiān)控鋼軌縱向位移值和均勻性。（4）數(shù)字化、圖形化和可視化：數(shù)字化存儲(chǔ)、圖形化展示。（5）查詢統(tǒng)計(jì)：實(shí)現(xiàn)對(duì)單元軌節(jié)鎖定信息的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析。（6）待機(jī)時(shí)間長、安裝簡便：設(shè)備供電維持12小時(shí)，現(xiàn)場安裝簡單。（7）在線離線：適應(yīng)有網(wǎng)無網(wǎng)工況，保證數(shù)據(jù)采集和上傳。（8）斷點(diǎn)續(xù)傳：施工鎖定數(shù)據(jù)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳。4.系統(tǒng)應(yīng)用4.1項(xiàng)目介紹杭州至海寧城際鐵路是浙江省都市圈城際鐵路網(wǎng)中的一條放射型線路，從杭州城市軌道交通線網(wǎng)中已運(yùn)營的9號(hào)線（臨平南站）銜接換乘后串聯(lián)了嘉興海寧市的臨杭經(jīng)濟(jì)區(qū)（許村鎮(zhèn)、長安鎮(zhèn)）、周王廟鎮(zhèn)、鹽官鎮(zhèn)、斜橋鎮(zhèn)及海寧主城區(qū)，主要承擔(dān)杭州與海寧及周邊地區(qū)間的聯(lián)系功能及海寧地區(qū)內(nèi)部公交骨干體系功能，是目前不多見的跨不同地級(jí)行政區(qū)的都市圈市域快速軌道交通項(xiàng)目之一，對(duì)海寧市域一體化發(fā)展、促進(jìn)海寧快速融入杭州都市經(jīng)濟(jì)圈及長三角城市群具有重要意義。杭州城際鐵路線路總長約46.38千米,其中地下線11.535千米，高架線33.448千米，過渡段1.397千米（含U型槽），正線為雙線無縫線路。4.2應(yīng)用過程鐵路無縫線路鎖定作業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用于杭海城際鐵路全線軌道施工，施工作業(yè)單位為中鐵三局集團(tuán)線橋工程有限公司、中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司、中鐵四局集團(tuán)有限公司。施工單位在無縫線路放散鎖定作業(yè)過程前按如下步驟安裝硬件模塊：（1）各測點(diǎn)位置安裝設(shè)備箱。（2）軌腰處吸附溫度傳感器。（3）安裝位移傳感器，調(diào)試正常后通電。（4）調(diào)節(jié)設(shè)備高度，等待現(xiàn)場放散進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。軟件使用時(shí)，施工單位應(yīng)在系統(tǒng)中提前建立好放散的單元軌節(jié)信息，后根據(jù)現(xiàn)場工況及相應(yīng)的放散工法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，待數(shù)據(jù)采集完畢后上傳至系統(tǒng)。如在作業(yè)過程中有不滿足規(guī)范要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過聲光報(bào)警提示施工單位，施工單位也可通過系統(tǒng)點(diǎn)擊查看相應(yīng)的放散過程數(shù)據(jù)。4.2相關(guān)數(shù)據(jù)杭海城際鐵路軌道工程于2019年12月至2020年5月進(jìn)行應(yīng)力放散及鎖定，期間施工單位對(duì)鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行全過程應(yīng)用，共采集185.52公里鋪軌線路放散數(shù)據(jù)176條，如圖2所示。圖24.3使用效果施工單位在無縫線路放散鎖定作業(yè)過程中，利用溫度傳感器、位移傳感器，實(shí)時(shí)采集作業(yè)過程中的鋼軌溫度、鋼軌位移、環(huán)境溫度等監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整工況。最終全線軌道所有鎖定軌溫均在設(shè)計(jì)鎖定軌溫的要求范圍內(nèi)，并且同一個(gè)單元軌節(jié)左右股道軌溫的差額不超過3攝氏度，如圖3。圖35.結(jié)束語為使無縫線路內(nèi)部應(yīng)力均勻，確保線路穩(wěn)定，杭海城際鐵路工程引入鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)，使用信息化的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，提高測量精度，減少人工操作和施工誤差，有效提高無縫線路施工質(zhì)量。經(jīng)實(shí)踐證明效果良好，在一定程度上減少了施工投入，提高了施工效率及質(zhì)量。作為鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)首次在城市軌道交通項(xiàng)目中的應(yīng)用，杭海城際鐵路通過鐵路無縫線路鎖定作業(yè)信息系統(tǒng)采集、運(yùn)用和分析大量的數(shù)據(jù)