郑州黄河公铁两用桥异物侵限监测系统设计

张 媛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)



郑州黄河公铁两用桥异物侵限监测系统设计

张 媛

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

结合石武客专郑州黄河公铁两用桥特点，分析了异物侵限监测系统方案、监测网安装方式、监测范围等，明确提出了适合公铁两用桥异物侵限监测系统的建设方案及优化建议，从而保障客运专线的安全运营。

公铁两用桥，异物侵限，监测系统

1 概述

随着高速铁路、客运专线的大规模建设，受铁路最大坡度、曲线半径、铁路线路所处的地形环境限制，以及交通规划要求，高速铁路、客运专线与公路存在上下跨越、平行及公铁合用等多种形式。高速铁路、客运专线列车运行速度高，一旦公路上的落物、车辆等异物侵入铁路限界，目视瞭望已不能保证行车安全，危险大大增加，另外我国地域广阔，公路、铁路网纵横交错，公路与铁路并行紧邻、公路桥跨越铁路的点段很多，汽车、较大型物体冲入或坠入铁道线上的情况时有发生。因此，异物侵限监测系统应与客运专线建设同期实现，为客运专线运营提供必要的安全保障。本文结合郑州黄河公铁两用桥特点，对异物侵限监测系统的设计方案进行阐述。

河南郑州黄河公铁两用桥位于石武客专DK642+800.684～DK657+685.583，线路长度14.89 km。其主桥梁截面图如图1所示，在上跨黄河的主桥部分为公路和铁路桥梁正上正下重叠，但公路和铁路桥梁在黄河两侧的引桥部分由重叠演变为渐行切出分离，公路在上铁路在下的15 m高度落差的结构，实际上渐行分离段已经形同于一个交角较小的公跨铁桥梁，上方公路按照一级(双向六车道)进行建设。公路桥梁主桥总宽32.5 m。公铁分离处概貌见图2。

2 系统设计

2.1 总体结构

异物侵限现场采集设备包括异物侵限现场监测装置、现场控制器等设备。在跨越铁路的道路桥梁处设置异物侵限现场采集设备。通过设于公跨铁立交桥上的双电网传感器，检测异物侵限情况，通过接入临近GSM-R防灾机房的监控单元，上报报警信息，并能通过接口设备向邻近的列控中心发出控制命令，控制列车停车。系统总体结构如图3所示。

2.2 系统功能

异物侵限监测系统是高速铁路、客运专线灾害监测的重要组成部分，监测侵入铁路限界的异物，触发列控系统使列车自动停车，为铁路调度指挥提供报警、预警信息，有效保证高速铁路行车安全。

2.3 监测网长度计算

郑州黄河公铁两用桥与石武客专关系如图4所示。

参数取值如下：1)公路桥来车方向与铁路桥交角为:北端175°55′ 22.1″, 南端173°37′48.5″;2)钢轨轨面至公跨铁立交桥桥面的高度：H=15 m;3)车辆与防撞墙碰撞角度：20°；4)初始速度：10.9 m/s；5)重力加速度：g=9.8 m/s2;6)线间距：Lx=5 m。黄河公铁两用桥单端防护长度计算图见图5。

异物侵限监测装置的长度(L),按以下公式计算:

经计算，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)。

将条件参数代入公式，理论计算桥梁两端防护长度分别为：

桥梁北端：总防护长度L=268m，其中钢轨外沿至去车方向Lt=125m。

桥梁南端：总防护长度L=172m，其中钢轨外沿至去车方向Lt=77m。

上述计算办法是将桥梁形状在公铁分离处的形状视为直线段进行近似计算理论计算，实际公路桥与铁路桥均有一定弧度，近似计算值略偏小。考虑到郑州黄河公铁两用桥地理位置的重要性、特殊性及车速、载重、超载等情况，根据交通部《关于印发第一批道路货运汽车及汽车列车推荐型表的通知》(交公路发[2006]129号)，很多中重型汽车载货后总重都在20t以上，时速不小于100km，其碰撞动能近600kJ，车辆冲出SB级防撞墙(吸收能量280kJ)后的剩余速度可能超过10.9m/s的假设速度(经计算约超过35%)，故将理论计算的防护长度再延长35%，则防护长度为：

