Распоряжение ОАО РЖД от 27.12.2012 N 2704р
ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»
РАСПОРЯЖЕНИЕ
от 27 декабря 2012 г. N 2704р
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ И ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ИНСТРУКЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СКОРОСТНОЙ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
С целью проведения диагностики состояния балластных материалов и грунтов подбалластной зоны земляного полотна железнодорожного пути.
1. Утвердить и ввести в действие с 1 марта 2013 г. прилагаемую Инструкцию по применению скоростной георадиолокационной диагностики железнодорожного пути (далее — Инструкция).
2. Начальникам дирекций инфраструктуры, руководителям центров диагностики и мониторинга инфраструктуры, служб пути обеспечить до 1 марта 2013 г. изучение Инструкции причастными работниками и ее использование при проведении скоростной георадиолокационной диагностики железнодорожного пути.
Вице-президент ОАО «РЖД»
А.В.Целько
УТВЕРЖДЕНА
распоряжением ОАО «РЖД»
от 27 декабря 2012 г. N 2704р
ИНСТРУКЦИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ СКОРОСТНОЙ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
Георадар — прибор для георадиолокационного зондирования, работа которого основана на использовании классических принципов радиолокации. Электромагнитные волны, излучаемые георадаром, отражаются от находящихся в среде предметов или неоднородностей, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимаются, усиливаются, преобразуются в цифровой вид и запоминаются для последующей обработки.
Георадиолокационные измерения (георадиолокационное зондирование) — измерения, представляющие собой получение информации о состоянии среды методом георадиолокации.
Георадар импульсного типа — георадар, излучающий в среду сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды), имеющие 1,0-1,5 периода квазигармонического сигнала и широкий частотный спектр излучения.
Георадиолокационное обследование — комплекс мероприятий, включающий георадиолокационные измерения параметров среды и обработку их результатов. Георадиолокационного обследования позволяют создать глубинные разрезы и трехмерные модели исследуемой среды, выделить (оконтурить) области аномалий электрофизических свойств среды, например, области повышенной влажности.
Глубинность георадиолокационных обследований — максимальная глубина залегания объекта ниже поверхностью среды, отраженный сигнал от которого может быть выделен на радарограмме после ее обработки.
Линии синфазности представляют собой линии на радарограмме, соединяющие соответствующие экстремальные точки трасс, имеющие одинаковые фазы.
Метод георадиолокации — геофизический метод неразрушающего контроля и обследования состояния грунтовой и других сред. Метод основан на отражении высокочастотного электромагнитного излучения от границ слоев среды с различными величинами диэлектрической проницаемости и электропроводности. Такими границами могут быть границы сред различной влажности и различного минерального состава, например, границы конструктивных слоев балластного слоя и земляного полотна железнодорожного пути.
Низкоомные грунты — грунты с низким омическим сопротивлением (глины, глинистый мергель, суглинки, гумус).
Основные составные части георадара:
антенна передающая обеспечивает излучение импульсов электромагнитного излучения в среду, определяет центральную частоту и ширину спектра излучения;
антенна приемная обеспечивает прием отраженного грунтом электромагнитного излучения;
антенный блок представляет собой комплекс, объединяющий передающую и приемную антенны;
широкополосный усилитель обеспечивает широкополосное линейное усиление принятого приемной антенной сигнала;
широкополосный стробоскопический усилитель предназначен для регистрации повторяющихся электрических сигналов и позволяет осуществить послойное обследование среды;
аналого-цифровой преобразователь преобразует в цифровую форму сигнал, усиленный широкополосным стробоскопическим усилителем;
приемный тракт георадара представляет собой совокупность устройств георадара, реализующих прием и обработку принимаемых сигналов.
Отраженный от поверхности сигнал — сигнал, проникающий в приемно-усилительный тракт после отражения от элементов верхнего строения пути и поверхности грунта при скоростном зондировании с подъемом антенного бока над поверхностью среды.
Прямой сигнал (сигнал прямого прохождения) — сигнал, проникающий в приемно-усилительный тракт, минуя зондируемую среду. Прямой сигнал представляет собой помеху, влияние которой на трассы уменьшают посредством создания помехозащищенных (экранированных) антенн, а также аппаратными и программными методами.
Радарограмма (волновая картина) — совокупность трасс, определяемых при перемещении георадара в непрерывном или пошаговом режимах в процессе георадиолокационного обследования среды.
Разрешающая способность георадиолокационных обследований — минимальное расстояние, на котором можно различить после обработки радарограмм два объекта, находящихся в обследуемой среде. Принято различать разрешающую способность в вертикальном направлении (по глубине) и горизонтальном направлении (пространственную).
Рупорная антенна состоит из металлического расширяющегося раструба (рупора) и подсоединенного к нему радиоволновода. Рупорные антенны применяются для организации направленного излучения и приема в устройствах измерительной техники и т.д. В данном случае под рупором антенны понимается металлический раструб, повышающий помехозащищенность и направленность действия антенн типа «бабочка».
