Распоряжение ОАО РЖД от 12.12.2012 N 2541р
ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»
РАСПОРЯЖЕНИЕ
от 12 декабря 2012 г. N 2541р
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ИНСТРУКЦИИ ПО ВИБРОДИАГНОСТИКЕ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ
В целях повышения качества диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО «РЖД»:
1. Утвердить и ввести в действие с даты подписания прилагаемую Инструкцию по вибродиагностике насыпей на слабых основаниях (далее — Инструкцию).
2. Директору Центра ИССО Сазонову В.Н. обеспечить:
а) тиражирование Инструкции и изучение ее причастными работниками;
б) проведение работ по диагностике земляного полотна на слабом основании в соответствии с требованиями Инструкции.
Вице-президент ОАО «РЖД»
А.В.Целько
УТВЕРЖДЕНА:
распоряжением ОАО «РЖД»
от 12 декабря 2012 г. N 2541р
ИНСТРУКЦИЯ
ПО ВИБРОДИАГНОСТИКЕ НАСЫПЕЙ НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ
Большое количество насыпей на слабых основаниях числятся потенциально-опасными объектами. На многих из них периодически происходят осадки, что вызывает необходимость ограничения скоростей поездов, а в отдельных случаях и закрытия их движения и восстановления насыпей в аварийном порядке. В связи с тем задача диагностики таких насыпей остается актуальной.
В настоящее время основными методами диагностики таких насыпей являются инженерно-геологические (бурение и шурфование) и геофизические методы (сейсмический, ЭДЗ, георадарный), а также испытания мобильными нагрузочными комплексами. Диагностика этими методами регламентирована «Технологическим регламентом», утвержденным Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» от 04.12.2006 г.
Анализ данных методов диагностики показал, что всем им присуща диагностика не под нагрузкой от реально проходящих поездов, поэтому перспективным является применение вибрационного метода, когда диагностика насыпи выполняется непосредственно под нагрузкой от проходящих поездов. Суть метода состоит в фиксации процесса колебаний грунтов насыпи и основания сейсмостанцией при проходе поезда, параметры которого при наличии в грунтовом массиве ослабленных зон резко отличаются.
Данная Инструкция регламентирует порядок, технические требования и методику проведения вибродиагностики насыпей на слабых основаниях.
Инструкция разработана под руководством д.т.н. Ашпиза Е.С. на кафедре «Путь и путевое хозяйство МИИТа и в ООО «ЛогиС» по заказу Центра обследования и диагностики инженерных сооружений — филиала открытого акционерного общества «Российские железные дороги».
1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ И СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1 В основу метода вибродиагностики положено измерение параметров колебательных (вибрационных) процессов в железнодорожной насыпи, происходящих при проходе поезда по участку, и оценке в зависимости от их величин состояния насыпи и возможности перехода ее в нестабильное состояние.
1.2 В качестве параметров колебаний грунта, по которым производится диагностирование насыпи на слабом основании, принимаются значения скоростей колебаний (виброскоростей в мм/сек), соответствующие им частоты f (Гц), а также их изменение по откосу от бровки до подошвы.
1.3 Вибродиагностика выполняется на насыпях, расположенных на болотах или на других слабых основаниях. В соответствии с СП 32-104-98 к слабым основаниям относят мокрые основания, сложенные переувлажненными грунтами. Переувлажненные грунты могут быть представлены как минеральными (глинистые), органо-минеральными (илы, сапропели, заторфованные грунты), так и органическими (торф) грунтами.
1.4 Вибродиагностика выполняется с целью выявления потенциально-опасных участков насыпей, расположенных на слабых основаниях, которые могут при существующих эксплуатационных параметрах движения (осевые нагрузки, скорости движения, грузонапряженность, наличие тяжеловесных и длинно составных поездов) либо в случае их изменения в сторону увеличения переходить в неустойчивое состояние, приводящее к осадкам и потере устойчивости.
1.5 Вибродиагностика должна выполняться при прохождении по насыпи поездов с эксплуатационными нагрузками и скоростями движения во всем диапазоне их изменения. В том числе для условий движения тяжеловесных и длиносоставных поездов, поездов с повышенными осевыми нагрузками, а также скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов.
1.6 Вибродиагностика может выполняться для насыпей на слабом основании без ограничения по высоте насыпи, толщине слабых грунтов в основании и конструкции насыпи, в том числе на насыпях с выполненными противодеформационными мероприятиями (бермами, свайными укреплениями и др.).
1.7 Вибродиагностика должна вписываться в общий комплекс диагностических работ, выполняемых для земляного полотна железных дорог. Вибродиагностика может быть использована на этапах:
— предварительного диагностирования объектов;
— детального диагностирования объектов;
— режимных наблюдений за объектами.
1.8 Выполнение работ по вибродиагностике не должно создавать помех для движения поездов и требовать перерыва в их движении или ограничения скоростей движения.
1.9 Работы по вибродиагностике должны отвечать требованиям следующих нормативных документов ОАО «РЖД»:
— Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, утвержденных Приказом Минтранса России от 21.12.2010 N 286;
— Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации, утвержденной Приказом Минтранса России от 04.06.2012 N 162;
— Инструкции по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации, утвержденной Приказом Минтранса России от 04.06.2012 N 162;
— Инструкции по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544, Утв. МПС РФ 30.03.1998 г.
