天兴洲公铁两用桥异物侵限监测控制系统研究
2015-03-12丁封
丁 封
（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）
1 概述
天兴洲公铁两用桥是湖北省暨武汉市与原铁道部合作建设的公铁两用桥，是京广高铁重要的过江通道，同时也是武汉三环线城市快速路的重点工程。该桥位于武汉长江二桥下游9.5 公里处的天兴洲分汊河段上，正桥全长4657m。
2 研究背景
2014 年3 月1 日09 时43 分，天 兴洲公铁两用桥发生一起拖挂汽车货物倾落撞毁防抛网，货物坠落至铁路桥面，砸坏桥梁栏杆、信号机、接触网回流线的事故。由于天兴洲公铁两用桥未设置异物侵限监测控制系统（以下简称异物监控系统），事故造成22 趟列车晚点和改线，京广高铁列车限速通过。
3 方案研究
下面分别从系统功能、系统设置和系统的先进性等三个方面对天兴洲公铁两用桥异物监控系统进行研究。
3.1 系统功能
异物监控系统是高速铁路灾害监测系统的重要组成部分。在法国、日本、西班牙等国家的高速铁路系统中均设置了异物监控系统。异物侵限监控系统对公跨铁桥的异物侵限进行实时监测，主要监测机动车、大型货物因故越过护栏、防抛网而侵入高速铁路限界并控制列车运行，为调度指挥及维护管理提供报警、预警信息，有效防止或减少异物侵限灾害对高速铁路列车运行安全的影响。
3.2 系统设置
3.2.1 总体构架
总体构架如图1 所示。
3.2.2 系统结构（图2）
异物监控系统结构由异物侵限监测装置、现场控制箱、监控单元和连接电缆等组成。
3.2.3 异物监测装置长度计算
（1）基本参数
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）有关要求，天兴洲公铁两用桥与高速铁路线路的关系如图3 所示。
天兴洲公铁两用桥具体参数如下：
①车辆与防撞墙碰撞角度为20°。
②大型汽车超速并冲出公跨铁立交桥护栏后的初始速度为10.9m/s。
③重力加速度g=9.8m/s2。
④线路中心距Lx=5m。
⑤公路桥来车方向与铁路线路交角为: 北京方向α=171°，广州方向α=166°。
⑥桥面距轨面高H=15m。
（2）长度计算
异物监测装置长度按以下公式计算：
考虑到天兴洲公铁两用桥位置的特殊性（连接长江两岸的快速交通设施）及过往的满载中重型汽车较多，车速较快，超速超载严重等情况，为保证异物监控系统的可靠性，异物监测装置长度在理论计算的基础上结合现场实际情况进行适当延长。结合天兴洲公铁两用桥现场实际情况，建议北京方向和广州方向异物监测电网设置范围按550m 和250m 考虑。
由于异物侵限监测电网连续防护长度过长，基于系统中双电网传感器信号的稳定传输需求，结合天兴洲公铁两用桥现场实际情况，建议按每80m 视为一个异物监测点对防护长度进行等效划分。
3.2.4 异物监测装置安装（图4）
在天兴洲公铁两用桥防撞墙外侧钻孔植入M20 螺栓、安装L 型支架。支架设置间距1m、每个支架处植入4 个M20螺栓。
水平承重网不设置电网传感器，仅起结构支撑、维护检修平台作用；水平承重网每单元1000mm（平行于公路桥方向）×600mm（垂直于公路桥方向），能够承载不小于100kg 的附加荷载。
3.2.5 监控单元设置
（1）设置原则
监控单元为宽600mm、厚600mm、高2200mm 的标准机柜。机柜安装在京广高铁既有的两个灾害监测机房内。
（2）设备组成
监控单元由主机模块、各种异物侵限监测功能模块、继电器组合模块、防雷单元、UPS 电源、机柜等组成。
（3）主要功能
监控单元接收由异物侵限监测点现场传来的数据和信息，完成异物侵限监测数据的采集、初步分析和处理。
在异物侵限监测双电网同时损毁时，监控单元通过继电接口，将报警信息送至车站列控中心，以控制相应车站或区间的列车实施紧急制动并停止运行。
3.2.6 监控数据处理设备
