既有铁路高陡边坡危岩落石报警系统设备开发及应用技术

既有铁路高陡边坡危岩落石报警系统设备开发及应用技术研究报告施工单位：中铁十九局集团第七工程公司编制人：黄胜平刘亚东屈振学于海军黄荣卓审批人：日期：2011年12月20日既有铁路高陡边坡危岩落石报警系统设备开发及应用技术研究报告第七工程有限公司黄胜平刘亚东屈振学于海军黄荣卓一前言目前，运营铁路防灾对象包含山洪泥石流、危岩落石、防护结构坍塌等，除了加强防护措施外，国内对此类铁路灾害预报机制和设备不尽完善，还处于研究试用阶段，主要分为视频图像和力学监测两大类。视频图像类有移动视频监测系统、异物侵限监测系统，其原理为采用数字图像监控技术对铁路重点危险处进行灾害监控，运用无线通讯、网络等传输技术实现图像信息远程传递，对泥石流、崩塌落石、滑坡等灾害进行预报预警，但此类设备价格昂贵，外界环境要求较高，现阶段不适宜大面积推广使用。第二类系统包括边坡坍塌预警系统，危岩落石（滚石）侵限报警系统。边坡坍塌预警系统的原理是在危险边坡内埋设力学传感器，当边坡应变超过一定限值时，传感器会发出信号至接收机，从而产生报警，但该系统由于应用价值不高，难以推广。二工程概况南昆铁路是我国一条重要的战略交通线，是西南地区的交通大动脉，沿线地质条件非常复杂，有“地质博物馆”之称。南昆铁路在20世纪90年代初修建，限于当时的修建水平和复杂地质条件，目前存在很大的安全隐患，其中高边坡危岩落石、挡墙坍塌等次生灾害严重威胁铁路运营安全。目前在铁路沿线危险点布置了大量人工监测点，二十四小时对高、中危点素质影响，主观性较强，且边坡一旦突然发生滑移崩塌或泥石流，将威胁监测人员生命安全，致使无法报警。三、研究内容及主要技术性能指标1研究内容本技术使用的危岩落石报警系统由我公司南钦指挥部和南宁铁路局科学技术研究所、工程管理所联合开发，所研究的危岩落石报警系统由防护检测网、传感器、信号接收机和报警装置组成，其原理是在危岩落石、边坡坍塌看护地点，合理设置检测网（带传感器），通过对检测网上传感器的实时监测信息确定检测网状态。当监测发现危岩落石撞倒、撞斜检测网时，立即启动现场声光报警设备，通知现场看守人员（高危点），启动应急处理程序；同时通过无线列调直接对进入列调覆盖范围内的行车司机和车站进行报警，通知其采取紧急措施。现场看守人员也可根据现场需要通过人工控制模块直接操作设备进行报警、停止报警和安全报告。技术关键是研究边坡危岩落石预警系统高准确率、及时性能，全自动化控制。报AC220V引入检测网电缆电缆电缆无线列调天线声光报警手动报警操作箱1号设备箱2号设备箱天线馈线电缆电缆图1危岩落石报警系统现场设备布局示意图终端盒危岩点警原理及过程如下图1所示。图1边坡危岩落石报警系统示意图2主要技术性能指标（1）该技术简单、实用、有效，设备可复制性高，有条件大面积推广应用。（2）报警系统功率仅为500W，直接利用铁路既有电源引入，耗能低，绿色环保。报警装置自动化程度高，能与人工协同工作。报警精确度高，实时性好。（3）该技术能够保证报警系统独立工作，无须占用铁路其他设备资源，不需要第三方技术服务，可靠性和稳定性较高。四报警系统开发、安装施工研究1检测网设计安装根据铁路局科研所室内试验研究成果，检测网分两类，一类是铁路边坡已经安装的柔性被动防护网，可防危岩落石及异物侵入铁路限界；第二类是根据边坡隐患特点，为防止泥石流或挡墙坍塌，分为在工厂定做的检测网和现场加工的检测网。工厂集中加工的检测网最初采用钢管立柱和φ6.5铁丝网组装而成，由于都是定型尺寸，在实际安装中多有不便，且立柱刚度不够，容易引起误报，现改为现场加工或利用柔性被动防护网。检测网主要由立柱和网片组成，立柱采用100*40*6槽钢，网片采用40*5扁铁焊接而成，间隔20*60cm，每4栏网片为一联检测单元，每联网片的顶端扁铁不断开，保持与下联网片相连，以保证检测网的整体性，使得整个检测网既要有一定的刚度，还要有一定的柔度。