— Положения о системе ведения путевого хозяйства ОАО «Российсикие железные дороги», утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 02.05.2012 г. N 857р;
— Технологического регламента диагностики и режимных наблюдений за объектами земляного полотна для постоянной эксплуатации», утвержденным Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» от 04.12.2006 г.
— Методики паспортизации и мониторинга состояния земляного полотна в неблагоприятных инженерно-геологических условиях, утвержденной Департаментом пути и сооружений 30.11.2008 г.
1.10 Вибродиагностика предназначена для применения Московской обследовательской станцией по земляному полотну и Мерзлотной станцией Центра ИССО ОАО «РЖД». Она также может быть использована работниками инженерно-геологических баз дирекций инфраструктуры.
2 ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ. ПЕРИОДИЧНОСТЬ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
2.1 На этапе предварительного диагностирования вибродиагностика может выполняться плановым порядком на всех участках насыпей, в основании которых выявлены слабые основания, что позволяет дать первую оценку состояния этих объектов и наметить дальнейшие действия по их обследованию.
В первую очередь предварительная вибродиагностика выполняется на объектах, которые либо числятся в паспортной документации дистанции пути как деформирующиеся или неустойчивые участки либо диагностированию подлежат участки насыпей со слабыми основаниями, на которых в ходе мониторинга в соответствии с Технологическим регламентом выявлена нестабильность рельсовой колеи.
2.2 На этапе детального диагностирования насыпей на слабых основаниях вибродиагностика дополняет другие виды диагностических работ, позволяя сделать комплексное заключение по диагностике под фактической нагрузкой от разных поездов.
2.3 Периодичность проведения повторных работ по вибродиагностике принимается при отсутствии деформаций и нестабильности рельсовой колеи и при неизменных параметрах движения (нагрузки на ось, скорости движения, грузонапряженность веса и длины грузовых составов) один раз в 5 лет.
При появлении деформаций или нестабильности геометрии рельсовой колеи, а также изменении параметров движения более чем на 10% выполняется повторная вибродиагностика.
2.4 На объектах, где происходят ежегодные деформации или имеется ограничение скорости движения поездов по причине деформаций земляного полотна могут устанавливаться режимные наблюдения с применением вибродиагностики, периодичность которых устанавливается индивидуально для каждого конкретного участка.
2.5 Измерения по возможности выполняются в период года, когда на участках фиксировались деформации или наблюдалась нестабильность геометрии рельсовой колеи.
Измерения могут выполняться и в период отрицательных температур воздуха при промерзших грунтах насыпи до времени начала промерзания переувлажненных грунтов в основании под насыпью.
Для сравнения на наиболее потенциально-опасных участках измерениия могут выполняться в разные периоды года.
2.6 На каждом объекте, выбранном для вибродиагностики, определяются поперечные сечения, в которых выполняются измерения колебаний от поездов. В качестве таких сечений принимаются поперечники, где по данным наблюдений зафиксированы максимальные величины деформаций или нестабильности геометрии рельсовой колеи. Кроме этого, для вибродиагностики могут быть приняты также сечения, где имеются какие либо характерные особенности насыпи (например, максимальная или минимальная высота насыпи, крутые откосы, бермы и т.д.).
Частота таких сечений должна быть не менее чем одно на пикет.
2.7 В каждом измерительном сечении на каждом откосе выбирается две наблюдательные точки: одна на бровке насыпи и другая на откосе у подошвы (рисунок 2.1). Расстояние между наблюдательными точками по откосу L принимается не менее 2 м.
См. Рисунок 2.1 — Схема наблюдательных точек
Для насыпей с бермами вторая наблюдательная точка принимается в точке пересечения откоса насыпи с полкой бермы (рисунок 2.1.б).
2.8 В каждой наблюдательной точке производится измерение виброскоростей по трем направлениям: z — вертикальному; y- горизонтальному поперек пути; х — горизонтальному вдоль пути.
2.9 Измерения виброскоростей осуществляются под графиковыми поездами. Измерения могут также проводиться под поездами опытных поездок, если необходима оценка возможности пропуска поездов с повышенными нагрузками, весом или требуется повышение скоростей движения.
2.10 Измерения выполняется для однородных групп поездов в количестве 3-5 поездов.
Однородной считается группа поездов, имеющих однотипные вагоны, вес поезда в группе должен отличаться не более чем на +/- 150 т, а скорости не более чем на +/- 10 км/ч.
3 КРИТЕРИИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ
3.1 В качестве критериев состояния насыпей на слабом основании для вибродиагностики принимаются следующие критерии:
амплитуды скорости колебаний (виброскорость) в диапазоне частот 0,1-10 Гц — v(z,y,x)(0-10), мм/сек;
амплитуды скорости колебаний (виброскорость) в диапазоне частот 10-100 Гц — v(z,y,x) (10-100), мм/сек;
коэффициент затухания колебаний по откосу насыпи — Бетта, 1/м;
характер спектра колебаний.
3.2 Амплитуда (двойной размах колебания, регистрируемый датчиком под каждой осью подвижного состава) скорости колебаний принимается средней величины из измерений для однородной записи (рисунок 3.1) по каждому направлению регистрируемому датчиком:
vz — вертикальная составляющая виброскорости;
vy — горизонтальная составляющая виброскорости поперек пути;
vx — горизонтальная составляющая виброскорости вдоль пути.
