張 媛

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

?

鄭州黃河公鐵兩用橋異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 媛

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

結(jié)合石武客專(zhuān)鄭州黃河公鐵兩用橋特點(diǎn)，分析了異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案、監(jiān)測(cè)網(wǎng)安裝方式、監(jiān)測(cè)范圍等，明確提出了適合公鐵兩用橋異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)方案及優(yōu)化建議，從而保障客運(yùn)專(zhuān)線的安全運(yùn)營(yíng)。

公鐵兩用橋，異物侵限，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 概述

隨著高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線的大規(guī)模建設(shè)，受鐵路最大坡度、曲線半徑、鐵路線路所處的地形環(huán)境限制，以及交通規(guī)劃要求，高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線與公路存在上下跨越、平行及公鐵合用等多種形式。高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)運(yùn)行速度高，一旦公路上的落物、車(chē)輛等異物侵入鐵路限界，目視瞭望已不能保證行車(chē)安全，危險(xiǎn)大大增加，另外我國(guó)地域廣闊，公路、鐵路網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，公路與鐵路并行緊鄰、公路橋跨越鐵路的點(diǎn)段很多，汽車(chē)、較大型物體沖入或墜入鐵道線上的情況時(shí)有發(fā)生。因此，異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)與客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)同期實(shí)現(xiàn)，為客運(yùn)專(zhuān)線運(yùn)營(yíng)提供必要的安全保障。本文結(jié)合鄭州黃河公鐵兩用橋特點(diǎn)，對(duì)異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。

河南鄭州黃河公鐵兩用橋位于石武客專(zhuān)DK642+800.684～DK657+685.583，線路長(zhǎng)度14.89 km。其主橋梁截面圖如圖1所示，在上跨黃河的主橋部分為公路和鐵路橋梁正上正下重疊，但公路和鐵路橋梁在黃河兩側(cè)的引橋部分由重疊演變?yōu)闈u行切出分離，公路在上鐵路在下的15 m高度落差的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上漸行分離段已經(jīng)形同于一個(gè)交角較小的公跨鐵橋梁，上方公路按照一級(jí)(雙向六車(chē)道)進(jìn)行建設(shè)。公路橋梁主橋總寬32.5 m。公鐵分離處概貌見(jiàn)圖2。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

異物侵限現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備包括異物侵限現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、現(xiàn)場(chǎng)控制器等設(shè)備。在跨越鐵路的道路橋梁處設(shè)置異物侵限現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備。通過(guò)設(shè)于公跨鐵立交橋上的雙電網(wǎng)傳感器，檢測(cè)異物侵限情況，通過(guò)接入臨近GSM-R防災(zāi)機(jī)房的監(jiān)控單元，上報(bào)報(bào)警信息，并能通過(guò)接口設(shè)備向鄰近的列控中心發(fā)出控制命令，控制列車(chē)停車(chē)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)功能

異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重要組成部分，監(jiān)測(cè)侵入鐵路限界的異物，觸發(fā)列控系統(tǒng)使列車(chē)自動(dòng)停車(chē)，為鐵路調(diào)度指揮提供報(bào)警、預(yù)警信息，有效保證高速鐵路行車(chē)安全。

2.3 監(jiān)測(cè)網(wǎng)長(zhǎng)度計(jì)算

鄭州黃河公鐵兩用橋與石武客專(zhuān)關(guān)系如圖4所示。

參數(shù)取值如下：1)公路橋來(lái)車(chē)方向與鐵路橋交角為:北端175°55′ 22.1″, 南端173°37′48.5″;2)鋼軌軌面至公跨鐵立交橋橋面的高度：H=15 m;3)車(chē)輛與防撞墻碰撞角度：20°；4)初始速度：10.9 m/s；5)重力加速度：g=9.8 m/s2;6)線間距：Lx=5 m。黃河公鐵兩用橋單端防護(hù)長(zhǎng)度計(jì)算圖見(jiàn)圖5。

異物侵限監(jiān)測(cè)裝置的長(zhǎng)度(L),按以下公式計(jì)算:

