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一、引言
铁路对于我国经济发展具有重要的意义,铁路是我国国民经济发展的重要基础。随着我国经济快速发展,国民的生活、工作以及社会的发展都对铁路运输事业提出了更高的要求,高速铁路应运而生。高铁是一个具有时代特点的概念,其涉及的专业方面十分广泛,高铁工程包含了先进的铁路技术、管理方式、运营方式、资金筹措等多方面的内容,是一项复杂的系统性工程。我国高速铁路的建设是保证我国交通事业发展的重要基础,也是我国运输事业发展的必然结果。现代工业化中,运输化已经成为实现经济活动的重要内容。我国经济发展迅速,铁路的运输水平已经成为了制约我国经济发展的一个重要的方面,我国铁路事业必须要提高铁路运输生产力发展的水平,加强高速铁路的深化改革,适应我国经济发展需求。
二、高速铁路工程测量精度标准的相关问题
要想提高铁路工程测量标准,就必须大力的投入资金、人力、物力、时间等多方面的资源。在测量标准的制定上,要经过大量的实验与严谨的论证,从而保证测量精度得到有效的保证。与此同时,在测量精度标准的制定上,要做好权衡,避免出现提高测量精度未能满足工程实际需求,从而造成工程的质量事故出现。我国关于高速铁路测量的相关规定中已经对于工程测量精度有所提及,相关规定对于工程测量的规定为:“高速铁路自身运行速度比较快,对于整体线路的平顺性要求较传统铁路更高,所以要提高高速铁路的工程测量精度水平”。但是,相关规定当中,并未对铁路工程测量的精度提出具体的要求,也未对具体的原因进行相应的解释。在不同的设计院进行铁路测量细则的拟定以及相关论文的撰写时,采用国际二、三等平面高程控制精度进行工程的测量,也有人考虑建立独立的控制网。相关设计院的工程测量人员对于工程测量精度控制上,存在着一定的困难。首先,从工期方面分析,控制测量量的增长直接增加了观测时间,并且造成工期项目的工期增长。与此同时,工程观测量的层级增长也会造成工程经费的大幅增长。其次,对于二三等控制网精度标准来讲,其标准是对于十几到几十公里作为长边条件,其精度难以满足高速铁路的自身测量要求。在进行高等级控制网时,经常会遇到很多问题,例如控制点不足、平差计算过于复杂、对于特殊测试上需要借助专业测量部门。最后,对于建设独立的高速铁路控制网难以得到有效的实行。独立的高铁坐标系统只适用于小范围的地区,难以在长大铁路上进行应用。独立控制网缺乏对天文、重力等方面的测量能力,难以控制大范围的线形区域的精度。另外,国家现有比例尺以及地形图都是进行统一的定位管理,铁路的独立控制网难以得到有效的应用。
三、铁路工程测量模式
铁路工程的测量模式的水平直接决定了测量工作的效率,影响了测量结果的精度。铁路工程的测量精度是工程中的重要内容,良好的测量精度可以有效的保证铁路设计、施工、运营等多个环节的工作。现有铁路测量工作的问题主要是体现在测量结果错误、测量资料处理不当等方面。要想提高工程测量精度,就必须对现有测量模式进行该技能,通过科学合理的手段,简化测量环节,提高测量工作的规范性。与此同时,提高测量内容的可控性,提高测量质量,保证工程顺利进行。工程测量人员需要制定先进的测量方式,采用先进的测量方法,对精度标准进行合理的制定,改善现有的铁路测量方式与测量流程。
现行铁路测量流程的主要内容为航测、线路等各自具有不同的国家等级控制,相对为两个独立的系统。航测通过外业与制图,提供相应的供给线路,并且作为初步设计阶段的示意图。航测与线路测量的系统不同,其测量后放到地面会存在一定的误差。系统由于既有误差,所以航测的数字化与电子化难以更换的参与实质性的设计工作当中,难以实现勘测一体化。
要想消除上述的测量误差问题,就需要建立新的测量流程,改变以往传统的测量方式。第一,要实现一次布网。对初测导线、控制点、定测交点等进行合并,并且进行五等水准的测量。对于后续的航测工作,要以此为测量控制的依据,从而消除国家等级点加密误差、初测导线误差、定测交点测量误差等误差的影响。采用一次布网的方式,可以有效的消除地形图与同名地点的系统查,降低测量程序的工作量,简化测量工作,使测量资料清晰明确,便于管理。第二,要从一次布网的控制点中进行直接的中线测设。以往的中线测量工作主要以实地测设为基准,积累了很多的定测交点测量误差。在一次布网进行中,对控制点采用先进的GPS、全站仪等设备,可以跳过定测交点与初测导线的测量。这种测量方式可以将测量误差控制在几厘米之内,并且与实测线路上的选线达到精确的吻合。采用这种理论坐标控制的测量方式,可以有效的避免长距离测量中造成的误差积累,减少转点。在测量过程中,可以随意进行切入测量,不会出现锻炼的现象。这一特点可以更换的应用在复杂工程当中。
四、结束语
我国正处于一个高速发展的阶段,高速铁路工程建设工作的开展,有力的为我国经济快速发展提供了重要的支撑。在铁路工程测量工作改革当中,工程测量人员需要采用先进的科学技术对铁路测量工作进行改进。高铁时代对于铁路测量工作的要求不断提高,铁路测量工作需要进行积极的自身变革,与铁路发展实现同步,从而为铁路工程的建设提供良好的依据。
参考文献:
[1]范谧,方红英.在线路控制网中内插高精度施工控制网的切线不变准则[J]铁道勘察.2006(03)
Abstract: This paper analyzes the technical requirements of high speed flow when the pantograph on catenary wire fork, combined with Zhengxi high-speed rail, analyzed the pantograph contact net group of cross line turnout design parameters, through the daily operation and repair work specific situation discussed the three groups showed no cross fork, main control points check measurement method, operation and maintenance technology.
Key words: high-speed rail; catenary; no cross crossing design; maintenance;
中图分类号:TM922.5文献标识码:A 文章编号:
1.前言
无交叉线岔可保证机车从正线高速通过,所以它的设计与运营维护是保证接触网高速运行的重要条件。本论文以徐兰客运专线郑西线为例,探讨三组无交叉线岔设计与维护过程的关键点:
徐兰客运专线郑西线是我国一条全线设计时速350Km/h的国产电气化客运专线。为确保动车组从正线上高速通过道岔时,受电弓在任何情况下均不与侧线的接触线相接触,动车组从侧线进入正线或从正线进入侧线时,受电弓能从侧线与正线接触线之间实现平稳过渡,不发生刮弓现象,在郑西线的站场侧线与正线相连的60kg/m钢轨1/41号高速单开道岔(简称41号道岔)采用三支无交叉线岔。经铁道部网检车和综合检测车现场检测,三支无交叉线岔符合高铁设计要求。 研究三支无交叉线岔的运营维护,对掌握高铁运行安全有着重要意义。
2.高速弓网受流对三支无交叉线岔的技术要求
2.1空间几何参数
2.1.1线岔的导高
动车组通过三支无交叉线岔时,受电弓始终保持与线岔的两支接触,这就对线岔处的三支导线的导高提出一个新的要求,始终要保持两支导线的平顺性,这才能保证列车高速通过时弓网的正常取流。
2.1.2线岔的拉出值
在三支无交叉线岔处,因要考虑到受电弓的有效工作宽度和受电弓在线岔处的水平晃动量等因素,所以对三支无交叉线岔每一点处每一支的拉出值的大小都有一个新的要求,防止受电弓通过线岔时导致因拉出值的不合适引起钻弓/打弓故障的发生
2.2 弓网动态接触力
弓网动态接触力一般按一个跨距为分析单位,分析参数有:最大值、最小值、平均值和标准偏差。各参数评判标准为:
最大值:Fmax=Fm+3ó(N);
最小值:Fmin=20(N);
平均值:Fm≤0.00097V2+70(N);
标准偏差:ó≤0.3*Fm(N)
在双弓最小间距为160m的运行条件下,修正后的弓网间平均接触压力应低于图1的规定,最小接触压力应为正值,最大接触压力应低于300N,接触力标准偏差应不大于0.3Fm。因此线岔处的接触压力也要满足此条件。
图1 平均接触压力与速度关系曲线图
2.3抬升量
线岔悬挂点处接触线的抬升应符合EN50119(2001)的规定。正常运行时,最大跨距悬挂点处接触线计算和验证的抬升量不大于100mm;悬挂点处定位器自由抬升的设计范围至少应为计算抬升值的2倍。
综上所述,高速弓网受流系统对线岔的技术要求特别高,不仅从接触网的基本技术参数如导高拉出值等方面来评价弓网受流,还从接触力、抬升量等方面对高速铁路的线岔的技术提出了更高的要求。
3.郑西高铁受电弓与41号道岔结特征
3.1受电弓的基本技术参数
受电弓动态包络线:直线段左右摆动量250mm、上下晃动量200mm;
受电弓弓头宽度:1950mm;
受电弓工作宽度:1450mm;
受电弓工作范围:4950-5500mm;
滑板的最小宽度:1030mm;
滑板数量:2个;
滑板材质:碳;
受电弓静态接触压力:70±10N。
图2 受电弓机构示意图
3.2 41号道岔的结构特征
41号道岔用于中间站跨区间无缝线路的连接。 道岔采用43.090m长的60B40钢轨制造,全长L=140.599m,前端长度a=56.319m,后端长度b =84.280m。为弹性可弯接轨,接轨接端为插接式。