См. Рисунок 3.1 — Участок однородной записи для определения амплитуды
3.3 Коэффициент затухания колебаний по откосу насыпи Бетта определяется по каждому направлению регистрации колебаний, исходя из экспоненциальной зависимости, по формуле
v1
ln—-
v0
Бетта = ——————, (3.1)
L
где v1 и v0 — виброскорости соответственно на подошве откоса и на бровке насыпи; L — расстояние между датчиками по откосу.
3.4 Все диагностируемые насыпи на слабом основании по результатам проведения вибродиагностики классифицируются на три категории:
— устойчивая;
— относительно устойчивая;
— неустойчивая.
Оценка делается отдельно для каждого откоса насыпи (однопутной или многопутной) каждого измерительного сечения под каждой группой однородных поездов. Величины критериев, по которым выполняется классификация, приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 — Величины критериев для оценки состояния насыпи
|
Состояние насыпи |
Критерий |
||
|
Основной |
Дополнительные |
||
|
Средняя |
Коэффициент |
Характер спектра колебаний |
|
|
Устойчивое |
v0 < 15 |
Бетта>0,3 |
Низкие частоты (0,1-10 Гц) вносят |
|
Относительно |
15<= v0<= 50 |
0,1<= Бетта<= |
Низкие частоты (0,1-10 Гц) вносят |
|
Неустойчивое |
v0 >50 |
Бетта< 0,1 |
Низкие частоты (0,1-10 Гц) вносят |
При этом в оценке если по двум откосам состояние совпадает, то она относится к насыпи в целом, если оценка по откосам не совпадает, то для каждой стороны.
Оценка дается по основному критерию (амплитуде виброскорости на бровке насыпи). Если оценки по разным критериям не совпадают, то также указывается состояние по дополнительным критериям.
3.5 По результатам вибродиагностики принимается решение по дальнейшим мероприятиям на насыпи:
для насыпей, где зафиксировано неустойчивое состояние по основному критерию, рекомендуется проведение детальных изысканий и разработка проекта по усилению основания; при этом первоочередными являются насыпи, где неустойчивое состояние обнаружено по всем критериям;
для насыпей, где зафиксировано относительно устойчивое состояние по основному критерию или неустойчивое состояние по дополнительным критериям, рекомендуется установить мониторинг за состоянием объекта и по его результатам наметить мероприятия по усилению основания; мониторинг выполняется согласно требованиям Технологического регламента, как для потенциально-опасных объектов;
насыпи в устойчивом состоянии или относительно устойчивом состоянии по дополнительным критериям могут эксплуатироваться в обычном режиме.
4 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ВИБРОДИАГНОСТИКИ
4.1 Состав комплекса
4.1.1 Для вибродиагностики (измерения колебаний грунта насыпи под воздействием поездной нагрузки) применяется аппаратно-программный комплекс, состоящий из:
сейсмостанции (блока регистратора показаний сейсмоприемников);
сейсмоприемников (датчиков колебаний грунта);
блока питания;
комплекта кабелей;
компьютера;
программного обеспечения (ПО) для управления сейсмостанцией, преобразования и хранения информации от датчиков и обработки результатов измерений.
4.2 Требование к аппаратно-программному комплексу
4.2.1 Для проведения вибродиагностики должны быть использованы приборы и датчики имеющие серийное изготовление и сертификат о поверке измерительной аппаратуры
4.2.2 Аппаратно-программный комплекс должен:
— иметь широкий диапазон регистрируемых частот от 0,1 Гц до 100 Гц;
— иметь возможность регистрировать амплитуды виброскоростей до 100 мм/с.
4.2.3 Аппаратура, используемая при вибродиагностике должна иметь автономное питание, которого должно хватать не менее чем на 8 часов непрерывной работы.
4.2.4 Приборы и датчики должны иметь:
— защиту от пыли и влаги не ниже IP67;
— защиту от воздействий тяговых токов, атмосферных и коммутационных перенапряжений;
— функционирование при любых видах электротяги, путевой блокировки и системах электрической централизации на станциях.
4.2.5 Программное обеспечение системы должно быть лицензировано и включать программное обеспечение для обработки и анализа результатов диагностики, а также обладать понятным интерфейсом, обеспечивать возможность получения достоверной информации.
4.2.6 Информационные носители аппаратуры должны иметь память, не менее 64 Гбайт, обеспечивающую запись и хранение информации не менее чем на 2-х дневный объем работы и иметь скорость записи/чтения класса не ниже 6.
4.2.7 Датчики и аппаратура комплекса должны соответствовать классу К3 по ОСТ 32.146-2000, исполнения УХЛ, категория размещения 2 по ГОСТ 15150-69 и выдерживать воздействия с параметрами:
— верхнее значение предельной рабочей температуры +50 °С;
— нижнее значение предельной рабочей температуры -20 °С;
— характер изменения температуры — быстрый.
4.2.8 По требованиям устойчивости к воздействию химических веществ датчики должны быть устойчивы к химическому воздействию в грунтовой среде при рН от 4 до 8, и иметь биологическую стойкость к микроорганизмам и бактериям.
4.2.9 В качестве сейсмостанции, отвечающей приведенным требованиям, может быть рекомендован комплект оборудования на базе РСС «Дельта-03» (характеристика комплекта представлена в приложении А) или другой аналогичный серийно выпускаемый комплект.
