蒲思培

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司設(shè)備處，430063，武漢∥助理工程師)

南京地鐵10號線一期工程線路總長約21.6 km，其中地下線長約19.5 km，地面線和高架線長約2.1 km。全線共設(shè)置14 座車站，其中地下站13 座，高架站1 座。南京地鐵10號線列車采用6 輛編組地鐵A 型車，其全線“軌通”、“電通”時間分別為2013年11月底及2013年12月底，而業(yè)主要求在2014年1月20日首列電客車要通過區(qū)間進(jìn)入停車場，并隨后進(jìn)行冷、熱滑試驗。此前的南京地鐵區(qū)間限界檢測均由人力方式完成。即采用人力推動限界檢測框架，對隧道內(nèi)限界進(jìn)行檢測(如圖1所示)。

圖1 人工方式進(jìn)行地鐵限界檢測

1 南京地鐵10號線限界檢測要求

南京地鐵10號線從2013年12月底全線“電通”具備檢測條件開始，至2014年1月20日進(jìn)車為止，扣去其他專業(yè)的作業(yè)時間，實際留給限界檢測的時間僅有10 d 左右。而這10 d 包含了限界第一次檢測時間、施工單位整改時間及限界復(fù)查時間。南京地鐵10號線工程限界檢測工作量如下:

1)線路正線全長約21.6 km，即雙線正線全長約44 km;

2)本線包含有道岔車站5 座，車站及全線所有道岔區(qū)全長約8 km;

3)本線范圍內(nèi)含城西路停車場一處，庫內(nèi)外總長約20 km。

若采用人力方式推行限界檢測框架，考慮人體疲勞等因素，區(qū)間最大持續(xù)檢測速度為4 km/h;在車站及道岔區(qū)因限界檢測板需頻繁變換，最大檢測速度不到2 km/h。據(jù)此計算，南京地鐵10號線全線正線檢測時間為11 h，約耗時2 個工作日;全線車站及岔區(qū)檢測時間為4 h，約耗時0.5 個工作日;停車場檢測時間為6 h，約耗時1 個工作日。考慮工人連續(xù)作業(yè)及檢測準(zhǔn)備時間后，進(jìn)行一次全線限界檢測作業(yè)耗時約為4～5 d。而本次地鐵10號線從限界檢測方案制定到首列車?yán)錈峄囼灂r間總計不到10 d，其中包含首次限界全線檢測、施工單位整改、限界全線復(fù)測及施工單位零星檢測等時間。由此可見，采用人工方式進(jìn)行限界檢測，所需時間至少為13 d 左右，在工期上不滿足業(yè)主時間節(jié)點的要求。

2 限界檢測車原理及工作方式

2.1 人工限界檢測裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

傳統(tǒng)人工方式限界檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 人工限界檢測裝置

人工方式限界檢測機(jī)構(gòu)由固定支架、可變支架、檢測觸板及轉(zhuǎn)動手輪共4 部分組成。其中，檢測觸板安裝于可變支架上;可變支架再安裝于固定支架上;檢測觸板的展開與收縮則通過轉(zhuǎn)動手輪進(jìn)行控制。在限界檢測過程中，整個裝置由人力推動前進(jìn)。在直線區(qū)間時，通過轉(zhuǎn)動手輪將檢測觸板展開到直線限界位置;到達(dá)曲線、岔區(qū)或者車站位置時則參考相應(yīng)曲線半徑加寬值表或道岔區(qū)加寬值表，通過轉(zhuǎn)動手輪使相應(yīng)檢測觸板在直線限界基礎(chǔ)上進(jìn)行加寬，從而達(dá)到對線路進(jìn)行限界檢測的目的。

由以上檢測原理可知，傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行限界檢測主要存在如下缺點:

1)受限于人長距離步行速度限制，檢測速度≤4 km/h，從而導(dǎo)致檢測時間過長;

2)限界檢測板在不同曲線半徑、超高情況下，均需要人工方式進(jìn)行展開、收縮，故耗時長、精度低。

由于存在上述兩大缺點，導(dǎo)致傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行限界檢測耗時較長，無法滿足此次南京地鐵10號線限界檢測時間節(jié)點的要求。