4. 三支无交叉线岔的布置原理
三支无交叉线岔为2条正线间的渡线道岔采用锚段关节式线岔图的接触网布置图。图3中,渡线电分段采用了四跨绝缘锚段关节形式(3#关节),以避免分段绝缘器产生的硬点影响。1#关节和5#关节为四跨非绝缘锚段关节,2#关节和5#关节为五跨非绝缘锚段关节(相邻2支悬挂各形成一个锚段关节)。图中编号②接触悬挂相对于另一正线而言为侧线支接触悬挂,编号③接触悬挂相对于另一正线而言所起作用与编号①作用相同,从B柱到C柱的区域为正线和侧线的转换区域(五跨关节的转换跨)。
图3 三支无交叉线岔平面布置图
当动车组在正线上运行时,受电弓不与编号③接触线接触,但在1#关节和2#关节处与编号②接触线存在转换过渡关系;当列车由正线驶入侧线时,受电弓首先在1#关节处由编号①接触线过渡到编号②接触线,然后再2#关节处(B柱到C柱之间)由编号②接触线过渡到编号③接触线,经过C柱以后完全驶离道岔进入侧线运行;当列车由侧线驶入正线时,受电弓首先在2#关节处(C柱到B柱之间)由编号③接触线过渡到编号②接触线,经过A柱以后在1#关节处再由编号②接触线过渡到编号①接触线,进而完全转入正线运行。
4.1三支无交叉线岔的始触区。由于三支无交叉线岔的重点是“三点”和始触区,它采用辅线、渡线及正线三线无交叉布置的方式,所以在始触区600-1050mm的区域内接触线不得安装任何线夹,包括定位线夹、吊弦线夹、电连接线夹等,交叉吊弦安装在550-600之间,但同时 “三点”的技术参数要满足要求,动车受电弓才可以平稳的从正线过渡到侧线,侧线过渡到正线。
4.2三支无交叉线岔“三点”的确定。无交叉线岔有两个关键定位点和一个等高点。平面布置时,应使侧线接触线和正线线路中心的距离大于两接触线间的距离。以郑西线的1/41号高速单开道岔, UIC 608 Annex 4a受电弓为例,如图3 弓头总宽度1950mm,弓头工作区为1450mm,受电弓最外端尺寸的半宽为725mm,水平摆动量为250mm(考虑350km/h速度),升高后的加宽为125mm。所以受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为:725+250+125=1100(mm)。郑西线三支无交叉线岔考虑到整个渡线及辅线的长度及道岔布置的对称性,单边采用两根道岔定位柱和两组硬横梁定位,如图4其中其中A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm;B点为两内轨间距为800mm属于等高点,正线相对于侧线的拉出值满足1100mm,侧线相对于正线拉出值满足1100mm C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中,渡线拉出值为350mm。,因而动车从正线高速通过岔区时,与区间接触网一样正常受流,不会触及侧线接触线,而与侧线接触悬挂无关。
图4 三支无交叉线岔“三点”平面示意图
由上面的分析可知,在受电弓由正线通过时,可以保证侧线接触线与正线线路中心间的距离始终大于受电弓的工作宽度之半加上受电弓的横向摆动量,因而正线高速行车时,受电弓滑板不可能接触到侧线接触线,从而保证了正线高速行车时的绝对安全性,并且在道岔处不存在相对硬点。
4.2.1动车由正线进入侧线线岔时。当机车从正线进入侧线时,在两轨间距为800mm的等高点处。因侧线线路中心相对于正线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到正线接触线上,受电弓滑过等高点后,侧线接触线比正线接触线高度又以4/1000坡度开始降低。因而,受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂上。
4.2.2动车由侧线进入正线线岔时。当机车由侧线进入正线时, 在两轨间距为800mm的等高点处。因正线线路中心相对于侧线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到侧线接触线上,受电弓滑过等高点后,受电弓逐渐滑离侧线接触线,同时,侧线接触线高度又以4/1000坡度开始抬高,过等高点后,侧线接触线比正线接触线要高,所以受电弓能够顺利的过渡到正线接触线上。这时,受电弓将逐步脱离侧线接触悬挂而平滑地过渡到正线接触悬挂。
5. 三支无交叉线岔维护调整技术
5.1测量线岔。为掌握线岔技术参数及线岔变化情况,对三支无交叉线岔每季度进行测量一次,根据天气的变化适当增加测量次数。每次对始触区、交叉吊弦、“三点”的技术参数进行测量,如有不满足情况,对此处的导高及拉出值进行调整。
5.2拉出值的调整。如图4 等高点处的拉出值要满足1105mm,调整位置在等高点两侧的关键点,只要A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm;B点处正线相对侧线线路中心为1100mm,渡线相对正线线路中心为1100mm;C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中,渡线拉出值为350mm。正线拉出值允许偏差±10mm,侧线拉出值允许偏差±20mm。
5.3导高的调整。三支无交叉线岔侧线导线高度的调整应从等高点按着4/1000的坡度向两边顺坡。
5.4吊弦的检调。根据导高的调整预配吊弦的长度,以满足此处接触线的高度。
5.5继续测量线岔。对线岔各点的数据进行测量一遍,看始触区、交叉吊弦、“三点”的数据是否满足设计要求,不合适再次进行调整。
6.结论
本文通过高速取流时受电弓对接触网线岔的技术要求,分析了三支无交叉线岔设计的设计原理和维护的主要方法。在维护的过程中要特别注重对三支无交叉线岔拉出值的调整以及三支无交叉线岔导高平顺性调整的方法,对于高铁日常维护及确保高铁运行安全有着重要的参考价值。
参考文献:
〔1〕王章刊.浅谈接触网无交叉线岔调整.西安:西铁科技,2009(4)
〔2〕王作祥.客运专线影响接触网运行的几个关键环节.北京:电气化铁道,2007(1)
〔3〕于万聚.高速电气化铁路接触网.西南交通大学出版社,2003
中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)06-0147-01
多天线技术在概念上是用多根发送天线或接收天线的技术,包括Single Input Multiple Out(单发多收)、Multiple Input Single Out(多发单收)和Multiple Input Multiple Out(多发多收)三种形式,它们在铁道铁路信号处理中得到了广泛应用。作为多天线系统支撑技术的空时码,适用于天线间距偏远和相关性偏小的情形,是目前的研究热点,包括基于空间分集和基于空分复用两种空时码。空时码技术在铁路空间信号处理和铁路时间信号处理基于其空间域和时间域联合处理接收信号的特征优势能够抵抗符号间的干扰、减少多地址干扰、增加分集增益和提高天线阵增益。
1 多发多收技术(MIMO)的原理
多发多收传输方案是基于铁路特征空间信号的,要求发送端的信道信息是确定的。多发多收技术的基本原理图如图1-1所示。铁路特征信号在发送端和接收端处理之后,即在这两端之间存在部分独立并行子信道,而这些信道需要通过特征值分解或者奇异值分解处理二产生,因此叫做基于特征空间的多发多收技术。一个加权网络在发送端把来自每个子信道的发送信号映射到多个发送天线,而另一个加权网络在接收端在把多个接收天线上的接收信号映射为传输信号。鉴于独立并行的特征子信道,多个信号在特征子信道上传输时能够实现互不干扰的并行传输。于是多发多收信道能够分解为n个特征子信道时,系统的信道容量也相应地为单天线系统信道容量的n倍。因此,基于特征空间的多发多收算法可以依据发送端加权网络和接收端加权网络的计算方式不同而存在多个算法。
2 算法分析及推导
对进行SVD分解为,,分别是左右酉矩阵,即,,是维对角阵,其主对角线的元素非负,并按排列,其中,且。有效的特征子信道满足。左酉矩阵分块为,右酉矩阵分块为,则有。
由此可将发送加权网络设置为;接收加权网络设置为。,分别为酉矩阵,的前列所构成的矩阵,满足列正交,即,,因此,经过接收网络加权后检测输出信号为。其中。发送信号总功率为,即,表示求积,因此,第个特征子信道上接收信号的为,其中为信道互相关矩阵。
3 仿真实验
仿真中假设发送天线数和接收天线数均为4,且分别呈均匀直线排列,设发送相邻天线和接收相邻天线之间的相关数相同,即。当空间相关性较强时,只存在较少的可利用的特征子信道,进而影响信道的频谱效率,先到容量随着空间相关性的增强而降低。
4 结语
铁道信号中基于空间特征的MIMO技术不需要居于发射分集,对接收天线和信道环境均不作要求,只在发送端需要信道信息,译码复杂度适中。随着阵列矩阵处理、矩阵运算等信号处理技术的成熟和DSP芯片处理能力的提高,MIMO技术必将在未来的铁道移动通信系统中的到广泛的应用。
参考文献
[1]王晓婷.MIMO技术在GSM-R高速铁路通信中的应用研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2007年12月.
[2]代喜增,彭应宁,汤俊.MIMO雷达检测性[J].清华大学学报(自然科学版),2007,47(1):88-91.
[3]温沛霖.高速铁路移动环境下MIMO信道预测与预处理技术研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2012年.