4.2.10 В качестве сейсмоприемников, отвечающих представленным требованиям, могут быть использованы велосиметры марки СПВ-3К и геофоны (характеристика приведена в приложении А) либо другие их аналоги.
5.1 Порядок проведения работ по вибродиагностике насыпей на слабых основаниях следующий:
а) подготовительные работы;
б) полевые работы на объекте по измерению колебаний грунта;
в) камеральная обработка результатов измерений;
г) выдача заключения о состоянии объекта и рекомендаций по его эксплуатации и усилению.
5.2 В состав подготовительных работ входит:
осмотр насыпи и выбор сечений для измерений и схемы расстановки сейсмоприемников и места стоянок для сейсмостанции;
подготовка измерительной аппаратуры и датчиков к полевым работам;
ознакомление с графиком движения поездов и их характеристиками и составление плана полевых работ с определением однородных групп и количества поездов для записи и времени их прохождения по участку.
5.3 Полевые работы на объекте включают:
установку сейсмоприемников в грунт откоса насыпи в намеченных наблюдательных точках;
подключение кабелей между датчиками, аппаратурой, блоком питания и компьютером;
включение и проверку измерительной аппаратуры и компьютера;
запись колебаний грунта насыпи под выбранными проходящими поездами и первичная проверка кондиционности измерений;
демонтаж датчиков и аппаратуры и переход в соответствии с программой на другие сечения.
5.4 Для повышения точности обработки записанных данных рекомендуется, с помощью дополнительного оборудования (например, тензометрического оборудования), производить замер скорости и массы поездов непосредственно в полевых условиях при прохождении подвижного состава через исследуемое сечение.
5.5 Сейсмоприемники устанавливают на выровненную площадку с заглублением в грунт на 15-20 см с точным соблюдением направлений измерения (вертикаль, горизонталь поперек и вдоль пути).
5.6 Работу с измерительной аппаратурой выполняют в соответствии с руководством выполнения работ для данного типа оборудования. Порядок работы с измерительной аппаратурой приведен в приложении А на примере аппаратного комплекса «ДЕЛЬТА-03».
5.7 В ходе камеральной обработки для каждой однородной группы подвижных составов определяют средние амплитуды виброскоростей отдельно в диапазонах частот 0,1-20 Гц, 20-60 Гц и 60-100 Гц для каждой компоненты (по z, y и x) виброскорости для каждой наблюдательной точки.
Вычисляется по формуле (3.1) коэффициент затухания и строится характерный спектр колебаний.
5.8 Обработка осуществляется программно-вычислительным комплексом, входящим в аппаратно-программный комплекс для вибродиагностики.
Например, в аппаратном комплексе «ДЕЛЬТА-03» использован программный продукт «Дельта-02М». Примеры обработки результатов измерений в данной программе с оценкой центральной частоты записи, с проведением спектрального анализа на основе как традиционного преобразования Фурье, так и непараметрического (метод Уэлча) и параметрического метода (метод MUSIC) оценивания, позволяющие выделить регулярную часть процесса на фоне случайного сигнала, а также построение частотных спектров для оценки линейности или нелинейности изменения спектральных характеристик по мере движения состава и кросс-коррелограмм для оценки линейности или нелинейности процессов приведены в приложении А.
Приложение А
(рекомендуемое)
Методика вибродиагностики насыпей на слабых основаниях
(на основе аппаратного комплекса «Дельта-03»)
А.1 Состав аппаратурного комплекса и его основные характеристики
Для проведения вибродиагностики на насыпях со слабым основанием используется следующий комплект оборудования на базе РСС «Дельта-03», который состоит из:
— Блока регистрации «Дельта-03» (в дальнейшем БР) БР ИТЛЯ.416613.004-01 (8-ми канальный вариант — таблица А.1);
— Кабель питания ИТЛЯ.685621.060 (кабель 1);
— Кабель RS-232 ИТЛЯ.685621.087 (кабель 2);
— Кабель порта Ethernet ИТЛЯ.685621.089 (кабель 3);
— Антенна магнитная MCX для GPS-приемника Lassen — iQ;
— Устройство сменной памяти (Flash-диск фирмы «SanDisk» или «SimpleTech», подключаемый с помощью интерфейса PCMCIA тип II) емкостью до 32 Гбайт;
— GSM/GPRS модем совместимый с SIEMEN S ES75(для работ в варианте мониторинга);
— Сейсмоприемник типа велосиметр СПВ-3К — 2 шт <1>. (таблица А.2);
———————————
<1> В зависимости от схемы измерений могут быть использованы вместо геофонов дополнительно еще 2 шт. сейсмоприемника типа велосиметр СПВ-3К.
— Геофон «ОАО-Геоимпульс» — 2 шт. (таблица А.3)
— Батарея аккумуляторная напряжением 12В (возможно использование автомобильного аккумулятора);
— Компьютер совместимый с IBM-PC с характеристиками, не ниже:
— процессор Pentium IV — 1600;
— объем ОЗУ — 256 Мбайт;
— объем жесткого магнитного диска 60 Гбайт;
— наличие сетевой карты Ethernet 100Base-T или COM-порта;
— наличие интерфейса PCMCIA в случае применения переносного компьютера типа notebook.