既有京广客专灾害监测系统已在武汉站灾害监测机房设有一套安全监控数据处理设备，主要负责实时接收管辖范围内各监控单元传送来各种信息，对实时数据进行存储、分析处理、显示、打印等，并根据信息内容提供相应级别的防灾报警、预警等信息，根据列车运行管制规则提供限速、停运等信息，同时将报警信息上传至调度所。
数据处理设备由数据库服务器、应用服务器、磁盘阵列、维护终端、网络交换机、打印机、告警箱、防雷单元、UPS电源及防火墙等设备组成。
数据库服务器为双机热备方式，配一套磁盘阵列作为扩展存储设备，内设灾害监测系统各功能系统相关监控数据表，存储灾害监测系统各种信息。数据服务器具备故障自动转移功能，保证主机设备稳定运行。
应用服务器负责采集监控单元主机传入监测点状态信息及设备状态信息，将灾害监测系统各种信息、报警信息等历史记录存入数据服务器。应用服务器为双机热备方式，任一台发生故障、任意网络发生故障不影响系统正常运行，提高整个系统的安全性和可靠性。
天兴洲公铁两用桥异物监控系统对监控数据处理设备进行软件修改。
3.2.7 调度所设备
在武汉客专调度所京广高铁一台已设有一套调度监控终端设备，由监控终端、接口转换设备、防雷单元等设备构成。
监控终端设于行车调度台旁，从武汉站监控数据处理设备读取各种报警信息，并根据信息内容向行车调度员提供预警、报警及行车管制预案等命令信息。
天兴洲公铁两用桥异物监控系统对监控数据处理设备进行软件修改。
3.2.8 工务终端设备
在武汉铁路局工务处调度室和武汉桥工务段已分别设置有一套工务终端。工务终端以图形、文本并音响报警等方式，提供风、雨、异物侵限及设备故障等报警、预警信息和相应的工作预案，并具备信息查询和报表输出功能。
天兴洲公铁两用桥异物监控系统对上述两处工务终端进行软件修改。
3.2.9 传输网络
（1）构建业务专网，实现监控单元、监控数据处理设备、工务终端以及调度所设备间的信息传输。
（2）利用传输设备FE 接口，为异物监控系统提供专用传输通道，报警信息和维修预警信息传输至工务终端。
（3）系统采用双以太网、TCP/IP 协议并满足信息传输的实时性要求。为确保信息传输的可靠性，双网络接口分别接入通信传输及接入系统的不同业务板卡。
（4）网络设备具备双10/100 以太网口及自动检测、切换功能。
（5）传输网络均利用既有京广高铁通信传输设备。
3.2.10 传输电缆
异物监测电网至现场控制箱采用PTYA23 普通信号电缆，现场控制箱至监控单元间采用PTYL23 型铝护套电缆；监控单元至列控中心采用PTYL23 型铝护套电缆。
3.3 系统的先进性
（1）异物监测电网由新型复合材料制作，在网格内置监测电网，目视范围内没有电线。采用此种方案能减轻监测电网的重量，减少因电网断线造成的误报警，并能够监测到较小尺寸的异物。
（2）异物监测电网采用双电网冗余方式，当异物侵限导致双电网的一路电网断线时，异物监测系统发出设备故障报警信息，不向信号列控系统发送灾害报警信息，不影响高速列车正常行车；当异物侵限导致双电网同时断线时，异物监控系统发出设备故障报警信息并向信号列控系统发送灾害报警信息，有效防止或减少异物侵限灾害对高速铁路列车运行安全的影响。
结语
随着我国高速铁路的不断发展，灾害监测系统已经成为保证高速铁路列车运行安全的重要基础装备之一，属重要的行车设备。异物监控系统作为高速铁路灾害监测系统的重要组成部分，在有效防止或减少异物侵限灾害对高速铁路列车运行安全的影响方面的作用日益显现。
天兴洲公铁两用桥异物监控系统对其他在建、待建公铁两用桥异物监控系统具有指导意义。在运营维护过程中需对公铁两用桥异物监控系统不断优化和完善，以保证系统性能稳定，工作可靠，在提高运输效率，确保行车安全等方面发挥出良好的社会效益。
[1] TG/01—2014，铁路技术管理规程（高速铁路部分）[S].
[2]铁运[2010]28 号.关于印发高速铁路防灾安全监控系统管理办法（暂行）的通知[Z].中华人民共和国铁道部，2010.
[3]运技基础[2010]739 号.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[Z].铁道部运输局， 2010.