[4]薛辉.无线MIMO系统中空时编码技术研究[D].西安科技大学硕士学位论文,2010年.
[5]缪丹,卢晓文,谢显中.第三代移动通信中的空时编码技术[J].无线电通信技术,2004年01期.
[6]韦忠义,杨绿溪.空时编码与MIMO-OFDM系统的结合研究[J].大众科技,2005年08期.
Abstract: based on the high-speed rail bridge deformation monitoring in the process of the construction of the large bridge construction experience, summed up the high speed railway suspended pouring construction technology in construction of continuous girder bridge, and the key technology of for some construction made a detailed introduction. Including detection method for construction, monitoring stations arrangement and observation method is introduced and the control of the linear beam body, etc made some reviews, expectations for later engineering can play a guiding role.
Keywords: continuous beam; Suspension pouring; Construction technology; The key technology
中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1 施工监测方法
1.1 施工监测理论
实际工作监测理论是指通过施工控制理论与方法严格控制和调整连续梁在施工的每一个阶段[1-4]。通常情况下,理论计算应与实践相结合。通过理论计算得出连续梁施工中桥梁的变形,包括梁所受内力作用、梁体所受挠度、梁墩的沉降量等等;通过实际检测,可以得到施工过程中的一些关键控制参数,如主梁线形、主梁应力等等。分析理论与实测参数之间的误差,从而来指导实际施工过程,并采用合理的方法来控制。
进行施工监测流程:首先对现场安装实时监测体系,得出实时监测值;与此同时,对于现场进行相关实验验证,通过实验得出现场测试参数。比较这两组参数,再进行参数识别与修正,得出施工控制参数。通过设计方案,按设计参数通过相关理论计算出施工参数,与测试值进行对比分析,并进行分析和修正,最终确定下阶段的施工资料,指导施工。
施工监测的原则为:第一、根据相关连续梁的实际施工特点,来确定实施监测;第二、实施监测所需要测得的主要参数为桥墩的变形和梁体内力两个方面;第三、施工阶段不同对于监测的侧重点不同,最开始进行桥墩施工时,所需要重点监测的是桥墩的内力与变形,同样的,梁体施工过程主要是监测梁体。
施工监测的内容主要包括:其一、控制前期理论分析。即通过理论来模拟连续梁的施工全过程,得出各施工阶段下理论的结构预期状态,计算分析出理论上各施工阶段的变形和受力预期情况;并对施工误差进行相关理论分析,确定出理论上减小误差的施工方法,整理出内力与变形的调整方案。其二、现场测试得出实际参数。根据实际施工情况,设计相关试验,以一个尽可能真实的环境来模拟施工,得出现场测试的数据,通过这些数据所得参数与第一步的参数比较,综合分析,使得施工控制与实际情况相符。其三、施工过程的实时监测。主要监测数据为变形特性和力学特性,通过监测进行反馈分析。其四、实时控制分析。对于上面三步所得到的数据进行整体考虑,结合实际施工环境,制定出最有效的施工方案。
当遇到实际测得参数与理论参数偏差较大时,应立即检差施工流程,看是否是施工过程所导致的较大误差,在则进行理论分析指导,综合考虑,协助施工方一起解决问题。
2 监测方法与检测点布置
建立现场监测网
通过现场勘测,确定出现场控制点,以现场控制点为基础,组成监控网络。监控点的布置原则是连续梁的每段桥梁都必须布置两个及以上监测点,原则上为三个不在一条直线的三个观测点。使用全站仪对每一个观测点进行观测控制,保证整个观测网络的稳定性。观测频率依据施工情况来定,开始施工时,需要进行每天监测,施工完成之后,时间间隔可稍微长些。监测网的等级要求与监测距离有关,一般来说,平面控制网监测按一级标准实施监测,高程控制网监测使用二等水准技术进行检测。
布置监测点与检测要求
目前连续梁的施工大都采用悬臂挂篮技术,这种施工方法的监测点一般布置在挂篮上的主梁以及底篮所浇筑梁体上,通常情况下,梁体的监测点位于梁体的端部与梁体中部位置,特殊情况下依据具体情况而定。现浇边跨的观测点主要布置在两侧梁体、腹板与底模上。对于梁体的监测主要采用钉入式的方式布置监测仪器,端部布设点设置在实际端部的50cm处,防止脱落;中间的布置点尽可能布置在中轴线上,防护墙的内外各布置2个;腹板上的布置点主要作用是验证梁体两端是否发生扭曲。其中值得注意的是,梁体每施工一段,就要进行及时观测,开始的观测点应该多设置几个,对于腹板的翼缘处设置辅助观测点,监测各阶段施工。
3 梁体的线性控制
为了保证通过线性理论的计算值能够直接指导实践,对于梁体的各种因素必须要综合考虑[5],综合识别修正梁体的一些参数,设置合理的梁段立模标高,对于梁段立模标高的定义公式如下:
式中:表示梁段立模标高;
表示第i段梁体的设计标高;
表示其他梁体自重对于第i段所产生的挠度值;
表示由于张拉预应力对于第i段产生的挠度值;
表示由于外界因素(收缩、徐变)对第i段所导致的挠度;
表示梁体上的活荷载值对梁体所造成的挠度;
表示梁体所受机械重力所导致的挠度;
表示挂篮变形值;
表示温度的修正后的挠度值。
通过上式,可以看出梁段的立模标高的影响因素,分别为自身影响因素与外界的影响因素;因此对于实际情况下,应当综合考虑各种外界因素,对于理论值进行及时修正。
实践表明,对于张拉预应力值、管道的摩擦系数值以及温度应力所导致的徐变值等等都与设计值有较大偏差,这种偏差所导致的挠度计算值偏差也会很大,因此在实际工程施工过程中,因对这些关键性因素格外注意。
4 温度影响与观测对策
对于一些受日照情况好的桥梁,其混凝土凝结时间会比较短,因此前期对这种桥梁的监测频率要比较高;与此同时,有些地段的日夜温差较大,对于混凝土结构的变形影响就会比较大,因此这种情况应当每隔一个小时进行一次观测,若发现混凝土由于热胀冷缩导致桥梁结构不稳定现象,应及时采取措施补救。
结束语:对于悬浇连续梁的施工过程,没有真正能够知道实践的施工工艺,在施工过程中,各种外界影响因素都会有所不同,因此根据经验来进行即时的指导显得非常的重要,对于桥梁的检测手段与检测频率也需要综合考虑当地的各种因素,选择最适合的施工方法。
参考文献
[1]孙树礼.京沪高速铁路桥梁工程[C]//2008中国高速铁路桥梁技术国际交流会.北京:中国铁道出版社,2008.
[2]刘名君,曾永平,戴胜勇,等.客运专线无砟轨道悬臂浇筑连续梁线形控制探讨[C]//2008中国高速铁路桥梁技术国际交流会.北京:中国铁道出版社,2008:373-377.