Таблица А.1 — Основные характеристики (БР ИТЛЯ.416613.004-01) — 8 каналов
┌───────────────────────────────────────────┬───────────────────────────────────┐
│ Количество каналов │ 8 │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Мгновенный динамический диапазон │ 120 Дб │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ │ 0,05 (0,1)…7,5 Гц; │
│ │ 0,05 (0,1)…15 Гц; │
│ Диапазон регистрируемых частот │ 0,05 (0,1)…30 Гц; │
│ │ 0,05 (0,1)…60 Гц; │
│ │ 0,05 (0,1)…120 Гц; │
│ │ 0,05 (0,1)…240 Гц │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Коэффициент нелинейных отражений │ 0,005% │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Уровень шумов, приведенных ко входу │ 0,07 мкВ │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Величина подавления встроенных │ -20; 0; 20; 40 дБ │
│аттенюаторов │ │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Емкость ATA Flash-диска │ до 32 Гб │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Напряжение питания │ 9.. 27 В │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Потребляемая мощность │ 1,6 Вт │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Диапазон рабочих температур │ -40 °С… +60 °С │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Габаритные размеры │ 257х169х61 │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Масса │ 1,8 кг │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Нестабильность опорного │ -7 │
│ термостированного генератора │ 5 * 10 │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Установка и проверка точного времени │ по GPS автоматически │
├───────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────┤
│ Подстройка частоты │ по GPS автоматически │
└───────────────────────────────────────────┴───────────────────────────────────┘
Таблица А.2 — Технические характеристики велосиметра СПВ-3К
|
Наименование характеристики |
Значение характеристики |
|
Тип преобразователя |
емкостный |
|
Число компонент |
3 (вертикальная, |
|
Диапазон рабочих частот по уровню 3 Дб |
0.1…65 Гц |
|
Неравномерность АЧХ не более 1 Дб в диапазоне |
0,6…45 гц |
|
Динамический диапазон |
не менее 100 Дб |
|
Коэффициент преобразования |
400 В*)сек/м |
|
Максимальная амплитуда сигнала на симметричных |
+/- 3,5 В |
|
Постоянная составляющая на выходе |
не более +/- 10 мВ |
|
Обеспечивается работа при наклонах от |
+/- 15 градусов |
|
Встроенный генератор калибровочных импульсов |
запуск по команде от |
|
Питание: |
|
|
вариант 1. Двухполярное стабилизированное |
+/-6 В +/-10 % |
|
потребляемая мощность |
0,55 Вт |
|
вариант 2. Однополярное нестабилизированное |
6…25 В* |
|
потребляемая мощность |
0,65 Вт |
|
Диаметр |
160 мм |
|
Высота (с ручкой) |
135 мм |
|
Масса (без кабеля) |
2.9 кг |
|
Диапазон рабочих температур |
-30… +50 °С |
|
Пылевлагозащищенность |
IP67 |
*) Напряжение в СПВ-3К в заданном диапазоне обеспечивается преобразованием в сейсмостанции «Дельта-03»
Таблица А.3 — Технические характеристики геофонов «ООО-Геоимпульс»
|
Технические характеристики |
GS-20DX |
GS-20DX-2B |
|
Собственная частота, Гц |
10 +- 0.5 |
|
|
Коэффициент преобразования без шунта, В/м/с |
28 +- 2.8 |
|
|
Коэффициент преобразования с шунтом 1 Ком, В/м/с |
19.6 +- 2.0 |
|
|
Степень затухания в открытой цепи, % |
30 +- 1.0 |
|
|
Степень затухания с шунтом, % |
70 +- 10 |
|
|
Омическое сопротивление катушки, Ом |
395 +- 20 |
|
|
Коэффициент нелинейных искажений в %, не более |
0.2 |
0.3 |
|
Диапазон пропускаемых частот, Гц |
10 — 250 |
|
|
Допускаемый угол наклона в град., не более |
+- 20 |
+-10 |
|
Диапазон рабочих температур в град. С, не более |
от -35 до + 70 °С |
|
|
Габаритные размеры: диаметр, мм |
25.4 |
|
|
высота, мм |
33.0 |
|
|
Масса, г |
87.5 |
|
Блок регистрации управляется с помощью компьютера через организованный канал связи. Канал связи может быть как простым (при непосредственном подключении с помощью кабеля) так и сложным (при подключении через локальную или глобальную сети, при подключении через телефонные, GSM или спутниковые модемы). Для построения физического канала связи могут быть использованы два интерфейса:
1) интерфейс «Ethernet», обеспечивает построение канала при непосредственном подключении к компьютеру или при подключении к компьютеру через локальную сеть, обеспечивающего скорость обмена 10 или 100 Мбит/сек;
2) интерфейс «RS232», обеспечивающий построение канала связи при непосредственном подключении к компьютеру, при дистанционном подключении к компьютеру с помощью модемов (соединение CSD) и при дистанционном подключении к компьютеру через Internet с помощью модемов (соединение GPRS).
Для проведения работ рекомендуется использовать соединение непосредственно кабелем через «Ethernet»-порт.
Как правило, для качественной оценки достаточно анализа только вертикальной компоненты. Однако, оценка всех трех векторов даст больше информации о строении насыпи. Именно поэтому необходимо использовать аппаратуру, позволяющую проводить запись одновременно всех 3х компонент. Необходимость оценки горизонтальных составляющих выявляется на этапе анализа волновой картины по всем 3м компонентам. На этапе обработки обязательно проводить анализ всех 3х компонент поля. Если вклад горизонтальной компоненты оценивается как минимальный — возможно ее исключение из последующего анализа и рассмотрения. Для одновременной регистрации в большем количестве точек необходимо использовать больше количество РСС, синхронизированных во времени.