检测网必须有防腐体系，先刷一层防锈漆，再刷一层中灰色普通油漆，以增加检测网的使用年限。立柱埋入地下50cm，基础采用C20混凝土浇筑，基础断面50*50cm。现场加工检测网的设计如图2。2传感器安装检测网（带传感器）是整个报警系统设备的基础，其安装应该遵循当有灾害发生时，安装有传感器的检测柱必须倾斜或倒塌的原则，安装位置及方式应根据防洪点的现场情况和检测网的类别来确定。（1）现场自制的检测网安装方法如下：在槽钢立柱上焊一扁铁，作为传感器安装支架，每一联安装1个传感器，传感器之间用二芯电缆串联。二芯电缆的保护管沿最顶层扁铁延伸，保护管采用不锈钢铁丝固定在扁铁上，在传感器安装支架处断开，便于二芯电缆和传感器相连。图2检测网安装设计图图3柔性被动防护网传感器安装图（2）柔性被动防护网两根型钢立柱一般间距6-10米，在型钢立柱上焊接传感器支架，如图3。（3）有些边坡防护采用了柔性被动防护网和主动网相结合的联合防护系统，在主动网的中间锚入一根50cm的槽钢，在槽钢顶部焊接传感器支架。埋设位置可以选择一些有危岩传感器标记的地段。3电源引入警报发射装置功率约为500W，利用铁路10KV贯通线或车站电源提供220V交流电源。在区间没有低压电源地段，需要从10KV的贯通线T接电源，安装变压器、配电箱、多功能电子表等设备，输出220V低压交流电源以供报警系统使用，车站地段直接接入低压电源。在报警设备箱内，配有应急电源，在停电或出现其他紧急情况不能供电的情况下，应急电源自动切换，可以持续供电48小时，同时报警装置会发出报警信息，表明设备在启用应急电源，提示工务维护人员及时检修电源。4报警装置安装（1）报警设备组成报警装置主要包括信号柱、1号设备箱、2号设备箱和方向盒。信号柱上安装报警闪光灯、语音喇叭、无线发射天线和控制箱。1号设备箱中有信号模块、报警语音模块、无线电设备，2号设备箱与方向盒和电源线相连，并将信号转换后传输至1号设备箱。信号电缆分为两类，一类是连接传感器、传感器引至方向盒的二芯电缆；第二类是连接2号设备箱与方向盒、1号设备箱的六芯信号电缆。设备箱连接如图4所示。图4报警设备连接示意图（2）报警设备安装为了保证列车司机从视线、语音和无线信号接收上没有盲区，曲线地段的报警装置位置应选在曲线外侧，铁路线路的前后没有物体遮挡，靠近隧道地段，在洞口使用信号放大器等辅助设备增加无线信号传输距离。设备箱基础采用C25混凝土浇筑，进出设备箱的电缆采用钢管保护，管口间隙处用胶泥封死，并做好防水、防盗。报警设备如图5所示。（3）信号电缆敷设六芯信号电缆作为连接传感器和检测控制单元的信号通路，安装时应该结合电缆方向盒的安装，遵循选取最短直线距离的安装原则，即电缆方向盒和2号设备箱通过最短的信号传输电缆相连；如果2号设备箱和检测网分处于轨道两侧，也应选择最短的直线距离穿越过轨道铺设电缆。（4）防雷保护防雷地线用于对现场设备进行防雷屏蔽保护。防雷地线的制作应该遵循直接对地电阻小于10Ω的原则。图5报警设备图五工程实例危岩落石报警系统主要适用于两类地质灾害隐患的既有铁路高陡边坡：第一是岩质高陡边坡，坡面松散，孤石林立，可能已经装有柔性被动防护网，但滚石具有较大的势能，可能冲破或直接越过防护网侵入铁路而威胁行车安全，南昆铁路贵州境内的此类边坡较多；第二类是高陡土质边坡，植被条件差，坡脚有挡墙或其他圬工硬防护，主要灾害隐患是挡墙坍塌和泥石流，南昆铁路广西段此类边坡较多。南昆线百色至兴义段装有10套本技术的危岩落石报警系统，已全部开通运营，目前大部分危险点已取消人工看守，现设备状态良好，得到了南宁铁路局领导的一致好评。该报警系统相对于视频图像类报警设备，成本低廉，能源利用可以采用铁路贯通线接电引入，社会成本较低，对铁路运营环境、地理环境没有污染和影响。设备成套生产后，预计成本在20～30万元左右，以南宁局百色工务段为例，用该设备取代人工监测后，5年内可以节约400万元，并大大减少工务段广大干部职工的工作量，经济效益非常可观。