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.022
0 引言
随着我国“一路一带”战略的不断深入,轨道交通业得到了迅速的发展,而桥梁工程在线路工程中的比例也不断增加,桥梁作为其咽喉工程,面对频发的铁路安全事故,为保证人民的生命和财产安全,桥梁的安全性以及车辆的舒适性能至关重要。列车通过桥梁时将引起桥梁结构振动,而这种振动会反作用于车辆的振动,这种相互作用与影响称之为车-桥耦合振动[1]。这种相互作用,不仅与桥梁自身特性有关,而且还取决于车辆行驶速度、类型、编组情况、轮轨接触以及线路状况[3]。
车-桥耦合系统包括桥梁子系统和车辆子系统,用轮轨相互作用进行连接。车辆过桥时将产生振动,若这种振动超过一定的允许范围,则会影响列车的运行安全性和稳定性。如果正常的轮轨关系被破坏,将造成脱轨甚至车辆倾覆。对于桥梁结构,如果车辆过桥时发生共振,将会导致桥梁垮塌,造成严重的危害。现在各个国家对于车-桥耦合系统的评价执行各自的标准,本文旨在对各个标准进行比较,从而能够针对某一座桥梁的车-桥耦合系统进行分析时提供评判标准,不仅保证了桥梁的安全和稳定也对车辆安全和行车舒适提供了依据[2]。
1 车-桥耦合评价系统分类
整个耦合系统可以分为桥梁振动评价指标和车辆运行评价指标,其中桥梁振动评价指标又包括桥梁动力响应评价和桥梁自振特性评价,车辆运行评价指标包括车辆安全性与平稳性评价。
2 桥梁动力性能评定及标准
桥梁作为车辆通行的重要工具,其安全性直接影响到车辆的通行安全,不同国家都颁布了相关规范、准则对车辆通过桥梁时的动力性能进行评价,如欧洲铁路联盟(UIC)的“EUROCODE”规范,日本的《铁路结构设计标准》、《铁道构造物设计标准》(铁道综合技术研究所),德国的铁路设计规范,我国的《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)、《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-99)、《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621-2009)等规范都提出了相应的规定和限值。
2.1 桥梁自振频率
日本研究所[3]规定货车或客车范围内,桥梁横向自振频率在110/L与120/L之间。日本标准[4]规定对于高速铁路桥梁的竖向自振频率(单位为Hz)应大于等于55L-0.8。前苏联采用自振周期衡量桥梁横向刚度为:跨径小于150m时,T小于等于0.012L;跨径大于150m时,T小于等于1.8。我国规范[5]规定低合金钢桁梁桥横向自振频率为大于等于90/L。我国其他规范[6]给出桥梁自振频率限值为:
以上规范均表示跨度,单位m。
2.2 桥梁振幅和加速度
(1)桥梁横向振幅。日本国铁研究所[3]给出的限值为:货车速度时桥梁最大振幅在,客车速度时桥梁最大振幅在。我国规范[5]对低合金钢桁梁桥横向水平幅值限定为小于等于L/2.2B,表示跨度,单位m;为钢桁梁桥主梁中心距,单位m。
(2) 桥梁振动加速度.我国规范[7]对桥梁跨中竖向振动加速度规定为小于等于0.35g。我国规范[5]对桥梁结构横向振动加速度限值规定为小于等于0.14g。
2.3 桥梁变位标准
我国规范[8]规定车辆的新建、改建标准轨距的铁路桥梁,简支桁梁桥竖向挠度容许值限定为小于等于L/900。日本标准[4]规定时速为的电车及内燃动车荷载作用于的单跨桥梁时为小于等于L/900。
3 车辆振动性能评定及标准
车-桥耦合振动研究中对于车辆子系统的振动性能评定主要包括车辆运行安全性评定和车辆运行平稳性评定。车辆运行安全性主要根据脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等指标评定;车辆运行平稳性主要根据车体振动加速度(垂向、横向振动加速度)和平稳性指标评定。
3.1 车辆运行安全性标准
(1)脱轨系数。脱轨系数是作用在单侧车轮上的横向力和垂向力的比值,主要作用时防止轮对脱轨[9],Nadal公式为:
式中,为车轮的轮缘角;为轮轨接触点处滑动摩擦系数;为单侧轮对的横向力;为单侧轮对的垂向力[9]。我国规范[10]对机车的脱轨系数规定: 小于等于0.6为优良。各国对脱轨系数的控制限值规定如下,欧洲铁路联盟小于等于1.2;德国高速试验小于等于0.8;日本提速试验小于等于0.8;北美铁路小于等于1.0。
(2)轮重减载率.轮重减载率为轮对横向力时,因一侧车轮严重减载导致脱轨的安全性指标。其值为减载侧轮对的轮重减载量与轮对的平均静轮重之比,记为。我国规范[11]对车辆的轮重减载率规定,小于等于0.65为危险标准,小于等于0.6为允许标准。我国其他规范[12]-[14]规定则为小于等于0.6。
(3)轮轨横向力。我国规范[11]对轮轨横向力Q的u价标准为:
式中,为同一个轮对上左右两个车轮横向力之和,单位为kN。欧美铁路根据试验,一般取0.4倍轴重作为横向力的允许限度,即要求[14]小于等于0.4Pw,为静轴重(kN)。我国其他暂行规定[14]限值为小于等于0.8kN。
(4)轮轨垂向力。德国规范规定轮轨垂向力小于等于170kN。我国规范[85]采用的设计动轮载为300 kN。
3.2 车辆运行平稳性标准
(1)车体振动加速度。我国规范[11]对车辆振动加速度指标规定:车辆的竖向加速度(m/s?)对于货车要小于等于0.70g,客车要小于等于0.20g;车辆的竖向加速度(m/s?)对于货车要小于等于0.50g,客车要小于等于0.15g。我国行业标准[10]对机车车体振动加速度指标的规定:机车车体竖向加速度(m/s?)小于2.45为优良,机车车体横向加速度(m/s?)小于1.47为优良。欧洲规范规定车体垂向振动加速度的评定标准:车体垂向振动加速度(cm/s?)小于100为优秀,小于130为良好,小于200为合格。
(2)舒适度指标。有ISO2627法、等舒适度评定法及平稳性评定法,其中,平稳性评定法即所谓的Sperling指标是应用最广泛的评定方法。
我国规范[11]给出了车辆的Sperling计算公式:
4 结论
(1)根据车-桥耦合系统振动的特点,对车-桥动力相互作用性能评价指标体系进行简要阐述;(2)结合欧洲规范、日本规范、我国规范以及试验研究成果给出了车-桥耦合振动研究的评价标准;(3)对桥梁动力性能各指标(自振频率,竖、横向振幅、竖、横向振动加速度等)提出相应的限值,形成统一的评价体系;(4)对车辆振动性能各项指标(安全性指标:脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力;稳定性指标:车体振动加速度(竖、横向)、Sperling指标)提出相应的限值,形成统一的评价体系。
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中图分类号:G718 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2013)08-0025-02
高职院校在社会服务方面的主要资源是人才、知识和技术,社会服务的主要手段和形式都依托人才、知识和技术,高等职业院校需要根据行业特点、所处区域社会经济特点,认准社会需求,结合学校已有资源,在实践中探索具有特色的服务模式。
实施“校企一体化”订单培养模式
高职院校在确定人才培养目标时应以企业需要为主体,构建课程体系时应以实践能力为主体,职业岗位的能力、标准及其岗位数量的确定应取决于企业的需求,因此,企业在人才培养过程中与学校同样起着主体作用。
南京铁道职业技术学院长期与南京地铁合作,每年接收大批培养订单,具备构建校企办学共同体的良好条件,可更好地发挥南京地铁在人才培养中的主体作用,实现校企一体化办学。
(一)理事会领导下的院长负责制
南京地铁公司与南京铁道职业技术学院联合成立办学共同体“地铁学院”,实行理事会领导下的院长负责制,理事长由地铁公司总经理担任,副理事长由南京铁道职业技术学院院长担任。理事由7名成员组成,其中地铁公司的领导和专家有4人,凸显办学共同体中企业的主体地位,从运行体制机制上解决了长期以来主体关系不明、企业积极性不高、合作比较松散、难以为继的“瓶颈”问题。同时,通过制定理事会合作章程,明确各方在校企合作机构中的权利与义务,以及相应的考核、奖惩等一系列管理制度。随着长三角地区城市轨道交通的快速发展,地铁学院将吸纳其他城市地铁企业加盟,为更多的城市地铁提供人才培养培训服务,逐步形成“1(南京铁道职业技术学院)+1(南京地铁公司)+N(若干城市地铁公司)”的理事会结构。
理事会负责地铁学院的管理制度制定、目标定位、发展规划、人事安排、人才培养等重大事项决策。地铁学院主要负责统筹人才培养方案制定、师资聘用、教学管理等方面的工作。在地铁学院的指导与统一安排下,由南京铁道职业技术学院相关二级院系和地铁公司相关部门联合开展教学实施工作。
(二)校企一体化运行机制
