限界检测车在南京地铁10号线贯通测量中的运用

蒲思培

(中铁第四勘察设计院集团有限公司设备处，430063，武汉∥助理工程师)

南京地铁10号线一期工程线路总长约21.6 km，其中地下线长约19.5 km，地面线和高架线长约2.1 km。全线共设置14 座车站，其中地下站13 座，高架站1 座。南京地铁10号线列车采用6 辆编组地铁A 型车，其全线“轨通”、“电通”时间分别为2013年11月底及2013年12月底，而业主要求在2014年1月20日首列电客车要通过区间进入停车场，并随后进行冷、热滑试验。此前的南京地铁区间限界检测均由人力方式完成。即采用人力推动限界检测框架，对隧道内限界进行检测(如图1所示)。

图1 人工方式进行地铁限界检测

1 南京地铁10号线限界检测要求

南京地铁10号线从2013年12月底全线“电通”具备检测条件开始，至2014年1月20日进车为止，扣去其他专业的作业时间，实际留给限界检测的时间仅有10 d 左右。而这10 d 包含了限界第一次检测时间、施工单位整改时间及限界复查时间。南京地铁10号线工程限界检测工作量如下:

1)线路正线全长约21.6 km，即双线正线全长约44 km;

2)本线包含有道岔车站5 座，车站及全线所有道岔区全长约8 km;

3)本线范围内含城西路停车场一处，库内外总长约20 km。

若采用人力方式推行限界检测框架，考虑人体疲劳等因素，区间最大持续检测速度为4 km/h;在车站及道岔区因限界检测板需频繁变换，最大检测速度不到2 km/h。据此计算，南京地铁10号线全线正线检测时间为11 h，约耗时2 个工作日;全线车站及岔区检测时间为4 h，约耗时0.5 个工作日;停车场检测时间为6 h，约耗时1 个工作日。考虑工人连续作业及检测准备时间后，进行一次全线限界检测作业耗时约为4～5 d。而本次地铁10号线从限界检测方案制定到首列车冷热滑试验时间总计不到10 d，其中包含首次限界全线检测、施工单位整改、限界全线复测及施工单位零星检测等时间。由此可见，采用人工方式进行限界检测，所需时间至少为13 d 左右，在工期上不满足业主时间节点的要求。

2 限界检测车原理及工作方式

2.1 人工限界检测装置结构及工作原理

传统人工方式限界检测装置结构如图2所示。

图2 人工限界检测装置

人工方式限界检测机构由固定支架、可变支架、检测触板及转动手轮共4 部分组成。其中，检测触板安装于可变支架上;可变支架再安装于固定支架上;检测触板的展开与收缩则通过转动手轮进行控制。在限界检测过程中，整个装置由人力推动前进。在直线区间时，通过转动手轮将检测触板展开到直线限界位置;到达曲线、岔区或者车站位置时则参考相应曲线半径加宽值表或道岔区加宽值表，通过转动手轮使相应检测触板在直线限界基础上进行加宽，从而达到对线路进行限界检测的目的。

由以上检测原理可知，传统人工方式进行限界检测主要存在如下缺点:

1)受限于人长距离步行速度限制，检测速度≤4 km/h，从而导致检测时间过长;

2)限界检测板在不同曲线半径、超高情况下，均需要人工方式进行展开、收缩，故耗时长、精度低。

由于存在上述两大缺点，导致传统人工方式进行限界检测耗时较长，无法满足此次南京地铁10号线限界检测时间节点的要求。

2.2 限界检测车结构

为克服人工限界检测装置的上述缺点，满足业主时间要求，在本次限界检测工作中由我院限界专业设计人员设计了一款限界检测车，通过将人工限界检测装置安装于工程车上，并采用检测触板自动伸展装置代替人工伸板，从而大大提高了检测速度，节省了工期。南京地铁限界检测车如图3、图4所示。

南京地铁限界检测车由1 台工程车，放置于工程车内部的控制计算机及位于车辆两端的2 组限界检测装置等组成。2 组限界检测装置分别用于地下区间及地面/高架区间。根据GB 50157—2013《地铁设计规范》，规定，在车站有效站台范围内，站台边缘及屏蔽门顶箱边缘距离线路中心线的距离均是通过车辆限界来确定的，因此，本次设计每组限界检测装置均有前后2 个规格不同的限界检测触板，前面一组宽度较小的限界检测触板用于模拟车辆限界，后一组则是用于模拟设备限界。

图3 南京地铁限界检测车

图4 限界检测车的限界检测装置

2.3 限界检测的曲线加宽办法

为实现限界检测车能自动在特定曲线上按指定加宽要求伸展限界检测触板，以实现对限界的连续检测，首先需要根据南京地铁10号线线路图确定全线每个点的曲线半径及超高情况，再根据车辆定距、轴距等参数，并参考规范要求计算出每个点的加宽值，以此作为限界检测触板伸展量大小的依据。

因曲线加宽量大小及开始加宽位置与线路上的直缓(ZH)点、缓圆(HY)点密切相关。对于地铁A型车，一般要求在即将进入曲线的直缓点以前约15.8 m 处开始加宽;至缓和曲线中点前 9.5 m 处时达到预定加宽值的一半;至缓和曲线终点前约9.5 m 时达到全加宽值。