2.2 限界檢測車結(jié)構(gòu)

為克服人工限界檢測裝置的上述缺點，滿足業(yè)主時間要求，在本次限界檢測工作中由我院限界專業(yè)設(shè)計人員設(shè)計了一款限界檢測車，通過將人工限界檢測裝置安裝于工程車上，并采用檢測觸板自動伸展裝置代替人工伸板，從而大大提高了檢測速度，節(jié)省了工期。南京地鐵限界檢測車如圖3、圖4所示。

南京地鐵限界檢測車由1 臺工程車，放置于工程車內(nèi)部的控制計算機(jī)及位于車輛兩端的2 組限界檢測裝置等組成。2 組限界檢測裝置分別用于地下區(qū)間及地面/高架區(qū)間。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》，規(guī)定，在車站有效站臺范圍內(nèi)，站臺邊緣及屏蔽門頂箱邊緣距離線路中心線的距離均是通過車輛限界來確定的，因此，本次設(shè)計每組限界檢測裝置均有前后2 個規(guī)格不同的限界檢測觸板，前面一組寬度較小的限界檢測觸板用于模擬車輛限界，后一組則是用于模擬設(shè)備限界。

圖3 南京地鐵限界檢測車

圖4 限界檢測車的限界檢測裝置

2.3 限界檢測的曲線加寬辦法

為實現(xiàn)限界檢測車能自動在特定曲線上按指定加寬要求伸展限界檢測觸板，以實現(xiàn)對限界的連續(xù)檢測，首先需要根據(jù)南京地鐵10號線線路圖確定全線每個點的曲線半徑及超高情況，再根據(jù)車輛定距、軸距等參數(shù)，并參考規(guī)范要求計算出每個點的加寬值，以此作為限界檢測觸板伸展量大小的依據(jù)。

因曲線加寬量大小及開始加寬位置與線路上的直緩(ZH)點、緩圓(HY)點密切相關(guān)。對于地鐵A型車，一般要求在即將進(jìn)入曲線的直緩點以前約15.8 m 處開始加寬;至緩和曲線中點前 9.5 m 處時達(dá)到預(yù)定加寬值的一半;至緩和曲線終點前約9.5 m 時達(dá)到全加寬值。

如因曲線半徑較大或其他特殊原因?qū)е略撉€不設(shè)緩和曲線時，對于南京地鐵10號線A 型車則在超高過渡段前15.8 m 處開始加寬，至超高過渡段終點前約9.5 m 時達(dá)到全加寬值。

通過上述方法計算出加寬量與加寬起始點之后，經(jīng)過整理，可以在一般的辦公計算機(jī)上得到曲線加寬量表。南京地鐵10號線入段線部分曲線加寬量表如圖5所示。

圖5 計算機(jī)顯示的南京地鐵10號線入段線部分加寬量表實景圖

2.4 限界檢測觸板結(jié)構(gòu)及控制原理

限界檢測車的限界檢測觸板通過行程開關(guān)與限界檢測裝置的可變支架部分連接，可變支架再通過電動推桿與固定支架連接，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 限界檢測車檢測裝置結(jié)構(gòu)圖

在本次設(shè)計中，限界檢測車的車輛限界、設(shè)備限界檢測板分別根據(jù) GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》中的A 型車地面、地下區(qū)間的車輛限界、設(shè)備限界輪廓進(jìn)行制作，并根據(jù)工程車與實際A 型車之間在定距、軸距等實際參數(shù)的差異，計算出限界檢測車實際加寬量與A 型車計算加寬量之間的修正量。當(dāng)加寬量為0 時，兩組限界檢測觸板分別位于A 型車直線地段的車輛限界、設(shè)備限界位置。

