Новые подходы к мониторингу железнодорожного пути
реклама
Новые подходы к мониторингу железнодорожного пути Авторы: Михалкин И.К., Симаков О.Б., Седелкин Ю.А., Атапин В.В., (НПЦ ИНФОТРАНС) Одним из основных требований ПТЭ является то, что все элементы железнодорожного пути: верхнее строение пути, искусственные сооружения, а также земляное полотно должны по прочности, устойчивости и состоянию обеспечивать безопасное и плавное движение поездов со скоростями, установленными на данном участке. Кроме того, эффективное содержание как всей железнодорожной инфраструктуры, так и отдельных ее элементов невозможно без полного представления о ее реальном состоянии и развитии. В Стратегии развития железнодорожного транспорта РФ одним из важнейших требований является разработка принципиально новых комплексных систем и подходов к диагностике и мониторингу объектов инфраструктуры с последующим сосредоточением данных в центрах обработки информации. Расстройства верхнего строения пути зачастую не являются отражением плохого текущего содержания пути, а являются следствием ненадлежащего состояния земляного полотна, выраженного в нестабильности насыпи и балластного слоя, деформации земляного полотна, наличии выплесков и других нарушений. При обнаружении таких мест необходимо проведение более глубокого анализа и выявление истинной причины расстройства как верхнего строения пути, так и земляного полотна в целом. Для проведения анализа и решения поставленных задач необходимо, прежде всего, быстрое и своевременное получение максимально полной информации о состоянии контролируемого объекта. В настоящее время основным поставщиком такой информации являются современные автоматизированные средства диагностики: путеизмерительные вагоны-лаборатории. Данные средства диагностики пути позволяют не только контролировать параметры геометрии рельсовой колеи (рихтовка, просадка, уровень и т.д.), но и проводить их всесторонний углубленный анализ и мониторинг во времени. Особое место в ряду диагностических средств занимают комплексы «ЭРА», которые позволяют во время одной поездки получить максимально полную информацию о состоянии не только основных, но и дополнительных параметров по техническим объектам инфраструктуры (всего более 120 параметров) в привязке к путевой и геодезической системам координат. При этом следует отметить значимость применения диагностического комплекса «ЭРА» для контроля и оценки состояния земляного полотна. Установленная на диагностическом комплексе система георадиолокационного зондирования подповерхностных слоев насыпи и балластной призмы, благодаря использованию антенн с различными частотами излучения, дает возможность обнаружения не только деформаций основной площадки земляного полотна, но и нарушений границ конструктивных слоев и области увлажнения на глубинах до 10-12 м. Система пространственного сканирования позволяет осуществлять контроль очертания балластной призмы и земляного полотна (ширина плеча балластной призмы, основной площадки земляного полотна, крутизна уклона насыпи), что совместно с данными системы обзорного видеонаблюдения, дающей наглядную картину состояния как верхнего строения пути, так и земляного полотна, и возможность фиксировать нарушения в их содержании (избытки или недостатки щебня в шпальных ящиках, засоренность водоотводных канав, наличие растительности и др.), дает возможность составить полное и объективное представление о состоянии земляного полотна. Интересной разработкой, актуальной для мониторинга земляного полотна, является ручной автоматизированный диагностический комплекс – ручной путеизмеритель РПИ. РПИ позволяет не только контролировать основные геометрические параметры рельсовой колеи, но и вести высокоточную съемку продольного профиля пути, осуществлять пространственное сканирование и определять очертания балластной призмы и основной площадки, междупутное расстояние, опоры и подвеску контактной сети. Преимуществом РПИ является возможность его использования в тех местах, где невозможно или нецелесообразно использовать диагностические комплексы «ЭРА», для оперативной проверки на локальных