天興洲公鐵兩用橋異物侵限監測控制系統研究

丁 封

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，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的公鐵兩用橋，是京廣高鐵重要的過江通道，同時也是武漢三環線城市快速路的重點工程。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43 分，天 興洲公鐵兩用橋發生一起拖掛汽車貨物傾落撞毀防拋網，貨物墜落至鐵路橋面，砸壞橋梁欄桿、信號機、接觸網回流線的事故。由于天興洲公鐵兩用橋未設置異物侵限監測控制系統（以下簡稱異物監控系統），事故造成22 趟列車晚點和改線，京廣高鐵列車限速通過。

3 方案研究

下面分別從系統功能、系統設置和系統的先進性等三個方面對天興洲公鐵兩用橋異物監控系統進行研究。

3.1 系統功能

異物監控系統是高速鐵路災害監測系統的重要組成部分。在法國、日本、西班牙等國家的高速鐵路系統中均設置了異物監控系統。異物侵限監控系統對公跨鐵橋的異物侵限進行實時監測，主要監測機動車、大型貨物因故越過護欄、防拋網而侵入高速鐵路限界并控制列車運行，為調度指揮及維護管理提供報警、預警信息，有效防止或減少異物侵限災害對高速鐵路列車運行安全的影響。

3.2 系統設置

3.2.1 總體構架

總體構架如圖1 所示。

3.2.2 系統結構（圖2）

異物監控系統結構由異物侵限監測裝置、現場控制箱、監控單元和連接電纜等組成。

3.2.3 異物監測裝置長度計算

（1）基本參數

根據《關于印發<高速鐵路防災安全監控系統—公跨鐵立交橋異物侵限監測方案>的通知》（運技基礎[2010]739 號）有關要求，天興洲公鐵兩用橋與高速鐵路線路的關系如圖3 所示。

天興洲公鐵兩用橋具體參數如下：

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）長度計算

異物監測裝置長度按以下公式計算：

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施）及過往的滿載中重型汽車較多，車速較快，超速超載嚴重等情況，為保證異物監控系統的可靠性，異物監測裝置長度在理論計算的基礎上結合現場實際情況進行適當延長。結合天興洲公鐵兩用橋現場實際情況，建議北京方向和廣州方向異物監測電網設置范圍按550m 和250m 考慮。

由于異物侵限監測電網連續防護長度過長，基于系統中雙電網傳感器信號的穩定傳輸需求，結合天興洲公鐵兩用橋現場實際情況，建議按每80m 視為一個異物監測點對防護長度進行等效劃分。

3.2.4 異物監測裝置安裝（圖4）

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

水平承重網不設置電網傳感器，僅起結構支撐、維護檢修平臺作用；水平承重網每單元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 監控單元設置

（1）設置原則

監控單元為寬600mm、厚600mm、高2200mm 的標準機柜。機柜安裝在京廣高鐵既有的兩個災害監測機房內。

（2）設備組成

監控單元由主機模塊、各種異物侵限監測功能模塊、繼電器組合模塊、防雷單元、UPS 電源、機柜等組成。

（3）主要功能

監控單元接收由異物侵限監測點現場傳來的數據和信息，完成異物侵限監測數據的采集、初步分析和處理。

在異物侵限監測雙電網同時損毀時，監控單元通過繼電接口，將報警信息送至車站列控中心，以控制相應車站或區間的列車實施緊急制動并停止運行。

3.2.6 監控數據處理設備

既有京廣客專災害監測系統已在武漢站災害監測機房設有一套安全監控數據處理設備，主要負責實時接收管轄范圍內各監控單元傳送來各種信息，對實時數據進行存儲、分析處理、顯示、打印等，并根據信息內容提供相應級別的防災報警、預警等信息，根據列車運行管制規則提供限速、停運等信息，同時將報警信息上傳至調度所。

數據處理設備由數據庫服務器、應用服務器、磁盤陣列、維護終端、網絡交換機、打印機、告警箱、防雷單元、UPS電源及防火墻等設備組成。

數據庫服務器為雙機熱備方式，配一套磁盤陣列作為擴展存儲設備，內設災害監測系統各功能系統相關監控數據表，存儲災害監測系統各種信息。數據服務器具備故障自動轉移功能，保證主機設備穩定運行。