В дальнейшем возможна разработка и усовершенствование блока регистрации и его адаптация для одновременной регистрации более чем в 2х точках.
А.2 Работа с сейсмостанцией
На передней панели (рисунок А.1) установлены два светодиодных индикатора «ЛИНИЯ» и «КОНТР», а также кнопочный переключатель «ВКЛ».
См. Рисунок А.1 — Внешний вид передней крышки БР
Переключатель «ВКЛ» предназначен для включения и выключения БР. Задержка при выключении БР может достигать 3 секунд.
Индикатор «ЛИНИЯ» отображает подключение к интерфейсу Ethernet. Зажигание индикатора «Линия» отображает наличие подключения через интерфейс «Ethernet». При обрыве подключения индикатор гаснет. Периодическое зажигание индикатора «Линия» означает режим инициализации интерфейса «Ethernet».
Индикатор «КОНТР» отображает режим работы БР частотой зажигания. После включения БР выполняет следующие операции:
— инициализация и тестирование устройств;
— в случае работы с модемом проверить наличие успешного соединения с удаленным сервером, индицирование успешной операции в течение 1 сек (частота 17 Гц);
— если разрешена автоматическая запись, то перед началом записи БР переходит в режим установки точного времени (сдвоенное зажигание, счетверенное зажигание индицирует неисправность антенного фидера), после установки времени индицирование успешной операции в течение 2 сек (частота 25 Гц);
— переход в штатный режим работы (частота 1 Гц).
Далее необходимо выполнить следующие действия:
— Соединить БР с внешними устройствами в соответствии со схемой указанной на рисунке А.2. При этом при использовании интерфейса «Ethernet» подключить БР с помощью кабеля 3 к компьютеру или HUB локальной сети. При использовании интерфейса «RS232» подключить БР с помощью кабеля 2 к модему.
См. Рисунок А.2 — Схема подключения 8-ми канального БР к внешним устройствам
— Подготовить сейсмоприемники велосиметров СПВ-3К к работе, сейсмориемники необходимо устанавливать на выровненную площадку, рекомендуется заглубить приемники на 15-20 см, чтоб избежать влияния микросейсмов, выставить уровень (на сейсмоприемнике есть индикатора уровня), сориентировать ось Х приемника параллельно оси пути.
— При работе с геофонами установить геофоны (вертикальная компонента), в непосредственной близости от велосиметра. Геофоны должны иметь хороший контакт с поверхностью.
— При работе с датчиками давления сделать скважины, глубиной порядка 0,5 метров, залить их водой.
— Открутить крепежные винты крышки, закрывающей слот PCMCIA (рисунок А.3).
См. Рисунок А.3 — Внешний вид задней крышки БР.
— Установить Flash-диск (рисунок А.4) в слот «PCMCIA». Если Flash-диск не отформатирован, то предварительно отформатировать его с помощью устройства, поддерживающего интерфейс PCMCIA. При этом установить тип файловой системы: FAT16 или FAT32. Другие файловые системы не поддерживаются.
См. Рисунок А.4 — Подключение Flash-диска к БР
— Установить магнитную антенну GPS горизонтально так, чтобы над ней было открытое пространство, и окружающие объекты не препятствовали прохождению радиоволн со спутников до антенны.
— При использовании модема включить модем и дождаться завершения инициализации модема.
— Нажать кнопку «ВКЛ.» (см. рисунок А.1).
— Ожидать в течение 5 сек переход в режим анализа подключения внешнего модема.
— Ожидать перехода в штатный режим работы.
— При подключении через интерфейс «Ethernet» убедиться, что включился светодиод «Линия».
— В соответствии с руководством оператора на программу управления РСС «Дельта-02М» ИТЛЯ.00019.01 01 34 01РО (в дальнейшем РО) осуществить связь с БР, установить точное время БР (по GPS). В режиме автоматической записи время будет установлено автоматически.
— С помощью режима «прямой просмотр» программы управления РСС «Дельта-02М» убедиться в работоспособности подключенных сейсмоприемников.
А.3 Схемы расстановки датчиков
По одному сечению можно выполнять обследование при помощи одной многоканальной сейсмостанции «Дельта-03». В качестве основных регистраторов сигнала необходимо использовать 2 трехкомпонентных велосиметра СПВ-3К. Так как сейсмостанция «Дельта-03» имеет 8 каналов, оставшиеся 2 канала рекомендуется для изучения высокочастотных малоамплитудных колебаний с установкой на них геофонов. Могут быть использованы и другие схемы: например, подключение 4-х велосиметров и для каждого две компоненты: вертикальная и горизонтальная поперек пути.
Велосиметры следует устанавливать на бровке насыпи в 1,5 — 1.8 м от крайнего рельса и внизу, у основания, насыпи либо на полке бермы для насыпей с бермами. Рекомендуемая схема расстановки датчиков представлена на рисунке А.5.
См. Рисунок А.5 — Типовая схема расстановки датчиков.
