天興洲公鐵兩用橋異物侵限監(jiān)測控制系統(tǒng)研究

丁 封

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

1 概述

天興洲公鐵兩用橋是湖北省暨武漢市與原鐵道部合作建設(shè)的公鐵兩用橋，是京廣高鐵重要的過江通道，同時(shí)也是武漢三環(huán)線城市快速路的重點(diǎn)工程。該橋位于武漢長江二橋下游9.5 公里處的天興洲分汊河段上，正橋全長4657m。

2 研究背景

2014 年3 月1 日09 時(shí)43 分，天 興洲公鐵兩用橋發(fā)生一起拖掛汽車貨物傾落撞毀防拋網(wǎng)，貨物墜落至鐵路橋面，砸壞橋梁欄桿、信號機(jī)、接觸網(wǎng)回流線的事故。由于天興洲公鐵兩用橋未設(shè)置異物侵限監(jiān)測控制系統(tǒng)（以下簡稱異物監(jiān)控系統(tǒng)），事故造成22 趟列車晚點(diǎn)和改線，京廣高鐵列車限速通過。

3 方案研究

下面分別從系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設(shè)置和系統(tǒng)的先進(jìn)性等三個(gè)方面對天興洲公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究。

3.1 系統(tǒng)功能

異物監(jiān)控系統(tǒng)是高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。在法國、日本、西班牙等國家的高速鐵路系統(tǒng)中均設(shè)置了異物監(jiān)控系統(tǒng)。異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)對公跨鐵橋的異物侵限進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，主要監(jiān)測機(jī)動(dòng)車、大型貨物因故越過護(hù)欄、防拋網(wǎng)而侵入高速鐵路限界并控制列車運(yùn)行，為調(diào)度指揮及維護(hù)管理提供報(bào)警、預(yù)警信息，有效防止或減少異物侵限災(zāi)害對高速鐵路列車運(yùn)行安全的影響。

3.2 系統(tǒng)設(shè)置

3.2.1 總體構(gòu)架

總體構(gòu)架如圖1 所示。

3.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖2）

異物監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由異物侵限監(jiān)測裝置、現(xiàn)場控制箱、監(jiān)控單元和連接電纜等組成。

3.2.3 異物監(jiān)測裝置長度計(jì)算

（1）基本參數(shù)

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)測方案>的通知》（運(yùn)技基礎(chǔ)[2010]739 號）有關(guān)要求，天興洲公鐵兩用橋與高速鐵路線路的關(guān)系如圖3 所示。

天興洲公鐵兩用橋具體參數(shù)如下：

①車輛與防撞墻碰撞角度為20°。

②大型汽車超速并沖出公跨鐵立交橋護(hù)欄后的初始速度為10.9m/s。

③重力加速度g=9.8m/s2。

④線路中心距Lx=5m。

⑤公路橋來車方向與鐵路線路交角為: 北京方向α=171°，廣州方向α=166°。

⑥橋面距軌面高H=15m。

（2）長度計(jì)算

異物監(jiān)測裝置長度按以下公式計(jì)算：

考慮到天興洲公鐵兩用橋位置的特殊性（連接長江兩岸的快速交通設(shè)施）及過往的滿載中重型汽車較多，車速較快，超速超載嚴(yán)重等情況，為保證異物監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，異物監(jiān)測裝置長度在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)延長。結(jié)合天興洲公鐵兩用橋現(xiàn)場實(shí)際情況，建議北京方向和廣州方向異物監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)置范圍按550m 和250m 考慮。

由于異物侵限監(jiān)測電網(wǎng)連續(xù)防護(hù)長度過長，基于系統(tǒng)中雙電網(wǎng)傳感器信號的穩(wěn)定傳輸需求，結(jié)合天興洲公鐵兩用橋現(xiàn)場實(shí)際情況，建議按每80m 視為一個(gè)異物監(jiān)測點(diǎn)對防護(hù)長度進(jìn)行等效劃分。