在办学过程中,地铁学院积极探索校企四个“一体化”运行机制,即管理一体化、育人一体化、资源一体化、文化一体化,形成校企一体,合作办学、合作育人、合作育人、合作就业的长效机制。
管理一体化 以理事会形式实现校企双方对地铁学院的共同管理。由地铁公司人力资源、培训、生产组织等部门负责人和南京铁道职业技术学院相关职能部门、教学单位负责人组成一体化的管理团队。在团队合作中取长补短,提高了专业教师的实践操作技能和对生产实践、企业文化的理解,同时也提高了企业技术人员的理论素养和研究水平。团队共同制定专业标准、课程标准,共同编写工学结合教材,建立双方员工相互任职的长效机制,在校企深度合作的过程中,实现互相支撑、共同发展的校企合作新局面。
育人一体化 严格贯彻“以职业能力为标准、工学交替为手段、企业参与为主导”的指导思想。校企双方按照职业岗位需求制定人才培养方案,将企业的生产经营活动与教学改革相互结合,在教学中不断融入新理念、新知识、新技术和新工艺。校企共同实施教学,引入企业评价模式,建立由学习过程评价、传统考试、职业技能鉴定、职业技能大赛等构成的人才培养质量综合评价体系,共同评价人才培养质量。近年来,订单班的毕业设计(论文)在企业完成,企业的技改项目和攻关难题成为学生实践技能训练和毕业设计(论文)选题的首要来源。学生在学校和企业两个场所交替学习,校企共同担负订单人才培养任务。
资源一体化 地铁学院教学团队由南京铁道职业技术学院教师和地铁公司专业技术人员组成。校企人员相互兼职、岗位互换;加强企业技术人员教学能力培训,提高教学水平;派教师下企业,提高专业教师的“双师”素质。校企双方可用于教学的资源向“地铁学院”全面开放,满足地铁专业学生实习实训的需要。在地铁公司建立具有校企深度融合特色、以职业能力培养为核心的稳定的校外实习基地,通过合作共管、共同建设、强化管理,不断提高校外实习实训基地建设质量,逐步实施校外实习基地的多功能开发,着重开发教学车间或教学工作室,建设了生产实景同步视频传输系统,初步实现了车间与课堂整合、学生与员工一体。
文化一体化 将地铁企业愿景、价值观念、经营理念、员工行为规范、企业精神等地铁企业文化融入课程,融入教学全过程,培养学生的职业素养和精神品格。校企共同编写了《地铁运营职业化员工读本》,通过开展“迈向南京地铁”系列活动、地铁志愿服务活动、地铁工程技术人员走进校园开设讲座等活动,将地铁企业理念和企业文化元素融入校园文化建设之中,为学生创造富有地铁文化特色的学习环境。
“校企一体化”订单培养模式将学院的人才培养、科学研究、社会服务三大职能有机地结合起来,不断碰撞出新的发展思路。
(三)校企共同构建科研平台
通过建设科研创新团队,集中学院内有限的人力、物力和财力,加强各专业之间的交叉综合,能够有效地提高学院的科研水平和科研成果的质量,提升科技服务能力。通过科研创新团队的组建,既培养了专业带头人,锻炼了科研队伍,促进了教师科研水平和教学水平的提高,又提高了学校的社会服务能力。
根据全国轨道交通的发展需求,南京铁道职业技术学院与南京浦镇车辆有限公司共建了江苏省轨道交通控制工程技术研究开发中心,开展了轨道交通控制工程技术领域的技术研究、产品开发和成果转化,针对轨道交通控制工程技术水平以及关键设备与应用技术,培养技术开发人才,开展轨道交通通信信号、机车车辆、铁道工程、供电、电气自动化、信息技术等职业岗位的技术技能培训。
南京铁道职业技术学院二级院系依托专业成立了轨道交通信号研究中心等机构,与企业共同开展课题研究,共同研发项目,同时也能够在资金、设备和技术等方面获得企业的支持。近年来,学院承接了南京地铁公司的《南京地铁远程诊断系统》、上海铁路局的《基于2006版微机监测信息分析应用的研究》等科研项目。
为保障学校科研创新团队功能的实现,学校在提供稳定充足的经费、办公实验场所、器材设施、充裕的时间等方面,给予可靠的保障,营造出宽松和谐的工作环境。同时,建立和完善科研和技术服务工作激励机制,充分运用科研和技术服务工作的政策导向作用来激励科技人员,创设良好的科技工作氛围,调动教师参与科研和技术服务工作的积极性、主动性和创造性。
“政企校”合作共建实训基地和轨道交通培训学院
校企合作是高等职业教育改革发展的动力。高职院校要坚持开放办学、互利双赢的校企合作方式,不断创新办学思路,充分利用行业办学的优势,挖掘行业资源,大力推动与行业企业的联动互动。高职院校要结合自身的办学特点,从地方经济社会发展出发,从培养职业人才的需要出发,尤其应重视研究依托行业产业求发展问题,加强学校资源配置,使有限的资源发挥出倍增、放大的作用。同时,高职院校应积极主动地开发自身的吸引力,使企业增强对校企合作“互利互赢”的信心。与企业开展多方面广泛的合作,积极帮助企业解决发展中遇到的问题,形成密切互动的关系,从而形成稳定的校企合作的关系。
南京铁道职业技术学院与铁道部安监司、上海铁路局、南京地铁公司等相关轨道交通企业充分发挥各自的优势,建立了政、企、校多方合作建设投入机制。实训基地包括高速铁路、地铁设备,高速铁路设备采用具有国际领先水平的CTCS-2级列车运行控制系统等新设备,并预留升级为CTCS-3级列车运行控制系统接口。地铁设备采用基于无线通信的列车控制系统(CBTC)及行车指挥系统(ATS)。
在实训基地建设过程中,校企加强合作,逐步完善基地的教学、科研、培训、职业技能鉴定、示范展示推广“五位一体”功能。一是教学功能,职业教育中的实习或实训,通常是在真实的职业环境中进行的。实训基地可以为铁道运输、信号、通信、机车车辆、供电等专业进行理论实践一体化教学,为多项技能实训提供真实的实验、实训环境。二是科研功能,为轨道交通的科研单位及合作院校、企业在高速铁路领域的科研开发提供试验平台和基础条件,为工程实验提供技术平台。三是培训功能,双方共同建立轨道交通培训学院,将轨道交通培训学院建成企校双方共同培训、共担就业、共铸文化、共谋发展的办学共同体,实行“融合管理、共享使用”的合作管理机制,填补国内高铁培训基地的空白,提升企业员工培训质量和后备人才培养质量,满足各路局技术培训、高速铁路新技术新设备技术培训、上海铁路局每年的技师培训、铁道部技师培训以及未来海外客户的培训项目。四是职业鉴定功能,用作铁路特有工种职业技能鉴定训练和考试的基地。五是示范展示推广功能,建成高速铁路工程施工的示范线,成为轨道交通新产品新技术、新工艺、新设备、新材料的对外展示的平台及推广应用基地。
社会服务是高等教育教学和科研职能的延伸,学校的社会服务能力建设任重而道远。高职院校要充分挖掘科研项目和社会服务项目中的育人功能,正确处理教学、科研与社会服务的关系,在学校的社会服务能力建设中,要根据各自学校的特点,加强科研、教学与社会服务之间的有机联系,发挥自身优势,服务注重实效,服务的内容和形式可以丰富多样。在社会服务过程中求得生存、发展,增强学校总体实力。建立长期合作、互惠互利有效的校企合作关系,努力开创高职教育的新局面,为培养高质量的高端技能型人才,更好地服务行业、区域经济发展做出应有的贡献。
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【关键词】高速铁路;综合;视频监控
【Keywords】high-speed railway; integrated; video surveillance
【中图分类号】TP277 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)03-0116-02
1 引言
最近几年,我国大面积的开展高速铁路建设,以上海铁路局为例,就已经有京沪、合宁、宁杭等高速铁路客运专线建成,并且已经投入使用。在高速铁路建设过程中,综合视频监控系统作为一项重要的监控手段投入使用,为高速铁路运营安全提供了良好的监控条件。综合视频监控系统是建立在先进的视频数字压缩技术、高清技术以及IP传输方式上,是一种已经网络化的视频监控手段,具备数字化的特点,能够为用户提供实时监控视频信息。系统中的视频信息能够实现管理与分发/转发功能,极大地满足了铁路相关部门对视频信息的需求。目前综合视频监控系统已经成为高速铁路工程建设中必不可少的因素,并且它的作用还将越来越重要。
2 高速铁路综合视频监控系统的业务需求
①有效对高速铁路行车安全开展视频监控,对机车整个线路行驶过程中进行全程监控,防止入侵、塌方及意外事故发生。从而实现突发事故提前预警并迅速采取措施,极大地保证了行车安全,为旅客出行提供安全保障。
②有效对弱电专业房屋开展视频监控。高速铁路系统中,弱电专业房屋主要包括通信基站直放站、信号中继站等,区间弱电房屋基本都是无人值守区域,因此需要借助综合视频监控系统全面进行视频监控。
③有效对强电专业房屋进行视频监控。与弱电专业房屋一样,高速铁路系统中包括牵引变电所、开闭所、分区所、电力配电所等涉及的区域也都属于无人值守区域,需要对其进行室内与室外全面进行视频监控。
④有效对高速铁路客运服务区域开展视频监控。为了对客运服务区域进行监控,并且满足用户随时可能产生调用查看相关监控视频的需求,尽可能避免客站事故发生,需要对高速铁路车站中存在客运服务的区域设置视频监控点,开展视频监控,以满足客站全覆盖实时监控。