Трасса — совокупность характеристик электромагнитного излучения (амплитуд и фаз) в цифровой форме, выработанных в приемном тракте георадара в моменты стробирования широкополосного усилителя. Предполагается, что трасса определяется при неподвижном состоянии георадара и представляется в виде графика зависимости характеристик сигнала от времени.
Экранирование антенн и антенных блоков — способ противодействия помехам от контактной сети и обустройств железнодорожного полотна, маскирующим на радарограммах информацию о среде при глубинном георадиолокационном зондировании.
1. Общие положения и область применения
1.1. «Инструкция по применению скоростной георадиолокационной диагностики железнодорожного пути» (далее инструкция) предназначена для проведения работ по диагностике балластного слоя и земляного полотна в скоростном режиме для выделения участков пути с неудовлетворительным состоянием с целью их дальнейшего детального изучения. Инструкция разработана для руководства при разработке для нужд ОАО «РЖД» программно-аппаратных комплексов скоростной георадиолокационной диагностики железнодорожного пути, а также для использования в центрах диагностики и мониторинга устройств инфраструктуры, инженерно-геологических базах, проектных и обследовательских организациях при обследованиях балластного слоя и земляного полотна.
Инструкция применяется при использовании георадиолокационных программно-аппаратных комплексов, установленных на специально выделенных подвижных единицах (вагоны, автомотрисы), либо функционирующих в составе диагностических комплексов типа «ИНТЕГРАЛ» и «ЭРА».
1.2. Георадиолокационная диагностика в скоростном режиме проводится с использованием технологии автоматизированного анализа полученных георадиолокационных данных для экспресс-оценки состояния балластного слоя и земляного полотна, а также перспективного планирования ремонтных и изыскательских работ.
1.3. Скоростная георадиолокационная диагностика предусматривает использование многоканальных георадаров отечественного и зарубежного производства.
Скоростной георадиолокационный комплекс должен обеспечивать:
обследование железнодорожного пути по обочинам и в осевом сечении за один проход диагностического комплекса или другой подвижной единицы;
получение качественной информации с производительностью не менее 10 георадиолокационных трасс на 1 метр пути с дискретизацией по времени не менее 500 отсчетов при скоростях движения диагностических комплексов не менее 60 км/ч;
разрешающую способность по глубине при обследовании балластного слоя не хуже 0,05 м., при обследовании земляного полотна на глубину до 3 м — 0,15 м, глубже 3 м — 0,35 м;
подавление помех от конструкционных элементов подвижной единицы, на которой установлен георадиолокационный комплекс, а также объектов железнодорожной инфраструктуры;
работу в любых природно-климатических условиях и зонах расположения железнодорожного пути (класс по пыле- влагозащите IP-67, рабочий диапазон температур -30 °С 60 °С).
1.4. Георадиолокационная диагностика железнодорожного пути в скоростном режиме предназначена для:
определения переувлажненных мест земляного полотна;
определения геометрических параметров конструкционных слоев железнодорожного пути;
мониторинга развития деформативности (наличие и развитие балластных углублений);
оценки загрязненности щебеночного балласта;
приемки участков пути после проведения ремонтных и реконструктивных (соответствие состояния щебеночного балласта нормативным требованиям по толщине, однородности, наличие и протяженность разделительных слоев).
1.5. Георадиолокационная информация о состоянии балластного слоя и подбалластной зоны в комплексе с другими методами обследований (шурфование, бурение скважин с отбор проб грунта, статическая и динамическая пенетрация, вибро- и сейсмоакустика и пр.) используется при паспортизации состояния балластного слоя и основной площадки земляного полотна, а также для принятия технических решений при назначении и проектировании усиления, ремонта и реконструкции (модернизации) железнодорожного пути.
1.6. Георадиолокационная диагностика в скоростном режиме проводится в составе специализированных диагностических комплексов с использованием многоканальной аппаратуры, размещаемой в подвагонном пространстве или на выносной консоли с соблюдением ДЧ-1835 «Инструкция по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов на железных дорогах государств-участников СНГ».
1.7. Скоростное георадиолокационное обследование железнодорожного пути является частью комплексного обследования железнодорожной инфраструктуры и результаты обследования должны быть синхронизированы по координате с априорными данными и данными о состоянии рельсовой колеи. Поэтому установка георадиолокационных подсистем должна выполняться преимущественно на диагностических комплексах инфраструктуры или путеизмерительных средствах.