участках пути, участках пути, которые требуют особо тщательного контроля и мониторинга за состоянием земляного полотна, а также при ремонтных работах и для контроля качества их выполнения. Кроме того, появляется возможность сопоставления данных вагонапутеизмерителя (нагруженное состояние пути) и РПИ (ненагруженное состояние пути) и выявления ослабленных и нестабильных участков верхнего строения пути и земляного полотна. Для проведения прогнозирования состояния земляного полотна, оценки изменения состояния балластной призмы, определения мест с повышенной увлажненность и деформациями основной площадки земляного полотна, своевременного определения их перехода в опасное состояние необходим его систематический мониторинг и контроль во времени. Такую возможность дает, разработанная в НПЦ ИНФОТРАНС информационно-аналитическая система комплексной диагностики железнодорожной инфраструктуры «ЭКСПЕРТ», которая обеспечивает сбор, хранение, накопление, верификацию, синхронизацию и интеграцию данных. Информацию, формируемую системой «ЭКСПЕРТ», могут использовать внешние приложения, которые будут вести комплексный анализ данных в различных проекциях. В настоящее время уже разработаны два таких приложения: - программа автоматизированного расчета частично работоспособного (предотказного) состояния железнодорожной инфраструктуры УРРАН-RAMS, разработанная НПЦ ИНФОТРАНС по поручению старшего вице-президента ОАО»РЖД» Валентина Александровича Гапановича. Эта программа, на основе методологии комплексного управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на железнодорожном транспорте позволяет в автоматическом режиме оценивать и определять состояние любого по протяженности участка пути, (км, м, перегон, станция, направление) с учетом существующих рисков и грузонапряженности, а также выявлять участки пути, требующие ремонта, и оптимизировать затраты на содержание инфраструктуры, исходя из ее реального состояния и развития. Кроме того, на основании данных системы УРРАН-RAMS можно выявлять проблемные места пути, состояние которых является следствием расстройства земляного полотна, и не может быть полностью выправлено текущим содержанием пути; - программа «StabWay», разработанная по методике МИИТа и реализованной специалистами НПЦ ИНФОТРАНС для оценки и мониторинга состояния земляного полотна. В настоящее время эти системы в локальном варианте установлены на всех дорогах, а полный, сетевой, Web-ориентированный вариант проходит опытную эксплуатацию на Куйбышевской железной дороге. Рассмотрим несколько примеров анализа технического состояния железнодорожного пути на Куйбышевской железной дороге. Система «ЭКСПЕРТ» и программа расчета предотказного состояния позволяют выявлять проблемы, связанные с земляным полотном, так как они проявляются в геометрии пути как постоянно неблагополучные участки. Эти участки невозможно привести в порядок только текущим содержанием, так как проблемы имеют более глубинный характер и связаны с земляным полотном. Пример 1. Рис. 1 На рисунке 1, на основании карты развития предотказов (состояния пути), полученной по данным регулярных проверок вагонов-путеизмерителей за 2 года (январь 2011 – январь 2013 г.), при анализе 754 км видно, что его состояние по геометрии рельсовой колеи на ПК 2, ПК3 и ПК4 на протяжении 2 лет является стабильно неблагополучным и постоянно ухудшающимся. После проведения в апреле 2012 г. работ текущего характера состояние пути на данном километре на короткое время улучшилось, но затем снова вернулось в прежнее состояние. Анализ состояния земляного полотна на 754 км был выполнен по методике, разработанной МИИТом и реализованной специалистами НПЦ ИНФОТРАНС в программном обеспечении «StabWay» (рисунок 2) Рис.2. На рисунке 3 представлен график мониторинга земляного полотна на 754 и показано превышение положительного приращения ССКО (зеленая линия) заданного порога (красная пунктирная линия) на период май-ноябрь 2012 г. Рис. 3 При дальнейшем анализе поперечного профиля земляного полотна с использованием графиков поперечного профиля, а также системы обзорного видеонаблюдения видно ненадлежащее