桥梁北端：延长后总防护长度361m，其中钢轨外沿至去车方向Lt=169m。

桥梁南端:延长后总防护长度232m，其中钢轨外沿至去车方向Lt=104m。

2.4 监测网的安装

根据“关于印发《高速铁路防灾安全监控系统—公跨铁立交桥异物侵限监测方案》的通知”(运技基础[2010]739号)的有关要求，异物侵限监测装置包括竖直监测电网、水平承重网 、“L”形支架等。监测网与桥梁防抛网间距按600mm安装(考虑安装与维护距离)。桥上安装金属网需要设置“L”形支架与桥梁连接，同时在公路跨越铁路范围内安装金属防护网，“L”形支架中心间距1 000m； 1个监测电网单元(宽1.0m)和1个“L”形支架的总重量为50kg，每根L形支架按承载1人考虑(100kg/人)。监测网安装于防撞墙排水管上方，距防撞墙上边缘1 100mm。化学锚栓采用M20，长度330mm的标准锚栓。植入后外露长度(110±10)mm，单颗螺栓抗剪切及抗拉强度均不小于30kN。

公跨铁立交桥异物侵限监测装置及其安装示意图见图6。

2.5 监控单元设置

监控单元接收监测点现场控制箱传来的数据和信息，将其中的有效数据和信息转发给防灾安全监控数据处理设备。同时，监控单元还对接收到的数据和信息做短期的存储。

监控单元具备接入不同类型异物侵限监测传感器的能力，对采集数据进行分析、处理及报警判定的功能，并将监测、报警数据

等传送至中心系统。监测到异物侵限报警时，监控单元通过继电接口电路联动触发信号系统动作，并应具备回采信号系统异物侵限接口继电器状态的功能。能够接收中心系统下发的临时通车、调度恢复等控制命令，并驱动继电器动作。

基于黄河公铁两用桥桥形特殊性、超长的连续防护范围、系统双电网传感器信号的稳定性需求，按每80m的防护长度视为一个异物监测点进行等效划分，每台监控单元可接入2个异物点。监控单元设于区间GSM-R基站内及独立防灾机房内，包括系统主机(双机热备)、UPS电源、数据接收和发送模块、继电器组合模块、防雷单元、网络接口和机柜等设备；主机、功能模块、UPS电源等按双机热备配置。

2.6 网络架构及信息传输

1)网络架构。总线型T接组网方案。每个区间内节点监控单元利用传输系统MSTP设备提供的以太网通道，以总线链型接到车站及中心。主用链路与备用链路按不同路由接到相邻车站及中心系统。

采集的数据信息由通信专业传输系统提供的2×2M专用通道(FE接口)上传至监控数据处理设备；监控数据处理设备的信息由通信专业传输系统提供的2×2M(FE接口)专用通道分别上传至调度所、工务段。

2)信息传输。现场监测设备与现场监控单元间的传输线路由防灾专业自行构建。为保证防灾安全监控系统数据采集、传输的安全可靠，并考虑到电气化铁路的强电磁干扰影响，异物侵限双电网传感器至监控单元间、监控单元至列控中心采用PTYL23型电缆。

3 结语

本文根据郑州黄河公铁两用桥的公路与铁路位置关系，对设置异物侵限监控系统的必要性进行了分析；并根据车辆运行速度、桥面至轨面高度，以及公路桥桥面形式、公路桥防撞墙形式、公铁桥交叉角度及汽车运行方向、侵限物体掉落的数学模型等因素，确定了异物侵限监测范围及长度；同时首次采用多监控单元解决桥梁超长监测网监测数据的传输、分析及处理等问题，为高速铁路、客运专线类似工程的异物侵限监测系统设计提供了重要的技术借鉴。随着灾害监测技术的发展、运营实际需求的变化以及各工程实际情况，在后续工程中需根据《中国铁路总公司关于完善高速铁路桥梁附属检查设施和改进异物侵限现场监测装置安装方式的通知》(铁总运[2014]127号)相关要求，不断完善、优化异物侵限监测系统，使之更好的服务于铁路运输生产安全。

[1]TB10621—2014/J1942—2014，高速铁路设计规范[S].

[2] 赵数学.客运专线、高速铁路异物侵限监测方案优化[J].铁路通信信号技术，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

张 媛(1972- )，女，工程师

U442

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