2. Метод георадиолокационного обследования железнодорожного пути
2.1. Георадиолокационное обследование выполняется специализированными комплексами, включающими аппаратные и программные средства. В процессе проведения диагностических работ в обследуемую среду излучаются электромагнитные импульсы протяженностью 2-3 полуволны квазигармонического вида. Поскольку импульсы электромагнитного излучения имеют широкий спектральный диапазон, принято антенны георадара маркировать средневзвешенной (опорной) частотой спектра (например, антенный блок 1000 МГц). Импульсы отражаются от границ раздела различных сред, от находящихся в исследуемой среде неоднородностей, элементов инженерных конструкций и т.п. Отраженные импульсы регистрируются приемной антенной и усиливаются в широкополосном усилителе. Фаза и величина напряжения, наведенного на входных цепях приемной антенны при регистрации сигнала, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и фиксируется в памяти компьютера в виде временной функции, которая называется трассой. Совокупность трасс вдоль профиля обследования образует волновую картину, называемую радарограммой. В процессе аппаратной обработки определяется время распространения в зондируемых средах сигнала, зарегистрированного приемной антенной. При работе на железнодорожном пути целесообразно использовать помехозащищенные, экранированные антенные блоки, разработанные для использования в условиях железнодорожной инфраструктуры.
2.2. Качество обследования железнодорожного пути методом георадиолокации, определяется разрешающей способностью и глубинностью.
Разрешающая способность георадара представляет собой минимальное расстояние, на котором могут быть различимы два отражающих объекта.
Глубинность георадарных исследований определяется максимальной глубиной отражающего объекта (границы раздела сред), волна от которого может быть выделена на фоне шумов.
2.3. Разрешающая способность зависит от свойств исследуемой среды и улучшается с увеличением частоты (уменьшением длины волны) используемого излучения. В таблице 2.1 приведена заявленная производителем зависимость разрешающей способности георадаров от опорной частоты излучения. Необходимо отметить, что достигаемая разрешающая способность зависит от состояния конструкционных слоев железнодорожного пути и режимов эксплуатации георадаров.
Таблица 2.1. Зависимость разрешающей способности георадаров от опорной частоты излучения
|
Опорная частота антенного блока, МГц |
Разрешающая способность, м |
|
150 |
0,35 |
|
400 |
0,15 |
|
1000 |
0,04 |
|
1200 |
0,05 |
|
1700 |
0,03 |
|
2000 |
менее 0,03 |
2.4. Глубинность георадарных исследований зависит от свойств исследуемой среды, частоты и мощности используемого источника излучения, а также достигнутого при проведении исследований соотношения между полезным сигналом и шумом. Для увеличения глубинности на выбранной частоте излучения радарограммы рекомендуется строить на трассах, получаемых усреднением по максимально возможному числу отдельных измерений в каждой точке траектории движения георадара. С увеличением количества отдельных измерений увеличивается отношение сигнал/шум и вырастают глубины обследований, на которых погрешность остается меньше величины полезного сигнала. В таблице 2.2 представлена зависимость максимально возможных значений глубины георадиолокационного зондирования от частоты используемого излучения.
Таблица 2.2. Зависимость глубинности георадиолокационного зондирования от частоты используемого излучения
|
Опорная частота антенного блока, МГц |
Глубина, м |
|
150 |
8,0 |
|
400 |
4,0 |
|
1000 |
1,5 |
|
1200 |
1,5 |
|
1700 |
менее 1,0 |
|
2000 |
менее 0,8 |
2.5. С учетом зависимостей разрешающей способности и глубинности зондирования от частоты используемого излучения проводятся обследования:
балластного слоя (толщина, загрязненность, однородность, наличие и положение разделительных слоев) с использованием антенных блоков 1000-2000 МГц;
подбалластной зоны (оконтуривание и идентификация балластных углублений, локализация мест вероятного скопления влаги) с использованием антенных блоков 150-1000 МГц.
2.6. Для повышения информативности георадиолокационного метода при его использовании в условиях развитой инженерной инфраструктуры должны применяться экранированные антенные блоки рупорной конструкции.
3. Состав и возможности георадиолокационного оборудования для диагностики железнодорожного пути
3.1. Георадиолокационный комплекс (рис. 3.1) для определения состояния балластного слоя и подбалластной зоны земляного полотна должен состоять из:
См. Рисунок 3.1. Функциональная схема многоканального георадарного комплекса для обследования ж/д пути
антенных блоков с частотой излучения 150-2000 МГц, адаптированных к условиям железнодорожной инфраструктуры (частотный диапазон зависит от решаемых комплексом задач, см. п. 2.5 настоящей инструкции);
одноканального/многоканального блока управления;
управляющего компьютера со специализированным программным обеспечением, позволяющим подключать программные блоки для автоматизированной интерпретации радарограмм;
специализированного бортового устройства — датчика угла поворота на буксах колесных пар с синхронизатором работы многоканального георадиолокационного оборудования в процессе движения или системы спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС для осуществления привязки радарограмм к железнодорожной системе координат;
источников стационарного или автономного питания (220/12 В), обеспечивающих работу георадарного комплекса в течении рабочей смены. Для обеспечения бесперебойной работы в состав комплекса следует включать источники резервного электропитания;
коммутационных проводов (основной комплект и ЗИП).