3.2.4 異物監(jiān)測裝置安裝（圖4）

在天興洲公鐵兩用橋防撞墻外側(cè)鉆孔植入M20 螺栓、安裝L 型支架。支架設(shè)置間距1m、每個(gè)支架處植入4 個(gè)M20螺栓。

水平承重網(wǎng)不設(shè)置電網(wǎng)傳感器，僅起結(jié)構(gòu)支撐、維護(hù)檢修平臺作用；水平承重網(wǎng)每單元1000mm（平行于公路橋方向）×600mm（垂直于公路橋方向），能夠承載不小于100kg 的附加荷載。

3.2.5 監(jiān)控單元設(shè)置

（1）設(shè)置原則

監(jiān)控單元為寬600mm、厚600mm、高2200mm 的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜。機(jī)柜安裝在京廣高鐵既有的兩個(gè)災(zāi)害監(jiān)測機(jī)房內(nèi)。

（2）設(shè)備組成

監(jiān)控單元由主機(jī)模塊、各種異物侵限監(jiān)測功能模塊、繼電器組合模塊、防雷單元、UPS 電源、機(jī)柜等組成。

（3）主要功能

監(jiān)控單元接收由異物侵限監(jiān)測點(diǎn)現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)和信息，完成異物侵限監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、初步分析和處理。

在異物侵限監(jiān)測雙電網(wǎng)同時(shí)損毀時(shí)，監(jiān)控單元通過繼電接口，將報(bào)警信息送至車站列控中心，以控制相應(yīng)車站或區(qū)間的列車實(shí)施緊急制動(dòng)并停止運(yùn)行。

3.2.6 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備

既有京廣客專災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)已在武漢站災(zāi)害監(jiān)測機(jī)房設(shè)有一套安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收管轄范圍內(nèi)各監(jiān)控單元傳送來各種信息，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析處理、顯示、打印等，并根據(jù)信息內(nèi)容提供相應(yīng)級別的防災(zāi)報(bào)警、預(yù)警等信息，根據(jù)列車運(yùn)行管制規(guī)則提供限速、停運(yùn)等信息，同時(shí)將報(bào)警信息上傳至調(diào)度所。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、磁盤陣列、維護(hù)終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、告警箱、防雷單元、UPS電源及防火墻等設(shè)備組成。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為雙機(jī)熱備方式，配一套磁盤陣列作為擴(kuò)展存儲設(shè)備，內(nèi)設(shè)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)各功能系統(tǒng)相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表，存儲災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)各種信息。數(shù)據(jù)服務(wù)器具備故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移功能，保證主機(jī)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)采集監(jiān)控單元主機(jī)傳入監(jiān)測點(diǎn)狀態(tài)信息及設(shè)備狀態(tài)信息，將災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)各種信息、報(bào)警信息等歷史記錄存入數(shù)據(jù)服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器為雙機(jī)熱備方式，任一臺發(fā)生故障、任意網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

天興洲公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行軟件修改。

3.2.7 調(diào)度所設(shè)備

在武漢客專調(diào)度所京廣高鐵一臺已設(shè)有一套調(diào)度監(jiān)控終端設(shè)備，由監(jiān)控終端、接口轉(zhuǎn)換設(shè)備、防雷單元等設(shè)備構(gòu)成。

監(jiān)控終端設(shè)于行車調(diào)度臺旁，從武漢站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備讀取各種報(bào)警信息，并根據(jù)信息內(nèi)容向行車調(diào)度員提供預(yù)警、報(bào)警及行車管制預(yù)案等命令信息。

天興洲公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行軟件修改。

3.2.8 工務(wù)終端設(shè)備

在武漢鐵路局工務(wù)處調(diào)度室和武漢橋工務(wù)段已分別設(shè)置有一套工務(wù)終端。工務(wù)終端以圖形、文本并音響報(bào)警等方式，提供風(fēng)、雨、異物侵限及設(shè)備故障等報(bào)警、預(yù)警信息和相應(yīng)的工作預(yù)案，并具備信息查詢和報(bào)表輸出功能。