如因曲线半径较大或其他特殊原因导致该曲线不设缓和曲线时，对于南京地铁10号线A 型车则在超高过渡段前15.8 m 处开始加宽，至超高过渡段终点前约9.5 m 时达到全加宽值。

通过上述方法计算出加宽量与加宽起始点之后，经过整理，可以在一般的办公计算机上得到曲线加宽量表。南京地铁10号线入段线部分曲线加宽量表如图5所示。

图5 计算机显示的南京地铁10号线入段线部分加宽量表实景图

2.4 限界检测触板结构及控制原理

限界检测车的限界检测触板通过行程开关与限界检测装置的可变支架部分连接，可变支架再通过电动推杆与固定支架连接，具体结构如图6所示。

图6 限界检测车检测装置结构图

在本次设计中，限界检测车的车辆限界、设备限界检测板分别根据 GB 50157—2013《地铁设计规范》中的A 型车地面、地下区间的车辆限界、设备限界轮廓进行制作，并根据工程车与实际A 型车之间在定距、轴距等实际参数的差异，计算出限界检测车实际加宽量与A 型车计算加宽量之间的修正量。当加宽量为0 时，两组限界检测触板分别位于A 型车直线地段的车辆限界、设备限界位置。

在限界检测前，需首先测量出工程车的各个车轮在踏面处的直径，并取平均值;之后通过转速传感器对车轮转速进行计数，并结合车轮直径计算出车辆行驶里程;再结合南京地铁10号线曲线限界加宽表与线路图，在对应里程限界将检测触板伸展或回缩到对应位置。在检测过程中，当限界检测车的限界检测触板遇到障碍物阻挡时，其在障碍物阻力作用下将向车后部方向变形，从而带动行程开关动作，并在计算机显示屏上显示出侵限位置。

为实现以上控制过程，方便检测人员现场操作，并自动生成检测记录，本限界检测控制系统采用了以带触摸屏的研华牌PPC-3100 工业平板电脑为核心的计算机自动控制系统。

该研华牌PPC-3100 工业平板电脑具有3 个RS-232 专用 I/O(输入/输出)接口和1 个 RS-232/422/485 通用I/O 接口，共4 个串行输入接口;此外，还拥有 4 个 USB 接口、1 个 GBIO 通用 I/O 等众多I/O 端子，并采用了无风扇设计，其体积小巧、功能强大。本次限界检测控制系统部分源代码及软件检测界面分别如图7、图8所示。

图7 控制程序源代码

3 限界检测车的优势与运用

本次设计的限界检测车能够根据地铁线路具体里程，实现限界检测触板的自动展开与收缩，能将侵限点的位置与坐标自动进行记录并生成报表，成功地实现了限界检测全过程的自行化与自动化。其将区间检测速度由人工检测的不足4 km/h，提高到了约20 km/h，整个区间(包含道岔区)的平均检测速度提高到了约15 km/h，大大提高了检测效率。

图8 限界检测车的计算机界面

本次南京地铁10号线全线均采用了限界检测车方式进行限界检测，与采用传统人工推送限界检测装置相比，结果如下:

1)正线47 km 检测时间由原来的12 h，下降为2.2 h。

2)车站及道岔区检测时间由原来的6 h，下降为 1.2 h。

3)城西路停车场检测时间由原来的6 h，下降为2 h。

限界检测车检测站台屏蔽门、信号机及区间疏散平台的景像分别如图9～图11所示。

图9 限界检测车检测站台屏蔽门过程

通过使用限界检测车代替人工方式进行限界检测，使此次南京地铁10号线的首检与复检时间，由此前采用人工方式的8 d 缩短到了2 d，满足了业主于2014年1月20日进车并进行冷热滑试验的时间要求。通过进行限界检测，南京地铁10号线累计发现包含信号机、消火栓、顶装风机、电缆支架、站台及施工遗留物等在内的侵限点共计数10 处，所有侵限点均以工作联系单形式告知业主，并督促施工单位进行整改。当电客车按计划进车并进行冷热滑试验时，未发生过一起侵限现象。

图10 限界检测车检测信号机过程

图11 限界检测车检测疏散平台过程

4 结语

由于本次限界检测时间较紧，导致限界检测车的某些功能设计还不够完善。目前，限界检测车只能对侵限物体实现报警功能，无法对具体侵限数值进行判断。下一步计划对限界车进行改进，用转角传感器代替目前使用的行程开关，并通过数学运算，实现对侵限具体数值的实时测量、记录，以更好地指导施工单位的整改工作。

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［2］张斌，潘玲，朱剑月.城轨交通车辆限界和设备限界计算［J］.现代城市轨道交通，2007(3):8

［3］程祖国，陈薇萍，朱剑月.地铁车辆限界与设备限界间安全裕量的可靠性分析［J］.城市轨道交通研究，2004(1):15

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［5］金磊.城市轨道交通工程轨行区限界检测［J］.城市轨道交通研究，2014(6):149.