3.2. При выполнении предпроектных обследований, проверке качества выполненных ремонтов и комиссионного контроля больших по протяженности участков пути необходимо использовать следующие частоты излучения:
для контроля состояния балластного слоя — антенные блоки с опорной частотой 1000-2000 МГц;
для диагностики состояния подбалластной зоны железнодорожного пути и верхней части разреза земляного полотна — антенные блоки с опорной частотой 150-1000 МГц.
3.3. Георадиолокационные комплексы необходимо оснащать системой видеоконтроля, обеспечивающей непрерывное фиксирование видеоизображения участков железнодорожного пути синхронно с формированием радарограмм. Данные видеорегистраторов следует хранить на управляющем компьютере или переносить на внешний информационный носитель.
3.4. Система видеоконтроля должна фиксировать:
железнодорожный путь (качество видеозаписи должно обеспечивать возможность определения материала изготовления шпал (дерево или железобетон), положения стрелочных переводов, мест выполненных работ по замене, очистке или досыпке щебня);
искусственные сооружения (мосты, путепроводы, тоннели и др.);
объекты инфраструктуры (опоры контактной сети, пикетные и километровые столбы).
3.5. Для привязки георадиолокационной информации к железнодорожной системе координат необходимо:
в случае размещения георадиолокационного комплекса на подвижной единице, оснащенной собственной системой позиционирования в железнодорожной системе координат, осуществить передачу координат на компьютер, управляющий георадиолокационным комплексом;
при отсутствии бортовой системы позиционирования следует использовать систему GPS/ГЛОНАСС.
3.6. В случае применения системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС для привязки георадиолокационной информации в принятой на железной дороге пикетной системе координат необходимо использовать:
непрерывную запись глобальных географических координат траектории движения георадиолокационного комплекса по железнодорожному пути;
глобальные географические координаты пикетных, километровых столбов и осей искусственных сооружений.
4. Выбор способа и режимов проведения георадиолокационной диагностики
4.1. Георадиолокационная диагностика железнодорожного пути выполняется в скоростном режиме с использованием георадиолокационного комплекса, размещенного на подвижной транспортной единице. В качестве подвижных единиц используются специализированные диагностические комплексы, вагоны-лаборатории и автомотрисы. Выбор настроек георадиолокационного комплекса (число точек в трассе, способ усреднения отдельных измерений при получении трассы и др.) необходимо осуществлять с учетом установленных рабочих скоростей движения подвижного состава на перегоне согласно эксплуатационной документации на соответствующее изделие.
4.2. При обследовании участков протяженностью до 10 км целесообразно использовать георадиолокационные комплексы, размещенные на путевой тележке (рис. 4.1).
См. Рисунок 4.1. Структурная схема георадиолокационного комплекса, размещенного на путевой тележке
4.3. В случае использования в составе комплекса нескольких компьютеров необходимо обеспечить синхронизацию их работы по времени.
5. Подготовка георадиолокационного комплекса к работе в скоростном режиме
5.1. При подготовке аппаратной части георадиолокационного комплекса к работе на подвижной единице следует:
использовать дополнительный защитный кожух из непроводящих материалов для защиты антенных блоков от загрязнения, механических повреждений и воздействия влаги;
разместить антенные блоки в подвагонном пространстве при работе в составе специализированных диагностических комплексов (рис. 5.1). При работе в составе автомотрис — размещение на выносной консоли (рис. 5.2);
См. Рисунок 5.1. Георадиолокационный комплекс в составе вагона
См. Рисунок 5.2. Георадиолокационный комплекс в составе автомотрисы
перевести антенные блоки из транспортного положения в рабочее непосредственно перед началом производства работ;
подключить и проверить кабельные линии питания и связи георадиолокационного комплекса;
подать питание от внутренней сети подвижной единицы на блоки устройств, входящих в георадарный комплекс.
5.2. Подготовка программной части георадиолокационного комплекса к работе на подвижной единице включает в себя:
задание настроек и режимов измерений, регистрации и хранения георадиолокационных данных;
синхронизацию работы георадара, средств позиционирования и видеофиксации.
Выполнение вышеуказанных действий следует осуществлять в соответствии с документацией, предоставляемой разработчиками. В качестве примера в приложении N 1 приведены базовые настройки в программной среде, входящей в состав георадиолокационного оборудования.
5.3. При организации обследований выдается предупреждения во все подразделения дирекции инфраструктуры и дирекции по ремонту пути о необходимости обеспечения габаритов подвижного состава на маршруте обследования.
5.4. В случае выхода из строя во время проведения обследований одного или нескольких антенных блоков, обследование признается не состоявшимся на участке неработоспособности менее чем двух антенных блоков.
5.5. При обследовании участков проведенных ремонтов и реконструкции (модернизации) пути, принимаемых в эксплуатацию скорость обследования должна быть минимально возможной для получения более качественных данных.