經(jīng)計(jì)算，得出：

Dp=10.9×sqrt(2H/g)×sin(α-160)/sin(180-α)。

Lt=10.9×sqrt(2H/g)×sin(α-160)/sin(180-α)+3.48/sin(180-α)。

L=10.9×sqrt(2H/g)×sin(α-160)/sin(180-α)+13.4/sin(180-α)。

將條件參數(shù)代入公式，理論計(jì)算橋梁兩端防護(hù)長(zhǎng)度分別為：

橋梁北端：總防護(hù)長(zhǎng)度L=268m，其中鋼軌外沿至去車(chē)方向Lt=125m。

橋梁南端：總防護(hù)長(zhǎng)度L=172m，其中鋼軌外沿至去車(chē)方向Lt=77m。

上述計(jì)算辦法是將橋梁形狀在公鐵分離處的形狀視為直線段進(jìn)行近似計(jì)算理論計(jì)算，實(shí)際公路橋與鐵路橋均有一定弧度，近似計(jì)算值略偏小。考慮到鄭州黃河公鐵兩用橋地理位置的重要性、特殊性及車(chē)速、載重、超載等情況，根據(jù)交通部《關(guān)于印發(fā)第一批道路貨運(yùn)汽車(chē)及汽車(chē)列車(chē)推薦型表的通知》(交公路發(fā)[2006]129號(hào))，很多中重型汽車(chē)載貨后總重都在20t以上，時(shí)速不小于100km，其碰撞動(dòng)能近600kJ，車(chē)輛沖出SB級(jí)防撞墻(吸收能量280kJ)后的剩余速度可能超過(guò)10.9m/s的假設(shè)速度(經(jīng)計(jì)算約超過(guò)35%)，故將理論計(jì)算的防護(hù)長(zhǎng)度再延長(zhǎng)35%，則防護(hù)長(zhǎng)度為：

橋梁北端：延長(zhǎng)后總防護(hù)長(zhǎng)度361m，其中鋼軌外沿至去車(chē)方向Lt=169m。

橋梁南端:延長(zhǎng)后總防護(hù)長(zhǎng)度232m，其中鋼軌外沿至去車(chē)方向Lt=104m。

2.4 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的安裝

根據(jù)“關(guān)于印發(fā)《高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)—公跨鐵立交橋異物侵限監(jiān)測(cè)方案》的通知”(運(yùn)技基礎(chǔ)[2010]739號(hào))的有關(guān)要求，異物侵限監(jiān)測(cè)裝置包括豎直監(jiān)測(cè)電網(wǎng)、水平承重網(wǎng) 、“L”形支架等。監(jiān)測(cè)網(wǎng)與橋梁防拋網(wǎng)間距按600mm安裝(考慮安裝與維護(hù)距離)。橋上安裝金屬網(wǎng)需要設(shè)置“L”形支架與橋梁連接，同時(shí)在公路跨越鐵路范圍內(nèi)安裝金屬防護(hù)網(wǎng)，“L”形支架中心間距1 000m； 1個(gè)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)單元(寬1.0m)和1個(gè)“L”形支架的總重量為50kg，每根L形支架按承載1人考慮(100kg/人)。監(jiān)測(cè)網(wǎng)安裝于防撞墻排水管上方，距防撞墻上邊緣1 100mm?；瘜W(xué)錨栓采用M20，長(zhǎng)度330mm的標(biāo)準(zhǔn)錨栓。植入后外露長(zhǎng)度(110±10)mm，單顆螺栓抗剪切及抗拉強(qiáng)度均不小于30kN。

公跨鐵立交橋異物侵限監(jiān)測(cè)裝置及其安裝示意圖見(jiàn)圖6。

2.5 監(jiān)控單元設(shè)置

監(jiān)控單元接收監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制箱傳來(lái)的數(shù)據(jù)和信息，將其中的有效數(shù)據(jù)和信息轉(zhuǎn)發(fā)給防災(zāi)安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備。同時(shí)，監(jiān)控單元還對(duì)接收到的數(shù)據(jù)和信息做短期的存儲(chǔ)。

監(jiān)控單元具備接入不同類(lèi)型異物侵限監(jiān)測(cè)傳感器的能力，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理及報(bào)警判定的功能，并將監(jiān)測(cè)、報(bào)警數(shù)據(jù)

等傳送至中心系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)到異物侵限報(bào)警時(shí)，監(jiān)控單元通過(guò)繼電接口電路聯(lián)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)系統(tǒng)動(dòng)作，并應(yīng)具備回采信號(hào)系統(tǒng)異物侵限接口繼電器狀態(tài)的功能。能夠接收中心系統(tǒng)下發(fā)的臨時(shí)通車(chē)、調(diào)度恢復(fù)等控制命令，并驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。