天興洲公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)對上述兩處工務(wù)終端進(jìn)行軟件修改。

3.2.9 傳輸網(wǎng)絡(luò)

（1）構(gòu)建業(yè)務(wù)專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控單元、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備、工務(wù)終端以及調(diào)度所設(shè)備間的信息傳輸。

（2）利用傳輸設(shè)備FE 接口，為異物監(jiān)控系統(tǒng)提供專用傳輸通道，報(bào)警信息和維修預(yù)警信息傳輸至工務(wù)終端。

（3）系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)、TCP/IP 協(xié)議并滿足信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求。為確保信息傳輸?shù)目煽啃?，雙網(wǎng)絡(luò)接口分別接入通信傳輸及接入系統(tǒng)的不同業(yè)務(wù)板卡。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備雙10/100 以太網(wǎng)口及自動(dòng)檢測、切換功能。

（5）傳輸網(wǎng)絡(luò)均利用既有京廣高鐵通信傳輸設(shè)備。

3.2.10 傳輸電纜

異物監(jiān)測電網(wǎng)至現(xiàn)場控制箱采用PTYA23 普通信號電纜，現(xiàn)場控制箱至監(jiān)控單元間采用PTYL23 型鋁護(hù)套電纜；監(jiān)控單元至列控中心采用PTYL23 型鋁護(hù)套電纜。

3.3 系統(tǒng)的先進(jìn)性

（1）異物監(jiān)測電網(wǎng)由新型復(fù)合材料制作，在網(wǎng)格內(nèi)置監(jiān)測電網(wǎng)，目視范圍內(nèi)沒有電線。采用此種方案能減輕監(jiān)測電網(wǎng)的重量，減少因電網(wǎng)斷線造成的誤報(bào)警，并能夠監(jiān)測到較小尺寸的異物。

（2）異物監(jiān)測電網(wǎng)采用雙電網(wǎng)冗余方式，當(dāng)異物侵限導(dǎo)致雙電網(wǎng)的一路電網(wǎng)斷線時(shí)，異物監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出設(shè)備故障報(bào)警信息，不向信號列控系統(tǒng)發(fā)送災(zāi)害報(bào)警信息，不影響高速列車正常行車；當(dāng)異物侵限導(dǎo)致雙電網(wǎng)同時(shí)斷線時(shí)，異物監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出設(shè)備故障報(bào)警信息并向信號列控系統(tǒng)發(fā)送災(zāi)害報(bào)警信息，有效防止或減少異物侵限災(zāi)害對高速鐵路列車運(yùn)行安全的影響。

結(jié)語

隨著我國高速鐵路的不斷發(fā)展，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為保證高速鐵路列車運(yùn)行安全的重要基礎(chǔ)裝備之一，屬重要的行車設(shè)備。異物監(jiān)控系統(tǒng)作為高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，在有效防止或減少異物侵限災(zāi)害對高速鐵路列車運(yùn)行安全的影響方面的作用日益顯現(xiàn)。

天興洲公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)對其他在建、待建公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義。在運(yùn)營維護(hù)過程中需對公鐵兩用橋異物監(jiān)控系統(tǒng)不斷優(yōu)化和完善，以保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠，在提高運(yùn)輸效率，確保行車安全等方面發(fā)揮出良好的社會效益。

[1] TG/01—2014，鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）[S].

[2]鐵運(yùn)[2010]28 號.關(guān)于印發(fā)高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)管理辦法（暫行）的通知[Z].中華人民共和國鐵道部，2010.

[3]運(yùn)技基礎(chǔ)[2010]739 號.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)測方案》的通知[Z].鐵道部運(yùn)輸局， 2010.