Важно при установке велосиметров соблюдать ориентацию, выравнивая их в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ось х (указана на датчике в виде стрелки) всегда ориентируется параллельно оси пути. Велосиметры устанавливаются на выровненную горизонтальную поверхность и при необходимости заглубляются на 15-20 см, для избегания влияния микросейсмов (ветер, дождь и т. д).
При установке геофонов (вертикальная компонента) необходимо обеспечить хороший контакт с поверхностью, при необходимости создать искусственные условия или заглубить.
Рекомендуется в процессе обследования сравнивать участки, попадающие под категорию потенциально-опасные, с заранее известными участками в устойчивом состоянии. Для этого измерения проводятся двумя комплексами, синхронизированными по абсолютному времени при помощи GPS-приемников.
При необходимости сравнения 2х участков описанная выше схема наблюдений организовывается на каждом участке. Расстояние от ближнего рельса до велосиметра находящегося на бровке должно быть одинаковым для обеих расстановок и быть не менее 1,5 метров. Второй велосиметр всегда ставится у основания насыпи или на полке бермы (для насыпей с бермами).
Обязательно необходимо фиксировать параметры расстановки, указывая в полевом журнале положение сейсмоприемников и расстояния между ними. Эти данные в последующем будут необходимы для расчета скоростей и затухания.
Пример полевого журнала приведен в таблице А.4. Параметры скорость и вес поезда заполняются после проведения работ, по данным из ПЧ.
В случае необходимости детального анализа состояния обоих откосов насыпи, на объекте может быть реализован вариант наблюдения с использованием 2-х и более вибродиагностических комплексов (ВДК).
Для работы с 2-мя и более ВДК обязательным условием является их синхронизация между собой. Такие наблюдения необходимо выполнять, когда необходимо определить распределение вибрационных и динамических нагрузок, и характер их изменения по мере удаления от оси пути. При проведении таких обследований важно соблюсти равный шаг между велосиметрами.
По аналогии при необходимости можно организовывать расстановки с использованием 3-х, 4-х и т.д. вибродиагностических комплексов. Основными условиями организации системы наблюдения является регулярный шаг между датчиками и синхронизация сейсмостанций по абсолютному времени при помощи GPS-приемников.
А.4 Требования к сбору данных
В процессе наблюдения на каждом из выбранных участков необходимо организовать оптимальные условия работы. Наблюдения лучше проводить в сухую, не ветреную погоду, чтоб избежать наводок на кабели и соединительные линии, а так же свести количество возможных микросейсмов к минимуму.
Основные компоненты ВДК (сейсмостанция, коммутаторы и компьютер) должны быть укрыты от возможных осадков.
В процессе наблюдения необходимо организовать систему накопления данных, с целью увеличения достоверности и качества полученного материала. Система накоплений в данном случае организовывается путем записи не менее 3 поездов на участок.
См. Таблицу А.4 — Пример полевого журнала
Повторяемость результатов от поездов одинакового типа и веса гарантирует достоверность полученного материала. Оценка качества производится путем анализа соотношения сигнал/шум. Для этого необходимо выполнять измерения от 3 и более поездов с близким весом, создающих равномерную или циклическую нагрузку.
На рисунке А.6 показана запись тяжеловесного поезда, а на рисунке А.7 сборного, которые принадлежат к разным типам и не должны объединяться.
Рисунок А.6 — Пример записи тяжеловесного поезда, создающего равномерную динамическую нагрузку
Рисунок А.7 — Пример записи сборного (менее 3000 тонн) поезда, создающего равномерную циклическую нагрузку
А.5 Обработка и интерпретация данных
На этапе камеральных работ необходимо выполнить анализ и сопоставление материалов, полученных в ходе обследования. Описанная выше система наблюдений позволяет получить основные сейсмические и вибрационные параметры:
— скорости распространений упругих волн,
— затухание упругих волн,
— виброскорость,
— оценить спектральный состав записи.
Последующую обработку и анализ материалов можно проводить в программе «Дельта-02М», или в любой другой альтернативной программе позволяющей снимать значения амплитуд колебаний и оценивать их частотный состав.
Рекомендуемый граф обработки полученного материала:
1. Создание архива исходных данных.
2. Пересчет амплитуд сигнала в виброскорости. Коэффициент преобразование для СПВ-3К 400В*сек/м.
3. Визуальный анализ данных на предмет наличия псевдостоячих волн, однородности записи, характера изменения амплитуд виброскорости по мере прохождения поезда (рисунок А.8 и А.9).
См. Рисунок А.8 — Кросс-корреллограммы и записи колебаний для бегущей волны
См. Рисунок А.9 — Кросс-корреллограммы и записи колебаний для стоячей волны
4. Анализ виброскоростей для каждой записи: оценка максимальной и средней виброскорости. Если запись неоднородна по составу (например, имеются участки записи с псевдостоячими волнами или подвижной состав оказывал неравномерную нагрузку на насыпь) отдельно произвести оценки средних скоростей для разных участков записи (рисунок А.10).
5. Анализ спектрального состава записи. Оценка центральной частоты записи, определение какие частоты вносят основной вклад в формирование волн разной природы. Рекомендуется производить анализ на основе как традиционного преобразования Фурье, так и непараметрического (метод Уэлча) и параметрического метода (метод MUSIC) оценивания, позволяющие выделить регулярную часть процесса на фоне случайного сигнала. Построение частотных спектров для оценки линейности или нелинейности изменения спектральных характеристик по мере движения состава (рисунок А.11).