基于黃河公鐵兩用橋橋形特殊性、超長(zhǎng)的連續(xù)防護(hù)范圍、系統(tǒng)雙電網(wǎng)傳感器信號(hào)的穩(wěn)定性需求，按每80m的防護(hù)長(zhǎng)度視為一個(gè)異物監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行等效劃分，每臺(tái)監(jiān)控單元可接入2個(gè)異物點(diǎn)。監(jiān)控單元設(shè)于區(qū)間GSM-R基站內(nèi)及獨(dú)立防災(zāi)機(jī)房?jī)?nèi)，包括系統(tǒng)主機(jī)(雙機(jī)熱備)、UPS電源、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊、繼電器組合模塊、防雷單元、網(wǎng)絡(luò)接口和機(jī)柜等設(shè)備；主機(jī)、功能模塊、UPS電源等按雙機(jī)熱備配置。

2.6 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及信息傳輸

1)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?？偩€型T接組網(wǎng)方案。每個(gè)區(qū)間內(nèi)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元利用傳輸系統(tǒng)MSTP設(shè)備提供的以太網(wǎng)通道，以總線鏈型接到車(chē)站及中心。主用鏈路與備用鏈路按不同路由接到相鄰車(chē)站及中心系統(tǒng)。

采集的數(shù)據(jù)信息由通信專(zhuān)業(yè)傳輸系統(tǒng)提供的2×2M專(zhuān)用通道(FE接口)上傳至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備的信息由通信專(zhuān)業(yè)傳輸系統(tǒng)提供的2×2M(FE接口)專(zhuān)用通道分別上傳至調(diào)度所、工務(wù)段。

2)信息傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元間的傳輸線路由防災(zāi)專(zhuān)業(yè)自行構(gòu)建。為保證防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)陌踩煽?，并考慮到電氣化鐵路的強(qiáng)電磁干擾影響，異物侵限雙電網(wǎng)傳感器至監(jiān)控單元間、監(jiān)控單元至列控中心采用PTYL23型電纜。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)鄭州黃河公鐵兩用橋的公路與鐵路位置關(guān)系，對(duì)設(shè)置異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)的必要性進(jìn)行了分析；并根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行速度、橋面至軌面高度，以及公路橋橋面形式、公路橋防撞墻形式、公鐵橋交叉角度及汽車(chē)運(yùn)行方向、侵限物體掉落的數(shù)學(xué)模型等因素，確定了異物侵限監(jiān)測(cè)范圍及長(zhǎng)度；同時(shí)首次采用多監(jiān)控單元解決橋梁超長(zhǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸、分析及處理等問(wèn)題，為高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線類(lèi)似工程的異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了重要的技術(shù)借鑒。隨著災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展、運(yùn)營(yíng)實(shí)際需求的變化以及各工程實(shí)際情況，在后續(xù)工程中需根據(jù)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于完善高速鐵路橋梁附屬檢查設(shè)施和改進(jìn)異物侵限現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置安裝方式的通知》(鐵總運(yùn)[2014]127號(hào))相關(guān)要求，不斷完善、優(yōu)化異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使之更好的服務(wù)于鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全。

[1]TB10621—2014/J1942—2014，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 趙數(shù)學(xué).客運(yùn)專(zhuān)線、高速鐵路異物侵限監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化[J].鐵路通信信號(hào)技術(shù)，2010，7(5)：25-28.

Foreign object invasion monitoring system design on Zhengzhou Yellow River highway-railway paralleled bridge

Zhang Yuan

(RailwayThirdSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Tianjin300251,China)

Combined with the characters of Zhengzhou Yellow River highway-railway paralleled bridge on Shijiazhuang-Wuhan passenger dedicated line, the following article analyzes the scheme of foreign object invasion monitoring system, the installation plan of network and the monitoring scope. The article detailed describes construction plan and optimization suggestion of foreign object invasion monitoring system on a highway-railway paralleled bridge， so as to guarantee safe operation of passenger-special railway.

highway-railway paralleled bridge, foreign object invasion, monitoring system

1009-6825(2016)10-0175-03

2016-01-28

張 媛(1972- )，女，工程師

U442

A