⑤有效开展灾害安全防护监控。高速铁路属于重点灾害监控对象,其中又存在很多容易出现灾害的区域,需要全面布局规划,对容易产生灾害的区域进行重点视频监控。
⑥有效进行系统间对接,能够进行不同数据的交换。借助程序编码的方式,将在高速铁路运行过程中出现的各种开关信息、具体设备的报警消息、不同区域中存在的门禁与安全防护警报等进行位置预设,自动进行关注点的对焦,把监控的视频画面自动的在终端监视器上进行视频呈现,同时对视频信息进行存储。同时在整个网络中通过网管对接,将监控系统与高速铁路上的电力系统、环境检测系统等进行对接,有效开展系统互动操作。
3 高速铁路综合视频监控系统组成及网络结构
3.1 视频核心节点
核心节点主要是对收集到的视频信息进行调度并与其他系统完成互动,但是无法对前端设备进行操作的权限,其主要包括认证授权单元、管理单元、数据分发及转发单元、信令控制单元、接入网关单元、目录服务单元、告警单元、地理信息服务单元、存储单元和视频分析单元等构成。
3.2 视频区域节点
视频区域节点是整个高速铁路综合视频监控系统的中枢,对系统进行统一调度管理,单元构成与视频核心节点板块相似。
3.3 视频接入节点
视频接入节点可以细分为I类和II类,在具体的设备以及实现的功能上都有很大区别。I类视频接入节点能够完成对视频的接入、分发与转发功能,在视频对接的基础上进行智能分析,并完成视频信息存储,还能够实现对前端采集点的云台控制,主要由目服务单元、认证授权单元、告警单元、信令控制单元、管理单元、接入网关单元、存储单元、数据分发及转发单元、视频分析单元等设备构成。II类视频接入节点实现将分散的视频采集点的视频信息的接入与分发、储存,能够完成视频内容分析,并进行分析单元的设置,主要包括视频分析单元、存储单元、数据分发及转发单元等。
3.4 视频汇集点
视频汇集点是将所有的视频通过编码后完成汇集接入的板块,是高速铁路综合视频监控系统能否与其他系统对接的前提,主要包含VPU和VCA设备。
3.5 视频采集点
视频采集点的布局是视频信息收集的关键,在进行采集点位置的设置时要坚持以满足高速铁路各部门实际业务需求为基本原则,以实现对高速铁路行车安全、客运服务、安防等进行监控的目的。一般来说,视频采集点板块需要配备好摄像机与护罩、拾音器、视频辅助光源、防雷器等设备。
3.6 视频用户终端
视频用户终端板块涉及管理终端、监视终端以及显示设备。其中的管理终端又分为针对用户以及收集到的视频资源的业务管理终端以及对设施网络进行维护的设备管理终端。监视终端则是为用户提供对收集到的视频资料进行分析查看及完成后续处理板块,还能够在获得一定的权限后开展针对摄像机的云台控制。显示设备主要包括监视器、投影器、显示器等设备,主要是对收集到的视频资料进行显示。
3.7 承载网络
高速铁路综合视频监控系统中的承载网络是建立在基础网络、视频的收集网络以及视频用户的接入网络等网络服务基础上,实现视频信息的发出以及具体指令信息传输等服务。
随着我国在铁路相关领域的技术投入越来越大,作为铁路技术的重要组成部分,综合视频监控系统在我国高速铁路运营中发挥的作用越来越大。不仅能够有效配合行车调度工作,同时在高铁运行安全、治安管理等层面的作用也不断扩大。总之,先进的技术都是需要做好前期的设计,配合以后期的运行维护工作,才能够发挥其最大化作用。
【参考文献】
1国内外铁路客车及其空调系统的发展
中国铁路拥有十分辉煌的过去。然而,随着中国航空业的重组和大量高速公路的修建,航空运输和长途公路运输开始兴起,到1996年,中国的公路客运量甚至超过了铁路客运量。从1997年开始,中国铁路开始进行全国性的铁路提速。此后中国铁路经过了几次提速,到2003年客车最高运行时速已经达到了200公里以上。[1]
在国外,高速铁路客车发展非常迅猛。例如,法国的高速铁路技术是一种比较成熟的技术,高速铁路(TGV)(TrainaGrandeVitesse法文超高速列车之意)已达到每小时513公里的实验速度。而日本也正在开发"21世纪之星"高速列车,这种列车除时速达350公里的超高速外,在性能上较以往有大幅度的提高,还具有乘坐舒适和车内安静的特点[2]。德国将磁悬浮列车作为未来的新型交通工具,几年内这种列车最高时速将达到400公里。
国内外高速铁路客车的发展告诉我们,铁路即将进入一个高速时代。为适应铁路高速化的要求,必须对现有的空调系统进行改进或提出新的空调理念。
2铁路高速化对客车空调装置提出的挑战
与普通空调客车相比,高速空调客车无论是速度还是设计结构都有较大区别,因此只有针对高速客车的实际情况设计研制适宜的空气调节系统,才能保证客车内达到所要求的空气参数和空气品质,为旅客提供舒适的旅行环境。
针对高速客车的运行特点对其空调系统提出了如下要求:
1)空调设备的安装位置要求降低
高速客车由于其速度快(一般都在200km/h以上),为了保证行车的安全并且为了提高运行的平稳性,其辅助设备(包括空调系统)及车体重心位置必须降低,以利于整车重心的降低。
2)空调系统的运转部件要求少
高速客车由于其停站间隔长,同时维护正常运营的人员少,因此必须保证其空气调节系统具有较高的稳定性和可靠性,这就要求高速客车空气调节系统的运转部件尽可能减少,以降低事故率,易于维护管理。
3)空调装置的安装空间要求小
高速客车由于其独特的设计结构(车体一般采用流线型优化设计),给其空气调节系统设备预留的安装空间较小,因此,只有针对其预留空间的结构特点设计研制合适的空气调节系统,才能满足车内的空气参数设计要求。
4)空调系统的运行品质要求高
高速客车由于其速度快,车厢的气密性高,车内人员较密集,同时客车运行时间比较长,因此对车内的空气品质要求高,否则旅客极易产生疲劳、恶心、乏力等不适症状。
5)空调系统的调节性能要求好
高速客车中一般都将整个车厢分割为若干个小包间,要求每个包间内都能够方便的单独调节每个包间内的空气参数,而且由于客车经过的地域室外参数差别较大,这就要求其空气调节系统的调节性能好,以利于适应不同的工况要求。
6)空调系统的工作条件差
高速客车空调系统的空气处理装置置于野外高速行驶的运动载体上,经常处于不稳定的环境条件下工作,列车本身的振动和与车轨的撞击会给其空调系统的运行带来很大的负面影响。
综合以上条件可以看出,高速客车对空调系统有较高的要求,因此,必须针对高速客车实际的运行工作条件研制设计相应的空气调节系统。针对高速铁路客车对空调系统的新的、更高的要求,本文提出了诱导空调系统在高速客车上应用。
3全空气诱导空调系统在高速客车上的应用分析
按照诱导器内是否设置盘管,诱导空调系统可以分为两种类别:“空气-水”诱导器系统和全空气诱导器系统。“空气-水”诱导器系统的一部分夏季室内冷负荷由空气负担,另一部分由水(通过二次盘管加热或冷却二次风)负担。但是由于此种系统内部结构较复杂,一旦损坏维修量大,且占用空间大,同时需要一套单独的水系统,所以不适于高速客车的要求。在高速客车上采用的是另一种诱导空调系统——全空气诱导空调系统。
采用全空气诱导空调系统时,车内所需的冷负荷全部由空气(一次风)负担。这种诱导器不带二次冷却盘管,实际是一个特殊的送风装置,能够诱导一定数量的室内空气,达到增加送风量和减少送风温差的作用,有时也可以在诱导器内部装置电加热器以适应室内负荷变动的需要。
全空气诱导空调系统在客车上工作过程是:一次风(车外空气经过处理由风机送入车内)进入到诱导器的静压箱,经喷嘴高速喷出。由于高速喷射气流的引射作用使得车内的空气(二次风)被诱导到诱导器中,在混合箱中与一次风充分混合,然后经出风口送入到车内[3]。
全空气诱导空调系统特别适用于高速客车,与高速客车对空调系统的特殊要求相对照可以看出,全空气诱导空调系统具有以下优点:
节省车厢内的空间
高速客车由于其独特的设计结构,对于空间要求极为严格,空调占用的车厢空间应尽可能的小。由于诱导器系统空气处理设备的送风量仅为一次风量,因而风量小,使得系统处理设备及风道截面也较小,与以往的集中式空调系统相比,较好的解决了风道安装空间狭小的矛盾。且诱导器在车内布置灵活,能适应各种车型的需要。
2)提高车厢内的空气品质及人体的舒适性
由于高速客车密闭性高,运行时间长,所以对车厢内的舒适性及空气品质要求较高。而全空气诱导空调系统送风温差较小,送风量大,新风量充足,人体的舒适感和室内的空气品质较高。另外,在软硬座客车中,常用的顶送风空调系统气流直接吹向旅客头部,这样,在冬季会使旅客感觉头晕、不适,而夏季冷风先吹头部也容易使人感冒。而诱导器通常安装在客车车窗下部,不会对人体直吹,而且从送风口出来的气流沿车窗贴附流动到车顶部,在横断面方向形成环流,使旅客居留区处于空气的回流区内,大大提高了舒适度;并且由于新风量大,人体的舒适感也会明显提高。而对于软硬卧客车来讲,由于一般是两层或三层卧铺,车内空间有限,如采用大风道通风系统,冷风会直接从顶部吹到上铺旅客身上,人体的舒适感较差;而采用全空气诱导空调系统,风道布置于车厢下部,而诱导器布置于车窗下部,不会造成直吹,这样会大大提高车厢内人体的舒适度。