содержание земляного полотна на 754 км: - при проведении путевых работ была нарушена технология выполнения работ – произведена отсыпка старого щебня на откос насыпи, который препятствует пропуску грунтовых и подземных вод и способствует развитию нестабильности земляного полотна в данном месте; - отсутствуют дренажные канавы; - излишнее количество щебня в шпальных ящиках; - наличие растительности на откосах земляного полотна. Рис.4 В результате анализа состояния земляного полотна на 754 км по данным георадиолокационного зондирования можно увидеть места основной площадки земляного полотна с высокой увлажненностью и деформациями (рисунок 4). Пример 2. Рис.5 На рисунке 5 на карте развития состояния пути (предотказов) показан пример неблагополучного состояния пути, где также на 779 км на протяжении длительного времени видны развивающиеся ухудшения состояния пути по геометрии рельсовой колеи, достигшие максимума в 2012 г. Рис.6 При дальнейшем анализе данного километра в программном обеспечении «StabWay» на протяжении практически всего километра видны превышения положительным приращением ССКО заданного порогового значения. Также на рисунке 6 представлена ведомость участков с нестабильным состоянием земляного полотна. Анализируя данные, полученные с диагностических комплексов «ЭРА» по состоянию поперечного профиля земляного полотна, системы обзорного видеонаблюдения, а также системы георадиолокационного зондирования, можно обнаружить нарушения, связанные с состоянием земляного полотна в виде отсутствия дренажных канав, а также наличия выплесков пути и мест с высокой увлажненностью и деформациями земляного полотна (рисунки 7 и 8). Рис.7 Рис.8 Интересным представляется анализ участка пути Северо-Кавказской железной дороги с уложенной объемной георешеткой, выполненный в системе УРРАН-RAMS с целью оценки эффективности применения объемной георешетки. Для анализа был выбран перегон Невинномысская-Киан (1 путь) протяженностью около 19 км, на котором в 2011 г. в рамках проведения реконструкции (модернизации) железнодорожного пути была уложена объемная георешетка. Конструкция пути: рельсовые скрепления КБ, рельсы Р65, ЖБ, Щ, преимущественно кривые участки пути (порядка 20-ти), минимальный радиус кривой R = 830 м. По результатам анализа данного участка в системе УРРАН-RAMS, согласно динамике развития интенсивности предотказов геометрии рельсовой колеи (рисунок 9) наглядно видно, что после проведения реконструкции (модернизации) железнодорожного пути с укладкой в путь объемной георешетки состояние пути является стабильным, без явных признаков деградации. Рис.9 Рис.10 Однако при более детальном анализе данного участка и просмотре карты развития предотказов пути (рисунок 10), а также ее динамики за период с июля 2010 г. по февраль 2013 г., можно отметить, что на первых 4-х километрах перегона Невинномысская-Киан (1 путь), где была уложена объемная георешетка, деградация пути развивается значительно быстрее, чем на остальных километрах (рисунок 11, 12, 13 и 14). Рис.11 Рис.12 Рис.13 Рис.14 Данный факт свидетельствует о том, что при производстве ремонтных работ с использованием объемной георешетки значительную роль играет качество выполнения и строгое соблюдение технологии ремонтных работ. На начальных этапах работы (1736-1739 км) еще велась отработка технологии укладки объемной георешетки и были допущены отдельные нарушения, которые привели к тому, что указанные километры имеют относительно высокий уровень динамики деградации по сравнению с теми километрами, на которых технология уже была отработана и выполнялась в полном объеме. Таким образом, в настоящее время на сети железных дорог России не только появились современные диагностические средства, позволяющие получать информацию о состоянии земляного полотна в объеме, достаточном для выявления его проблем, но и созданы и уже успешно применяются информационно-аналитические системы, способные оказать большую помощь в своевременном выявлении проблем земляного полотна и адресном планировании ремонтных работ необходимого уровня именно там, где это нужно, и именно тогда, когда это нужно.