在限界檢測前，需首先測量出工程車的各個車輪在踏面處的直徑，并取平均值;之后通過轉(zhuǎn)速傳感器對車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行計數(shù)，并結(jié)合車輪直徑計算出車輛行駛里程;再結(jié)合南京地鐵10號線曲線限界加寬表與線路圖，在對應(yīng)里程限界將檢測觸板伸展或回縮到對應(yīng)位置。在檢測過程中，當(dāng)限界檢測車的限界檢測觸板遇到障礙物阻擋時，其在障礙物阻力作用下將向車后部方向變形，從而帶動行程開關(guān)動作，并在計算機(jī)顯示屏上顯示出侵限位置。

為實現(xiàn)以上控制過程，方便檢測人員現(xiàn)場操作，并自動生成檢測記錄，本限界檢測控制系統(tǒng)采用了以帶觸摸屏的研華牌PPC-3100 工業(yè)平板電腦為核心的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)。

該研華牌PPC-3100 工業(yè)平板電腦具有3 個RS-232 專用 I/O(輸入/輸出)接口和1 個 RS-232/422/485 通用I/O 接口，共4 個串行輸入接口;此外，還擁有 4 個 USB 接口、1 個 GBIO 通用 I/O 等眾多I/O 端子，并采用了無風(fēng)扇設(shè)計，其體積小巧、功能強大。本次限界檢測控制系統(tǒng)部分源代碼及軟件檢測界面分別如圖7、圖8所示。

圖7 控制程序源代碼

3 限界檢測車的優(yōu)勢與運用

本次設(shè)計的限界檢測車能夠根據(jù)地鐵線路具體里程，實現(xiàn)限界檢測觸板的自動展開與收縮，能將侵限點的位置與坐標(biāo)自動進(jìn)行記錄并生成報表，成功地實現(xiàn)了限界檢測全過程的自行化與自動化。其將區(qū)間檢測速度由人工檢測的不足4 km/h，提高到了約20 km/h，整個區(qū)間(包含道岔區(qū))的平均檢測速度提高到了約15 km/h，大大提高了檢測效率。

圖8 限界檢測車的計算機(jī)界面

本次南京地鐵10號線全線均采用了限界檢測車方式進(jìn)行限界檢測，與采用傳統(tǒng)人工推送限界檢測裝置相比，結(jié)果如下:

1)正線47 km 檢測時間由原來的12 h，下降為2.2 h。

2)車站及道岔區(qū)檢測時間由原來的6 h，下降為 1.2 h。

3)城西路停車場檢測時間由原來的6 h，下降為2 h。

限界檢測車檢測站臺屏蔽門、信號機(jī)及區(qū)間疏散平臺的景像分別如圖9～圖11所示。

圖9 限界檢測車檢測站臺屏蔽門過程

通過使用限界檢測車代替人工方式進(jìn)行限界檢測，使此次南京地鐵10號線的首檢與復(fù)檢時間，由此前采用人工方式的8 d 縮短到了2 d，滿足了業(yè)主于2014年1月20日進(jìn)車并進(jìn)行冷熱滑試驗的時間要求。通過進(jìn)行限界檢測，南京地鐵10號線累計發(fā)現(xiàn)包含信號機(jī)、消火栓、頂裝風(fēng)機(jī)、電纜支架、站臺及施工遺留物等在內(nèi)的侵限點共計數(shù)10 處，所有侵限點均以工作聯(lián)系單形式告知業(yè)主，并督促施工單位進(jìn)行整改。當(dāng)電客車按計劃進(jìn)車并進(jìn)行冷熱滑試驗時，未發(fā)生過一起侵限現(xiàn)象。

圖10 限界檢測車檢測信號機(jī)過程

圖11 限界檢測車檢測疏散平臺過程

4 結(jié)語

由于本次限界檢測時間較緊，導(dǎo)致限界檢測車的某些功能設(shè)計還不夠完善。目前，限界檢測車只能對侵限物體實現(xiàn)報警功能，無法對具體侵限數(shù)值進(jìn)行判斷。下一步計劃對限界車進(jìn)行改進(jìn)，用轉(zhuǎn)角傳感器代替目前使用的行程開關(guān)，并通過數(shù)學(xué)運算，實現(xiàn)對侵限具體數(shù)值的實時測量、記錄，以更好地指導(dǎo)施工單位的整改工作。

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