系统的稳定性与可靠性高
高速客车由于停站间隔较长,且由于列车高速行驶,工作条件恶劣,要求空调的稳定性与可靠性较高。诱导器空调系统的运转部件远远少于其他空调系统,这对于稳定性与可靠性都要求很高的高速列车来讲无疑是一个很大的优势;而且由于系统需要处理的风量变少了,这样,空气处理设备的使用寿命会大大提高,同时也就降低了空气处理设备的损坏率,为高速列车在恶劣工作环境下正常运行提供了保证。
4)设备安装位置低
高速客车由于速度快,为了保证车身平稳及运行安全,要求车体的重心尽可能低。相比于顶置式空调系统来说,全空气诱导空调系统采用下部送风,空调机组可以安装在车下,且诱导器安装于车厢下部,从而降低了车体重心。
5)系统适用范围大,并可以单独调节
铁路客车由于经过的区域范围大,外部环境差别非常明显,因此要求空调系统能根据情况,及时调整。诱导空调系统可以在诱导器内装置电加热器以适应车内负荷变化的需要。当车内负荷变化时,可以通过开启电加热装置进行适应调整,使得系统的工况调节范围变大,更好的保证车内空气参数。同时,在每个诱导器入口处可以设置锥形调节阀,以实现包间内系统的单独调节[4]。
6)诱导器通常安装于车窗下部,这样,冬季由于热风首先接触玻璃窗,可以解决窗口由于温度低而产生凝结水和结霜问题。
综上所述可以看出,诱导空调系统是一种非常适用于高速铁路客车的空调形式,但是,其也存在着一些缺点需要进行改进。
4高速铁路客车诱导空调系统的改进
4.1诱导空调系统存在的缺点
虽然全空气诱导空调系统非常适合于高速铁路客车的要求,但是它还存在着以下缺点需要加以改进:
新风比大,风机压头高,致使系统的能量消耗大。
系统的噪声较大,会造成噪声污染,影响车内的舒适度。
春秋过渡季节无法充分利用室外新风,系统冷量消耗大。
4.2诱导空调系统的改进措施
针对以上存在的缺点,可以采用以下措施加以克服:
集中排风,设置能量回收装置
根据文献[5],可以设置集中排风装置,并在排风与新风管道系统设置全热交换器,以利于回收排风冷量,降低系统能量消耗。
采取消声措施,降低系统噪声
为了降低系统噪声,在风机的出口管路设置消声静压箱,以降低风机噪声;在诱导器内部的静压箱内壁以及混合箱内壁贴高频吸声材料,以消除喷射噪声。由于诱导器噪声主要是由于喷嘴气流速度太大而引起噪声,因此可以通过增加喷嘴数量,增大喷嘴面积,降低喷嘴的气流速度来降低喷嘴喷射噪声。
设置旁通风道,充分利用自然冷量
为了在春秋季节充分利用室外新风,可以在空调包间的送风支管上设置旁通风道,使过渡季节的室外新风不经过静压箱和喷嘴而直接进入室内,这样,既节约了冷量,又提高了空气品质。
5结语
本文对诱导器的基本原理及特点进行了简单介绍,针对高速铁路客车进行了全空气诱导空调系统的适用性分析,并对其某些缺点采取了改进措施。诱导空调系统在高速列车上的应用目前在国内尚无研究,而在国外已经进行了多项研究并部分投入使用。随着我国高速铁路客车的发展,诱导空调系统由于其对高速客车的良好适用性定将渐受重视。
参考文献:
1俞展猷.国外高速列车发展简述与我国提速列车试验的回顾,铁道机车车辆,1999,(3):1~6
2郭荣生.国外高速旅客列车发展概况,国外铁道车辆,1991,(1):7~11
1 国内外铁路客车及其空调系统的发展
中国铁路拥有十分辉煌的过去。然而,随着中国航空业的重组和大量高速公路的修建,航空运输和长途公路运输开始兴起,到1996年,中国的公路客运量甚至超过了铁路客运量。从1997年开始,中国铁路开始进行全国性的铁路提速。此后中国铁路经过了几次提速,到2003年客车最高运行时速已经达到了200公里以上。[1]
在国外,高速铁路客车发展非常迅猛。例如,法国的高速铁路技术是一种比较成熟的技术,高速铁路(TGV)(Train a Grande Vitesse 法文超高速列车之意)已达到每小时513公里的实验速度。而日本也正在开发"21世纪之星"高速列车,这种列车除时速达350公里的超高速外,在性能上较以往有大幅度的提高,还具有乘坐舒适和车内安静的特点[2]。德国将磁悬浮列车作为未来的新型交通工具,几年内这种列车最高时速将达到400公里。
国内外高速铁路客车的发展告诉我们,铁路即将进入一个高速时代。为适应铁路高速化的要求,必须对现有的空调系统进行改进或提出新的空调理念。
2 铁路高速化对客车空调装置提出的挑战
与普通空调客车相比,高速空调客车无论是速度还是设计结构都有较大区别,因此只有针对高速客车的实际情况设计研制适宜的空气调节系统,才能保证客车内达到所要求的空气参数和空气品质,为旅客提供舒适的旅行环境。
针对高速客车的运行特点对其空调系统提出了如下要求:
1)空调设备的安装位置要求降低
高速客车由于其速度快(一般都在200km/h以上),为了保证行车的安全并且为了提高运行的平稳性,其辅助设备(包括空调系统)及车体重心位置必须降低,以利于整车重心的降低。
2)空调系统的运转部件要求少
高速客车由于其停站间隔长,同时维护正常运营的人员少,因此必须保证其空气调节系统具有较高的稳定性和可靠性,这就要求高速客车空气调节系统的运转部件尽可能减少,以降低事故率,易于维护管理。
3)空调装置的安装空间要求小
高速客车由于其独特的设计结构(车体一般采用流线型优化设计),给其空气调节系统设备预留的安装空间较小,因此,只有针对其预留空间的结构特点设计研制合适的空气调节系统,才能满足车内的空气参数设计要求。
4)空调系统的运行品质要求高
高速客车由于其速度快,车厢的气密性高,车内人员较密集,同时客车运行时间比较长,因此对车内的空气品质要求高,否则旅客极易产生疲劳、恶心、乏力等不适症状。
5)空调系统的调节性能要求好
高速客车中一般都将整个车厢分割为若干个小包间,要求每个包间内都能够方便的单独调节每个包间内的空气参数,而且由于客车经过的地域室外参数差别较大,这就要求其空气调节系统的调节性能好,以利于适应不同的工况要求。
6)空调系统的工作条件差
高速客车空调系统的空气处理装置置于野外高速行驶的运动载体上,经常处于不稳定的环境条件下工作,列车本身的振动和与车轨的撞击会给其空调系统的运行带来很大的负面影响。
综合以上条件可以看出,高速客车对空调系统有较高的要求,因此,必须针对高速客车实际的运行工作条件研制设计相应的空气调节系统。针对高速铁路客车对空调系统的新的、更高的要求,本文提出了诱导空调系统在高速客车上应用。
3 全空气诱导空调系统在高速客车上的应用分析
按照诱导器内是否设置盘管,诱导空调系统可以分为两种类别:“空气-水”诱导器系统和全空气诱导器系统。“空气-水”诱导器系统的一部分夏季室内冷负荷由空气负担,另一部分由水(通过二次盘管加热或冷却二次风)负担。但是由于此种系统内部结构较复杂,一旦损坏维修量大,且占用空间大,同时需要一套单独的水系统,所以不适于高速客车的要求。在高速客车上采用的是另一种诱导空调系统——全空气诱导空调系统。
采用全空气诱导空调系统时,车内所需的冷负荷全部由空气(一次风)负担。这种诱导器不带二次冷却盘管,实际是一个特殊的送风装置,能够诱导一定数量的室内空气,达到增加送风量和减少送风温差的作用,有时也可以在诱导器内部装置电加热器以适应室内负荷变动的需要。
全空气诱导空调系统在客车上工作过程是:一次风(车外空气经过处理由风机送入车内)进入到诱导器的静压箱,经喷嘴高速喷出。由于高速喷射气流的引射作用使得车内的空气(二次风)被诱导到诱导器中,在混合箱中与一次风充分混合,然后经出风口送入到车内[3]。
全空气诱导空调系统特别适用于高速客车,与高速客车对空调系统的特殊要求相对照可以看出,全空气诱导空调系统具有以下优点:
节省车厢内的空间 高速客车由于其独特的设计结构,对于空间要求极为严格,空调占用的车厢空间应尽可能的小。由于诱导器系统空气处理设备的送风量仅为一次风量,因而风量小,使得系统处理设备及风道截面也较小,与以往的集中式空调系统相比,较好的解决了风道安装空间狭小的矛盾。且诱导器在车内布置灵活,能适应各种车型的需要。
2)提高车厢内的空气品质及人体的舒适性
由于高速客车密闭性高,运行时间长,所以对车厢内的舒适性及空气品质要求较高。而全空气诱导空调系统送风温差较小,送风量大,新风量充足,人体的舒适感和室内的空气品质较高。另外,在软硬座客车中,常用的顶送风空调系统气流直接吹向旅客头部,这样,在冬季会使旅客感觉头晕、不适,而夏季冷风先吹头部也容易使人感冒。而诱导器通常安装在客车车窗下部,不会对人体直吹,而且从送风口出来的气流沿车窗贴附流动到车顶部,在横断面方向形成环流,使旅客居留区处于空气的回流区内,大大提高了舒适度;并且由于新风量大,人体的舒适感也会明显提高。而对于软硬卧客车来讲,由于一般是两层或三层卧铺,车内空间有限,如采用大风道通风系统,冷风会直接从顶部吹到上铺旅客身上,人体的舒适感较差;而采用全空气诱导空调系统,风道布置于车厢下部,而诱导器布置于车窗下部,不会造成直吹,这样会大大提高车厢内人体的舒适度。