應用服務器負責采集監控單元主機傳入監測點狀態信息及設備狀態信息，將災害監測系統各種信息、報警信息等歷史記錄存入數據服務器。應用服務器為雙機熱備方式，任一臺發生故障、任意網絡發生故障不影響系統正常運行，提高整個系統的安全性和可靠性。

天興洲公鐵兩用橋異物監控系統對監控數據處理設備進行軟件修改。

3.2.7 調度所設備

在武漢客專調度所京廣高鐵一臺已設有一套調度監控終端設備，由監控終端、接口轉換設備、防雷單元等設備構成。

監控終端設于行車調度臺旁，從武漢站監控數據處理設備讀取各種報警信息，并根據信息內容向行車調度員提供預警、報警及行車管制預案等命令信息。

天興洲公鐵兩用橋異物監控系統對監控數據處理設備進行軟件修改。

3.2.8 工務終端設備

在武漢鐵路局工務處調度室和武漢橋工務段已分別設置有一套工務終端。工務終端以圖形、文本并音響報警等方式，提供風、雨、異物侵限及設備故障等報警、預警信息和相應的工作預案，并具備信息查詢和報表輸出功能。

天興洲公鐵兩用橋異物監控系統對上述兩處工務終端進行軟件修改。

3.2.9 傳輸網絡

（1）構建業務專網，實現監控單元、監控數據處理設備、工務終端以及調度所設備間的信息傳輸。

（2）利用傳輸設備FE 接口，為異物監控系統提供專用傳輸通道，報警信息和維修預警信息傳輸至工務終端。

（3）系統采用雙以太網、TCP/IP 協議并滿足信息傳輸的實時性要求。為確保信息傳輸的可靠性，雙網絡接口分別接入通信傳輸及接入系統的不同業務板卡。

（4）網絡設備具備雙10/100 以太網口及自動檢測、切換功能。

（5）傳輸網絡均利用既有京廣高鐵通信傳輸設備。

3.2.10 傳輸電纜

異物監測電網至現場控制箱采用PTYA23 普通信號電纜，現場控制箱至監控單元間采用PTYL23 型鋁護套電纜；監控單元至列控中心采用PTYL23 型鋁護套電纜。

3.3 系統的先進性

（1）異物監測電網由新型復合材料制作，在網格內置監測電網，目視范圍內沒有電線。采用此種方案能減輕監測電網的重量，減少因電網斷線造成的誤報警，并能夠監測到較小尺寸的異物。

（2）異物監測電網采用雙電網冗余方式，當異物侵限導致雙電網的一路電網斷線時，異物監測系統發出設備故障報警信息，不向信號列控系統發送災害報警信息，不影響高速列車正常行車；當異物侵限導致雙電網同時斷線時，異物監控系統發出設備故障報警信息并向信號列控系統發送災害報警信息，有效防止或減少異物侵限災害對高速鐵路列車運行安全的影響。

結語

隨著我國高速鐵路的不斷發展，災害監測系統已經成為保證高速鐵路列車運行安全的重要基礎裝備之一，屬重要的行車設備。異物監控系統作為高速鐵路災害監測系統的重要組成部分，在有效防止或減少異物侵限災害對高速鐵路列車運行安全的影響方面的作用日益顯現。

天興洲公鐵兩用橋異物監控系統對其他在建、待建公鐵兩用橋異物監控系統具有指導意義。在運營維護過程中需對公鐵兩用橋異物監控系統不斷優化和完善，以保證系統性能穩定，工作可靠，在提高運輸效率，確保行車安全等方面發揮出良好的社會效益。

[1] TG/01—2014，鐵路技術管理規程（高速鐵路部分）[S].

[2]鐵運[2010]28 號.關于印發高速鐵路防災安全監控系統管理辦法（暫行）的通知[Z].中華人民共和國鐵道部，2010.

[3]運技基礎[2010]739 號.關于印發《高速鐵路防災安全監控系統—公跨鐵立交橋異物侵限監測方案》的通知[Z].鐵道部運輸局， 2010.