6. Построение кросс-коррелограмм для оценки линейности или нелинейности процессов (рисунки А.8 и А.9).
7. Оценка скорости и затухания упругих волн на обследуемом участке. Обязательным условием такого анализа является синхронизация данных полученных на разных удалениях от оси пути.
8. Выполнить качественную оценку категории насыпи.
Данный граф обработки применяется для каждого поезда. Результаты заносятся в таблицы (пример, таблица А.5).
Таблица А.5 — Сводная таблица оценки частот и виброскоростей для группы поездов.
|
N записи |
Виброскорость, |
Виброскорость, |
Фазовая |
Затхание |
Собственные |
|
станция |
ПК 2094+41 (пут) |
||||
|
31140006 |
Б-707060 |
— |
100 |
0,06 |
5,9 |
|
31140007 |
Б-50404 |
— |
90 |
0,08 |
6,0 |
|
31140008 |
Б-756060 |
— |
100 |
0,08 |
5,7 |
|
31140009 |
Б-806060 |
— |
110 |
0,05 |
6,2 |
|
31140010 |
Б-704030 |
— |
110 |
0,12 |
6,0 |
|
31140011 |
Б-706050 |
— |
120 |
0,12 |
5,8 |
|
31140012 |
Б-404040 |
— |
120 |
0,25 |
6,1 |
По результатам анализа группы поездов, выделяются данные, полученные от схожих поездов, удовлетворяющих требованию методики, и стоятся сводные таблицы со средними значениями. В случае измерения одновременно на устойчивом и неустойчивом участке, полученные средние значения приводятся в общей таблице (пример, таблица А.6).
Таблица А.6 — Сводная таблица оценки частот и виброскоростей для 2х участков по группе однородных поездов.
|
Пикеты |
Виброскорость, |
Виброскорость, |
Фазовая |
Затухание |
Собственные |
|
ПК 2097+41 |
Б-201010 |
Б- 202015 |
250 |
0.82 |
6.2 |
|
ПК 2094+41 |
Б- 704040 |
110 |
0.12 |
6.0 |
Условные обозначения: Б-703030-значение виброскорости на бровке насыпи 1-й2-ой3-й каналы; П-322- значение виброскорости на подошве насыпи 5-й6-ой7-й каналы
Кросс-коррелограмма вертикальной компоненты 1-го и 2-го датчиков для устойчивого участка (см. рисунок А.8) показывает отсутствие ярко выраженной линейной зависимости, что свидетельствует о бегущей волне. Наблюдается сдвиг фаз.
Кросс-коррелограмма вертикальной компоненты 1-го и 2-го датчиков для неустойчивой насыпи (см. рисунок А.9) показывает, что фиксируется линейная зависимость, свидетельствующая об образовании стоячей волны. Сдвига фаз нет.
Оценка линейности производится при визуальном анализе отклонения кросс-коррелограммы от аппроксимирующей ее прямой, критерии линейности являются относительными и носят качественный характер. Кросс-коррелограмма тем линейнее, чем ближе ее размах к аппроксимирующей прямой линии.
При регистрации колебаний от проходящих поездов создающих неравномерную нагрузку для определения значений действующих амплитуд виброскоростей следует пользоваться следующей оценкой, получаемой из соотношения энергий сигналов:
2
SUM (A * Дельта (t))
i
v = ————————,
T
2
где A — амплитуда записи с шагом Дельта(t), T- время прохождения поезда. Если запись
i
имеет неоднородный состав с Т — интервалом, в котором производится оценка амплитуды
(рисунок А.10).
См. Рисунок А.10 — Оценка максимальных и средних значений амплитуд виброскорости
Пример спектрограммы с нелинейным изменением частоты по мере прохождения поезда представлен на рисунке А.11.
См. Рисунок А.11 — Пример спектрограммы с нелинейным изменением частоты по мере прохождения поезда
Если наблюдения проводились только на одном участке необходимо составить сводные таблицы изменения скоростных и частотных характеристик для него. Если наблюдения проводились на нескольких сечениях (участках), необходимо составить общие сводные таблицы позволяющие сравнивать изменения параметров от участка к участку в зависимости от типа и классификации подвижного состава.
Для неустойчивой насыпи характерны следующие признаки колебательного процесса (рисунок А.12 а):
— большие амплитуды колебаний как на бровке насыпи (более 50 мм/с) (1,5 -1,8 метра от оголовка ближайшего рельса), так и в других частях откоса;
— фактически полное отсутствие на спектре высоких частот (10-100 Гц);
— низкие коэффициенты затухания Бетта(i) (менее 0,1).
Для устойчивой насыпи характерны следующие признаки колебательного процесса (рисунок А.12 б):
— небольшие амплитуды колебаний, как на бровке насыпи, так и в других частях откоса (менее 15 мм/с);
— плавное затухание амплитуд колебаний от бровки вниз по откосу насыпи, по закону, близкому к экспоненте;
— повышенные коэффициенты затухания Бетта(i) (более 0,3);
— пологий спектр колебательного процесса с преобладанием максимума амплитуд в полосе более высоких частот.
См. Рисунок А.12. Запись вертикальной компоненты колебательной скорости и оценка ее спектра методом Уэлча на:
а) неустойчивом и б) устойчивом участках насыпи при прохождении одного и того же поезда