5.6. При выявлении в процессе обследования опасных деформаций земляного полотна руководитель обследования принимает меры для ограничения скорости движения поездов или закрытии движения.
6. Обработка и интерпретация результатов георадиолокационных измерений
6.1. Программная часть георадиолокационного комплекса должна позволять производить обработку информации в режиме реального времени и в режиме камеральной обработки.
В режиме реального времени одновременно должна осуществляться запись и обработка георадиолокационной информации.
В камеральном режиме должна выполняться обработка информации, записанной в память компьютера при георадиолокационной диагностике выбранного участка пути.
6.2. В обоих режимах для повышения информативности радарограмм следует выполнять процедуры предварительной обработки. К ним относятся: вычитание среднего сигнала, фильтрация помех, выбор способа усиления результатов измерений, преобразование Гильберта для построения огибающей трассы, подавление переотраженных конструкционными слоями сигналов, повышение разрешающей способности (синтез апертуры), сглаживание, выделение контура, выбор способа визуализации результатов измерения и т.п.
6.2.1. Вычитание среднего сигнала является эффективной процедурой удаления постоянной составляющей. В частности, эта процедура позволяет вычитать сигнал прямого прохождения, который попадает в тракт приемной антенны и, как правило, не несет полезной информации. С ее помощью следует устранять помехи от конструкции подвеса георадарной системы в подвагонном пространстве и помехи, имеющие форму протяженных горизонтальных полос.
6.2.2. Для обработки радарограмм следует применять следующие виды фильтрации помех:
оконная фильтрация трасс позволяет удалять регулярные помехи высокой и низкой частоты;
удаление тренда в значениях точек трасс позволяет устранить помехи, связанные с погрешностями работы аппаратуры и внешними наводками, которые не удается устранить другими видами фильтрации;
медиальная фильтрация эффективно удаляет случайные выбросы короткой длительности, обусловленные внешними причинами;
горизонтальный фильтр, охватывающий большое количество трасс, применяется для выделения или вырезания сигналов-помех от железобетонных шпал.
6.2.3. Визуальный выбор способа усиления результатов измерений необходимо проводить с целью улучшения качества прорисовки линий синфазности на радарограмме.
6.2.4. Коэффициент усиления сигнала позволяет регулировать амплитуду значений в трассе таким образом, чтобы она была приблизительно одинакова по глубине обследования.
6.2.5. Преобразование Гильберта должно использоваться для выделения огибающей сигнала, что может быть полезным при точном позиционировании границ конструкционных слоев.
6.2.6. Интенсивные помехи переотражения, вызванные биением излученного сигнала между антенной и конструкционным слоем или конструкционными слоями, могут в значительной степени маскировать полезные отраженные сигналы. В этом случае метод обработки заключается в определении области спектра помехи переотражения и удаления этой области путем применения «режекторной» фильтрации или использования алгоритмов вычисления положения переотраженных сигналов в трассе.
6.2.7. Синтез апертуры необходимо использовать для повышения разрешающей способности, с целью локализации компактных объектов. Для корректного выполнения этой процедуры требуется правильное определение значения диэлектрической проницаемости среды зондирования, которое иногда следует подбирать вручную.
6.2.8. В случае трудно различимого на фоне шума полезного сигнала следует использовать процедуру сглаживания, в результате которой происходит усреднение значений для каждой точки профиля. Контрастность изображения возможно повысить процедурой выделения контуров.
6.3. Интерпретация георадиолокационной информации в скоростном режиме проводится с использованием технологии автоматизированного анализа. Она может быть условно разделена на качественную и количественную.
6.3.1. Качественная интерпретация включает анализ поведения линий синфазности:
локальное понижение фазовой линии свидетельствует о наличии дефекта основной площадки земляного полотна в виде просадок, балластного корыта, ложа или других деформаций (пример рис. 6.1);
См. Рисунок 6.1. Образ балластного ложа на радарограмме
наличие разрывов фазовой линии свидетельствует о наличии в теле земляного полотна разрыхленного или разнородного грунта по литологическому составу (этой зоне соответствует низкий коэффициент отражения электромагнитных волн);
падение интенсивности сигнала в слое означает либо его затухание в среде, либо ослабление его отражения. В последнем случае возможно увеличение интенсивности отражения на более глубоких поверхностях, разделяющих слои;
рост интенсивности сигнала на границе слоя с последующим увеличением затухания электромагнитного излучения на единицу глубины его проникновения в толщу слоя свидетельствует о наличии поверхности, разделяющей разнородный грунт или водонасыщенный слой;
если ниже границы слоя расположена грунтовая среда с большим значением диэлектрической постоянной, то на границе слоев происходит смена фазы отраженного сигнала;
при интерпретации волновой картины необходимо учесть линии кратного отражения, которые могут ослаблять фазовые линии или ошибочно приниматься за таковые;
смещение спектра средневзвешенной частоты в низкочастотную область свидетельствует об увеличении влажности грунтовой среды.
