蒲思培

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)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(hào)線一期工程線路總長(zhǎng)約21.6 km，其中地下線長(zhǎng)約19.5 km，地面線和高架線長(zhǎng)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(hào)線列車采用6 輛編組地鐵A 型車，其全線“軌通”、“電通”時(shí)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(guò)區(qū)間進(jìn)入停車場(chǎng)，并隨后進(jìn)行冷、熱滑試驗(yàn)。此前的南京地鐵區(qū)間限界檢測(cè)均由人力方式完成。即采用人力推動(dòng)限界檢測(cè)框架，對(duì)隧道內(nèi)限界進(jìn)行檢測(cè)(如圖1所示)。

圖1 人工方式進(jìn)行地鐵限界檢測(cè)

1 南京地鐵10號(hào)線限界檢測(cè)要求

南京地鐵10號(hào)線從2013年12月底全線“電通”具備檢測(cè)條件開(kāi)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(shí)間，實(shí)際留給限界檢測(cè)的時(shí)間僅有10 d 左右。而這10 d 包含了限界第一次檢測(cè)時(shí)間、施工單位整改時(shí)間及限界復(fù)查時(shí)間。南京地鐵10號(hào)線工程限界檢測(cè)工作量如下:

1)線路正線全長(zhǎng)約21.6 km，即雙線正線全長(zhǎng)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(zhǎng)約8 km;

3)本線范圍內(nèi)含城西路停車場(chǎng)一處，庫(kù)內(nèi)外總長(zhǎng)約20 km。

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

2 限界檢測(cè)車原理及工作方式

2.1 人工限界檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

傳統(tǒng)人工方式限界檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 人工限界檢測(cè)裝置

人工方式限界檢測(cè)機(jī)構(gòu)由固定支架、可變支架、檢測(cè)觸板及轉(zhuǎn)動(dòng)手輪共4 部分組成。其中，檢測(cè)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(cè)觸板的展開(kāi)與收縮則通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪進(jìn)行控制。在限界檢測(cè)過(guò)程中，整個(gè)裝置由人力推動(dòng)前進(jìn)。在直線區(qū)間時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪將檢測(cè)觸板展開(kāi)到直線限界位置;到達(dá)曲線、岔區(qū)或者車站位置時(shí)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(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使相應(yīng)檢測(cè)觸板在直線限界基礎(chǔ)上進(jìn)行加寬，從而達(dá)到對(duì)線路進(jìn)行限界檢測(cè)的目的。

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

1)受限于人長(zhǎng)距離步行速度限制，檢測(cè)速度≤4 km/h，從而導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng);

2)限界檢測(cè)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(kāi)、收縮，故耗時(shí)長(zhǎng)、精度低。

由于存在上述兩大缺點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行限界檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法滿足此次南京地鐵10號(hào)線限界檢測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的要求。

2.2 限界檢測(cè)車結(jié)構(gòu)

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

南京地鐵限界檢測(cè)車由1 臺(tái)工程車，放置于工程車內(nèi)部的控制計(jì)算機(jī)及位于車輛兩端的2 組限界檢測(cè)裝置等組成。2 組限界檢測(cè)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(jì)規(guī)范》，規(guī)定，在車站有效站臺(tái)范圍內(nèi)，站臺(tái)邊緣及屏蔽門頂箱邊緣距離線路中心線的距離均是通過(guò)車輛限界來(lái)確定的，因此，本次設(shè)計(jì)每組限界檢測(cè)裝置均有前后2 個(gè)規(guī)格不同的限界檢測(cè)觸板，前面一組寬度較小的限界檢測(cè)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(cè)車

圖4 限界檢測(cè)車的限界檢測(cè)裝置

2.3 限界檢測(cè)的曲線加寬辦法

為實(shí)現(xiàn)限界檢測(cè)車能自動(dòng)在特定曲線上按指定加寬要求伸展限界檢測(cè)觸板，以實(shí)現(xiàn)對(duì)限界的連續(xù)檢測(cè)，首先需要根據(jù)南京地鐵10號(hào)線線路圖確定全線每個(gè)點(diǎn)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(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的加寬值，以此作為限界檢測(cè)觸板伸展量大小的依據(jù)。

因曲線加寬量大小及開(kāi)始加寬位置與線路上的直緩(ZH)點(diǎn)、緩圓(HY)點(diǎn)密切相關(guān)。對(duì)于地鐵A型車，一般要求在即將進(jìn)入曲線的直緩點(diǎn)以前約15.8 m 處開(kāi)始加寬;至緩和曲線中點(diǎn)前 9.5 m 處時(shí)達(dá)到預(yù)定加寬值的一半;至緩和曲線終點(diǎn)前約9.5 m 時(shí)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(shí)，對(duì)于南京地鐵10號(hào)線A 型車則在超高過(guò)渡段前15.8 m 處開(kāi)始加寬，至超高過(guò)渡段終點(diǎn)前約9.5 m 時(shí)達(dá)到全加寬值。