系统的稳定性与可靠性高 高速客车由于停站间隔较长,且由于列车高速行驶,工作条件恶劣,要求空调的稳定性与可靠性较高。诱导器空调系统的运转部件远远少于其他空调系统,这对于稳定性与可靠性都要求很高的高速列车来讲无疑是一个很大的优势;而且由于系统需要处理的风量变少了,这样,空气处理设备的使用寿命会大大提高,同时也就降低了空气处理设备的损坏率,为高速列车在恶劣工作环境下正常运行提供了保证。
转贴于 4)设备安装位置低
高速客车由于速度快,为了保证车身平稳及运行安全,要求车体的重心尽可能低。相比于顶置式空调系统来说,全空气诱导空调系统采用下部送风,空调机组可以安装在车下,且诱导器安装于车厢下部,从而降低了车体重心。
5)系统适用范围大,并可以单独调节
铁路客车由于经过的区域范围大,外部环境差别非常明显,因此要求空调系统能根据情况,及时调整。诱导空调系统可以在诱导器内装置电加热器以适应车内负荷变化的需要。当车内负荷变化时,可以通过开启电加热装置进行适应调整,使得系统的工况调节范围变大,更好的保证车内空气参数。同时,在每个诱导器入口处可以设置锥形调节阀,以实现包间内系统的单独调节[4]。
6)诱导器通常安装于车窗下部,这样,冬季由于热风首先接触玻璃窗,可以解决窗口由于温度低而产生凝结水和结霜问题。
综上所述可以看出,诱导空调系统是一种非常适用于高速铁路客车的空调形式,但是,其也存在着一些缺点需要进行改进。
4 高速铁路客车诱导空调系统的改进
4.1诱导空调系统存在的缺点
虽然全空气诱导空调系统非常适合于高速铁路客车的要求,但是它还存在着以下缺点需要加以改进:
新风比大,风机压头高,致使系统的能量消耗大。 系统的噪声较大,会造成噪声污染,影响车内的舒适度。 春秋过渡季节无法充分利用室外新风,系统冷量消耗大。 4.2诱导空调系统的改进措施
针对以上存在的缺点,可以采用以下措施加以克服:
集中排风,设置能量回收装置 根据文献[5],可以设置集中排风装置,并在排风与新风管道系统设置全热交换器,以利于回收排风冷量,降低系统能量消耗。
采取消声措施,降低系统噪声 为了降低系统噪声,在风机的出口管路设置消声静压箱,以降低风机噪声;在诱导器内部的静压箱内壁以及混合箱内壁贴高频吸声材料,以消除喷射噪声。由于诱导器噪声主要是由于喷嘴气流速度太大而引起噪声,因此可以通过增加喷嘴数量,增大喷嘴面积,降低喷嘴的气流速度来降低喷嘴喷射噪声。
设置旁通风道,充分利用自然冷量 为了在春秋季节充分利用室外新风,可以在空调包间的送风支管上设置旁通风道,使过渡季节的室外新风不经过静压箱和喷嘴而直接进入室内,这样,既节约了冷量,又提高了空气品质。
5 结语
本文对诱导器的基本原理及特点进行了简单介绍,针对高速铁路客车进行了全空气诱导空调系统的适用性分析,并对其某些缺点采取了改进措施。诱导空调系统在高速列车上的应用目前在国内尚无研究,而在国外已经进行了多项研究并部分投入使用。随着我国高速铁路客车的发展,诱导空调系统由于其对高速客车的良好适用性定将渐受重视。
参考文献
1 俞展猷. 国外高速列车发展简述与我国提速列车试验的回顾, 铁道机车车辆, 1999,(3):1~6
2 郭荣生. 国外高速旅客列车发展概况,国外铁道车辆,1991,(1):7~11
3 赵荣义范存养等. 空气调节(第三版),中国建筑工业出版社,1994
由于当前国内外盛行的隧道围岩分级,大多仅适用于长度及埋深较小或勘探工程量很多、或开挖有导洞等条件的围岩分级。我国多年的勘探设计资料表明,在勘察阶段,其工程量是比较少的,特别是深埋长大隧道,即或有较多的勘探工程量,但与埋深和长度相比较,其控制程度远不如一般的地下洞室,仍是很有限的。在此情况下,如何做好深埋长大隧道的围岩分级、评价是相当关键的。为此,必须对隧道全线工程地质条件做全面、深入的了解,进而寻求一些新的方法去获得岩石的RQD值、结构面状态、岩体完整性等资料。
另外,高速铁路隧道与其他隧道相比有各自的特点。水电隧洞虽然规模大,但勘探工作十分详细,而且其位置本身就是选地质构造、地层岩性相对优良的地区。铁路因为展线的需要则有时不得不穿越地质条件很差的地段。所以,在施工过程中因围岩级别的诸多问题(如设计中确定围岩级别与实际围岩级别的差异、按照规范确定的围岩级别进行支护仍然满足不了要求等)而往往延误工期,提高工程造价甚至发生工程事故。作者参与了正在建设的云桂高铁(昆明到南宁高速铁路)的施工,在施工中最为棘手的问题就是前期勘察设计阶段对隧道地质情况了解不全面,导致工程进度困难、造价调整、事故频发、高频率的设计变更等诸多问题。
因此,根据高速铁路隧道的特点尽快建立有效的围岩分级方法已成为广大高铁建设者的强烈愿望,也成为高铁工程地质研究急需解决的课题。我认为,所谓有效的围岩分级就是技术上可行,能充分利用勘察设计、施工阶段的工作信息,逐步由粗到细的一种分级,并能立即用于指导施工的分级。本论文就是沿着上述思路开展研究工作的。
1 基于TSP探测成果的围岩分级
根据设计阶段的地质勘察工作成果可以对隧道的围岩进行分级,这一分级结果对于指导设计和招标、投标均能起到一定的作用。但是,由于勘察工作的现场调查是在地表进行的,对隧道的围岩分级带有很大的推测性;钻探虽然深达隧道位置,但钻孔数量有限;物探虽然也是进行深部探测,但难以对围岩的频繁变化做出较为准确的探测;这种分级的准确性和精度都难以保证,而地质条件本身的复杂性又使其更为困难。所以,更靠近隧道的、更为准确的分级就成为隧道设计、施工人员的迫切需要。
TSP和其它反射地震波方法一样,采用了回声测量原理。根据对TSP探测资料的解释,每次可得到掌子面前方150m左右的范围内围岩的地质状况,并由岩性变化、岩体中富水性强弱程度和换算出的围岩力学,参数按照《铁路隧道设计规范》进行围岩分级。根据TSP探测结果所得的围岩分级结果这与勘察阶段的围岩分级结果基本一致。但是,根据TSP探测的围岩分级与勘察阶段的围岩分级相比,又有一定的差别,表现在各类围岩的距离较短,显然更为精确,将其直接应用于指导设计和施工更为可靠。另外,同一级围岩中包括了不同的软硬程度的岩石,或者岩性类似,但富水情况不同,这显然更为接近围岩实际,使设计和施工人员有了更为可靠的依据,也为施工过程中的变更设计提供了极有价值的资料。
2 基于超期水平钻孔的围岩分级
利用超前钻孔确定掌子面前方围岩级别主要是依据钻速的快慢机钻孔中回水的颜色来判断前方掌子面围岩的岩性、构造及岩石的破碎程度,进而判断围岩级别。其工作程序是,首先对掌子面围岩特征进行描述,作掌子面地质素描图,然后进行钻探,在钻进过程中记录钻进速度、回水的颜色、从钻孔冲出的岩石颗粒大小等,最后对这些资料进行整理分析,确定围岩级别。在被钻的围岩开挖过程中对围岩进行详细描述,并作开挖面地质素描图,一方面为了验证分级结果,另一方面,为后续的围岩分级积累经验。当然,由于目前还没有根据钻进资料进行围岩分级的定量指标体系,所以,根据我们的经验,这种分级应该是在一个隧道掘进过程中,特别是在掘进初期就不断总结完善十分重要。实践证明,在掘进到几十米后即可通过信息反馈总结出一些规律。
从云南山区多座隧道的围岩分级实例发现,不同级别的围岩在钻进过程中表现出不同的特征,这些特征就是区分围岩级别的依据。通过观察总结,对于钻进工程中的现象得出如下认识:
(1)钻进正常表明围岩节理少,岩体完整;卡钻表明围岩破碎,往往是几组节理交汇的反映,而且显示节理较为密集;吃钻表明是从坚硬岩层突然进入软弱岩层,而且软弱岩层一般出露宽度大于20cm。
(2)钻进过程中流出的液体颜色是岩性的反映。
(3)从钻孔中冲出的岩粉粗表明岩石软弱或破碎,岩粉细表明岩石坚硬或完整。
(4)从钻孔中流出的水流量越大,表明岩体中裂隙越发育。
(5)钻进速度快表明岩石软弱,钻进速度慢表明岩石坚硬,但对因裂隙发育而出现的卡钻现象或岩石软弱出现吃钻现象的情况需区别分析。钻速忽快忽慢表明围岩变化频繁。由于对于指导施工来说围岩级别不宜变化频繁,特别是不宜在1~2m左右变化,所以,根据钻速变化进行围岩分级时必须结合其他现象综合考虑。
3 基于监控量测资料的围岩分级
虽然已经有不少的研究者已经提到应用监控量测资料进行判断围岩性质,进而确定下一工序的支护参数,但截至目前还没有一个判断标准,甚至用哪些指标来判断也没有形成统一的认识。而应用监控量测数据进行围岩分级则一方面开展的较少,另一方面研究程度更低。
总所周知,围岩级别不同,隧道开挖后围岩的松动范围大小不同,围岩应力调整时间的长短不同,围岩施加在衬砌上的荷载(特别是施加在初期支护上的荷载)大小也不同。所以,根据以上认识,通过对围岩与初期支护直接的接触压力的分析,我们提出以围岩与初期支护直接的接触压力趋于稳定的时间(d)、围岩与初期支护直接的接触压力变化速率(MPa/d)(监控量测数据稳定之前)两个指标作为围岩分级的依据。
综上所述,高速铁路隧道围岩分级虽然已经进行了很多的研究工作,然而,研究工作是没有止境的,有些问题,限于资料不足,加之作者才学疏浅,目前尚无力进行研究,即使本论文讨论的问题,也难免有不尽人意之处,因此,作者恳切希望得到师友们的批评指正。