Признаки поведения фазовых линий, определяемые по волновой картине (радарограмме), необходимо уточнять по форме трасс, ее составляющих.
При качественной интерпретации результатов георадиолокационных измерений необходимо обращать внимание на обнаруженные инженерные коммуникации и предметы, не характерные для конструкции пути, и фиксировать их положение.
6.3.2. Получение количественных характеристик конструкционных слоев железнодорожного пути требует априорного знания информации о физических свойствах, получаемых другими методами. В практике диагностики состояния конструкционных слоев железнодорожного пути в качестве таких методов обычно применяют методы прямых зондирований и/или отбора проб материала с последующими лабораторными исследованиями его свойств.
6.4. Общим требованием всех известных программных продуктов, осуществляющих автоматизированный анализ полученных георадиолокационных данных при позиционировании границ раздела конструкционных слоев, является задание среднего значения относительной диэлектрической проницаемости обследуемой части разреза либо относительной диэлектрической проницаемости для каждого конструкционного слоя.
6.4.1. Для задания относительных диэлектрических проницаемостей используются данные, известные из литературных источников и приведенные в таблице 6.1. Более точные значения можно определять в лабораторных условиях, используя образцы грунтов, отобранных при опорном бурении.
Таблица 6.1. Основные электрические характеристики почв и пород
|
Тип почвы и породы |
Влажность, % |
«эпсилон» |
|
Пески разнозернистые |
0 |
3,2 |
|
4 |
5,0 |
|
|
8 |
7,0 |
|
|
12 |
11,0 |
|
|
16 |
15,0 |
|
|
Суглинок серый |
0 |
3,2 |
|
5 |
4,8 |
|
|
10 |
7,0 |
|
|
20 |
14,7 |
|
|
Суглинок |
0 |
3,2 |
|
5 |
4,0 |
|
|
10 |
6,5 |
|
|
20 |
10,0 |
|
|
Глина |
0 |
2,4 |
|
4 |
5,4 |
|
|
8 |
8,0 |
|
|
12 |
12,0 |
|
|
16 |
18,6 |
|
|
Мерзлый песок |
4,5 |
|
|
Снег сухой |
1,2-2,8 |
|
|
Снег мокрый |
2,0-6,0 |
|
|
Лед пресный (-10°С) |
3,3 |
|
|
Лез морской (-15°С) |
Соленость |
8,1 |
|
12 |
7,7 |
|
|
Лед морской (-25°С) |
Соленость |
6,7 |
|
12 |
4,4 |
|
|
Базальт влажный |
8,0 |
|
|
Бетон (500 МГц) |
0 |
3,7 |
|
5 |
5,5 |
|
|
10 |
7,0 |
|
|
Мерзлый суглинок |
16,0 |
|
|
Известняк |
0 |
8,0 |
|
Влажный |
8,0 |
|
|
Доломит |
6,7 |
|
|
Каменный уголь |
4,0-6,0 |
|
|
Торф мокрый |
62,0-69,0 |
|
|
Гранит влажный |
5,0 |
В связи с тем, что диэлектрическая проницаемость зондируемой среды даже в пределах одного конструкционного слоя может заметно изменяться как по глубине, так и вдоль железнодорожного пути, а также зависит от частоты, результаты количественной интерпретации необходимо уточнять контрольными (опорными) бурениями (рис. 6.2).
См. Рисунок 6.2. Результаты интерпретации георадиолокационных измерений, совмещенные с данными бурений
6.4.2. Многие программные продукты, используемые для количественной интерпретации георадиолокационных данных, позволяют определять степень загрязненности балластного материала, оконтуривать и определять степень переувлажнения грунта земляного полотна, оценивать износ балластного материала.
Соответствующие математические алгоритмы базируются на анализе амплитудных, частотных и фазовых характеристик трасс и требуют калибровки, учитывающей влажность и другие параметры состояния материалов. Порядок расчета указанных параметров конструкционных слоев изложен в инструкциях к программным продуктам.
7. Количественный состав и квалификация персонала, обслуживающего георадиолокационный комплекс
7.1. Состав персонала подвижной транспортной единицы, оснащенной георадиолокационным комплексом, включает трех человек (оператор комплекса, помощник оператора, расшифровщик радарограмм) и не зависит от задач обследования.
7.2. При размещении георадиолокационного комплекса на путевой тележке необходимо привлечение четырех человек (оператор комплекса, два помощника оператора, расшифровщик радарограмм).
7.3. Требования к квалификации персонала, обслуживающего георадиолокационную технику: оператор комплекса — инженер, помощник оператора — инженер, расшифровщик радарограмм — геофизик, геолог.
8. Технология диагностики балластного слоя и земляного полотна
8.1. Периодичность проведения георадиолокационной диагностики эксплуатируемых участков пути устанавливается с учетом инженерно-геологических особенностей и местных условий.