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

圖5 計(jì)算機(jī)顯示的南京地鐵10號(hào)線入段線部分加寬量表實(shí)景圖

2.4 限界檢測(cè)觸板結(jié)構(gòu)及控制原理

限界檢測(cè)車的限界檢測(cè)觸板通過(guò)行程開(kāi)關(guān)與限界檢測(cè)裝置的可變支架部分連接，可變支架再通過(guò)電動(dòng)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(cè)車檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

在本次設(shè)計(jì)中，限界檢測(cè)車的車輛限界、設(shè)備限界檢測(cè)板分別根據(jù) GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)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(shí)際A 型車之間在定距、軸距等實(shí)際參數(shù)的差異，計(jì)算出限界檢測(cè)車實(shí)際加寬量與A 型車計(jì)算加寬量之間的修正量。當(dāng)加寬量為0 時(shí)，兩組限界檢測(cè)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(cè)前，需首先測(cè)量出工程車的各個(gè)車輪在踏面處的直徑，并取平均值;之后通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)數(shù)，并結(jié)合車輪直徑計(jì)算出車輛行駛里程;再結(jié)合南京地鐵10號(hào)線曲線限界加寬表與線路圖，在對(duì)應(yīng)里程限界將檢測(cè)觸板伸展或回縮到對(duì)應(yīng)位置。在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)限界檢測(cè)車的限界檢測(cè)觸板遇到障礙物阻擋時(shí)，其在障礙物阻力作用下將向車后部方向變形，從而帶動(dòng)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示出侵限位置。

為實(shí)現(xiàn)以上控制過(guò)程，方便檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)操作，并自動(dòng)生成檢測(cè)記錄，本限界檢測(cè)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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

該研華牌PPC-3100 工業(yè)平板電腦具有3 個(gè)RS-232 專用 I/O(輸入/輸出)接口和1 個(gè) RS-232/422/485 通用I/O 接口，共4 個(gè)串行輸入接口;此外，還擁有 4 個(gè) USB 接口、1 個(gè) GBIO 通用 I/O 等眾多I/O 端子，并采用了無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，其體積小巧、功能強(qiáng)大。本次限界檢測(cè)控制系統(tǒng)部分源代碼及軟件檢測(cè)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(cè)車的優(yōu)勢(shì)與運(yùn)用

本次設(shè)計(jì)的限界檢測(cè)車能夠根據(jù)地鐵線路具體里程，實(shí)現(xiàn)限界檢測(cè)觸板的自動(dòng)展開(kāi)與收縮，能將侵限點(diǎn)的位置與坐標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行記錄并生成報(bào)表，成功地實(shí)現(xiàn)了限界檢測(cè)全過(guò)程的自行化與自動(dòng)化。其將區(qū)間檢測(cè)速度由人工檢測(cè)的不足4 km/h，提高到了約20 km/h，整個(gè)區(qū)間(包含道岔區(qū))的平均檢測(cè)速度提高到了約15 km/h，大大提高了檢測(cè)效率。

圖8 限界檢測(cè)車的計(jì)算機(jī)界面

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

1)正線47 km 檢測(cè)時(shí)間由原來(lái)的12 h，下降為2.2 h。

2)車站及道岔區(qū)檢測(cè)時(shí)間由原來(lái)的6 h，下降為 1.2 h。

3)城西路停車場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間由原來(lái)的6 h，下降為2 h。

限界檢測(cè)車檢測(cè)站臺(tái)屏蔽門、信號(hào)機(jī)及區(qū)間疏散平臺(tái)的景像分別如圖9～圖11所示。

圖9 限界檢測(cè)車檢測(cè)站臺(tái)屏蔽門過(guò)程

通過(guò)使用限界檢測(cè)車代替人工方式進(jìn)行限界檢測(cè)，使此次南京地鐵10號(hào)線的首檢與復(fù)檢時(shí)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(yàn)的時(shí)間要求。通過(guò)進(jìn)行限界檢測(cè)，南京地鐵10號(hào)線累計(jì)發(fā)現(xiàn)包含信號(hào)機(jī)、消火栓、頂裝風(fēng)機(jī)、電纜支架、站臺(tái)及施工遺留物等在內(nèi)的侵限點(diǎn)共計(jì)數(shù)10 處，所有侵限點(diǎn)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(jì)劃進(jìn)車并進(jìn)行冷熱滑試驗(yàn)時(shí)，未發(fā)生過(guò)一起侵限現(xiàn)象。

圖10 限界檢測(cè)車檢測(cè)信號(hào)機(jī)過(guò)程

圖11 限界檢測(cè)車檢測(cè)疏散平臺(tái)過(guò)程

4 結(jié)語(yǔ)

由于本次限界檢測(cè)時(shí)間較緊，導(dǎo)致限界檢測(cè)車的某些功能設(shè)計(jì)還不夠完善。目前，限界檢測(cè)車只能對(duì)侵限物體實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，無(wú)法對(duì)具體侵限數(shù)值進(jìn)行判斷。下一步計(jì)劃對(duì)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(kāi)關(guān)，并通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)侵限具體數(shù)值的實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄，以更好地指導(dǎo)施工單位的整改工作。

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