8.2. Для контроля параметров балластного слоя железнодорожного пути обследования должны проводиться не менее двух раз в год.
8.3. Для контроля дефектных мест периодичность устанавливается начальником инженерно-геологической базы, но должна составлять не реже одного раза в квартал.
8.4. При обнаружении дефектов балластной и подбалластной зоны необходимо проведение детальной диагностики. Детальная диагностика проводится комплексом возможных геофизических методов в зависимости от задач обследования и включает в себя:
сейсморазведку (определение литологического строения, уровня грунтовых вод и получения некоторых физико-механических характеристик грунта);
вибродиагностику (определение стабильности железнодорожного земляного полотна по амплитудным характеристикам вибросигнала);
электроразведку (определение литологического строения и уровня грунтовых вод).
В дополнение к геофизическим методам, для детальной диагностики могут применяться:
экспресс метод динамического зондирования (построение литологической колонки с получением физико-механических характеристик грунта);
инженерное бурение скважин с отбором проб грунта (построение литологической колонки и получение физико-механических характеристик грунта после проведения лабораторных испытаний).
8.5. Способ проведения работ выбирается в зависимости от протяженности обследуемого участка в соответствии с п.п. 4.1 — 4.3. При проведении георадиолокационной диагностики необходимо обеспечить привязку информации к железнодорожному пикетажу.
8.6. При контроле толщины нового или очищенного щебеночных слоев сопоставляется соответствие фактических размеров проектным. В случае выявления несовпадений, превышающих 0,05 м, определяется величина отступлений.
8.7. При контроле загрязненности балластного материала необходимо провести калибровку георадиолокационного оборудования и программного обеспечения по результатам определения состояния балластной призмы в соответствии с требованиями ЦПТ 16/77. При содержании загрязнителя в балласте более 5% ремонт считается неудовлетворительным (не принимается к эксплуатации в соответствии с ЦПТ-53).
8.8. При контроле качества укладки разделительных слоев (геотекстиль, георешетка, песчано-гравийная смесь и т.п.) определяется непрерывность их укладки прямолинейность и глубина залегания.
8.9. При контроле качества выполненных работ по ликвидации балластных углублений и дефектов земляного полотна определяется прямолинейность границы раздела земляного полотна и балластного слоя. В случае повторного выявления понижения уровня основной площадки путь признается неудовлетворительным. При устройстве поперечного дренажа для осушения подбалластной зоны определяется правильность его расположения в поперечном профиле.
В случае обнаружения и локализации отклонений от проектных значений диагностируемых параметров по геометрии верхнего строения пути, необходима детальная диагностика деформативных участков, включающая сопоставление результатов георадиолокации и методов бурения и статического (динамического) зондирования. Детальная диагностика должна проводиться бригадой специалистов (геофизиков, геологов, буровиков), которые в недельный срок должны выехать на места с отклонением диагностируемых параметров железнодорожного пути от нормативных значений. По результатам детальной диагностики составляется заключение о качестве выполненных ремонтов.
8.10. При проведении диагностики пути с использованием георадиолокационного оборудования, установленного на специально выделенных подвижных единицах (вагон, автомотриса и др.), либо функционирующих в составе диагностических комплексов типа «ИНТЕГРАЛ» и «ЭРА», необходимо осуществлять визуальный контроль работы аппаратуры и программного обеспечения. Наличие и изменение георадиолокационной и видео-информации иллюстрирует рис. 8.1.
См. Рисунок 8.1. Пример рабочего окна программы
8.11. После завершения диагностики пути специалистам экипажа необходимо:
выполнить автоматическую обработку и расшифровку георадиолокационных данных при помощи специального программного обеспечения с заполнением ведомостей утвержденных форм (см. раздел 9);
обеспечить передачу исходных георадиолокационных данных и заполненных ведомостей в инженерно-геологическую базу или путеобследовательскую станцию дороги, на которой производилась проверка пути.
8.12. Специалистам инженерно-геологической базы или путеобследовательской станции, после передачи им исходных георадиолокационных данных, необходимо:
произвести контроль полученной информации путем ручной расшифровки радарограмм в проблемных местах, указанных в ведомостях;
в случае уточнения информации о структуре балластного слоя и подбалластной зоны внести соответствующие изменения в ведомость обследования;
произвести повторный контроль полученной информации в «больных» местах, числящихся в учетных формах ПУ-9.
8.13. Допустимо выполнять мероприятия п.8.12 силами специалистов диагностических комплексов.
9. Отображение результатов диагностики в учетных формах
9.1. Ведомость «ДФ-3.5. Радарограмма» (приложение N 2, рис. 1) отображает волновую картину (радарограммы) и результаты ее интерпретации. На участках пути по 500 метров в продольном профиле приведены вертикальные разрезы глубиной 2,5 метра по трем каналам (антенным блокам) георадара. Первый канал — левая обочина пути, второй — ось пути, третий канал — правая обочина пути. На примере представленных радарограмм с использованием цветовой палитры выделены конструктивные слои балластного слоя и подбалластной зоны земляного полотна, а также встречающиеся балластные углубления.
9.2. В ведомости «ДФ 3.4. Ведомость толщины и загрязненности балластного слоя» приводятся результаты обработки радарограмм по загрязненности балластного материала и толщине балластного слоя. Ведомость разделена на две части: в первой (рис. 2 приложения N 2) находятся координаты и протяженность участков пути с нарушением толщины балластного слоя (менее 0,35 м или более 0,60 м). Во второй части (рис. 3 приложения N 2) приводятся координаты начала и конца и протяженность участков пути, где загрязненность балластного материала: а) 30-50%, б) 50% и выше.
9.3. Балластные углубления с координатами начала и конца, а также протяженностью приведены в ведомости «ДФ-3.7.Сводная таблица состояния земляного полотна» (рис. 4 приложения N 2), Ведомость позволяет проводить анализ интерпретации радарограмм. Следует отметить, что с использованием метода георадиолокации заполняются только столбцы: начало, конец, балластные углубления.
9.4. Участки с переувлажнением грунтов основной площадки (начало, конец, протяженность) приводятся в ведомости «ДФ-3.8. Ведомость увлажнения основной площадки земляного полотна» (рис. 5 приложения N 2).
9.5. Ведомость «ДФ-3.10. Ведомость наличия разделительного слоя» (рис.6 приложения N 2) отражает результаты обработки радарограмм по определению наличия разделительного слоя (песчано-гравийная смесь, объемная георешетка, геотекстиль, пенополистирол) и протяженности его залегания.
9.6. В ведомости «ДФ-4.1. Ведомость толщины балласта на мостах (с ездой на балласте)» приводятся результаты обработки радарограмм по определению толщины балластного слоя в пределах искусственных сооружений (мосты, тоннели) с ездой на балласте. В ведомости (рис. 7 приложения N 2) отображены координаты участков пути с наличием искусственного сооружения. Также приводятся максимальная, минимальная и средняя толщина балластного слоя под подошвой шпалы в пределах искусственного сооружения.
9.7. Ведомости, приведенные в п.п. 9.1-9.6 могут содержать: дополнительную информацию из баз данных; результаты предварительной классификации балластных углублений; примечания и рекомендации.
9.8. Ведомости, приведенные в п.п. 9.1-9.6 должны использоваться при классификации и оценке деформаций основной площадки земляного полотна совместно с другими данными диагностических комплексов.
10. Требования техники безопасности при производстве
10.1. Все виды работ по диагностике должны проводиться с соблюдением действующих правил охраны труда, промышленной санитарии, электро и пожарной безопасности.
10.2. К проведению диагностики допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинскую комиссию, профессиональное обучение, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте и проверку знаний по охране труда, безопасным методам и приемам работы.
10.3. Все работы по обслуживанию и эксплуатации диагностических комплексов должны выполняться с соблюдением требований техники безопасности, установленных в документах по эксплуатации на эти средства, а также в соответствующих правилах и инструкциях по охране труда, действующих в путевом хозяйстве ОАО «РЖД».
10.4. Общие требования к производственному оборудованию должны соответствовать ГОСТ 12.2.003-91.
10.5. Оборудование рабочих мест диагностических вагонов вспомогательными устройствами и механизмами и их обслуживание должны осуществляться в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79, ГОСТ 12.2.007.9-93 и ПOT PM-016-2001.
10.6. Уровень шума на рабочих местах не должен превышать нормы, установленные ГОСТ 12.1.003-83 для производственных помещений.
10.7. Требования к допустимому содержанию вредных веществ в воздухе рабочей зоны, к температуре, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88.
10.8. Требования к защите от воздействия магнитных полей промышленной частоты должны соответствовать СанПиН 2.2.4.1191-03.
Перечень нормативных документов
1. Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути/ЦПТ-53/ОАО «РЖД», Департамент пути и сооружений, ВНИИЖТ. — М.: Академкнига, 2004. — 182 с.
2. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути/МПС России. М.: Транспорт, 200. — 223 с.
3. СТНЦ 01-95/Строительные технические нормы МПС России. Железные дороги колеи 1520 мм. — М.: МПС РФ, 1995.- 83 с.
4. Технические указания по применению георадарного метода для диагностики земляного полотна. — М.: МПС России, 1997.- 24 с.
5. Технические указания по инструментальной диагностике земляного полотна — М.: МПС России, 2000. — 61 с.
6. Методические указания по георадиолокационной диагностике земляного полотна железнодорожного пути/ОАО «РЖД». Департамент пути и сооружений. РГУПС. — М.: 2005. — 56 с.
7. Инструкция по оценке состояния инфраструктуры с использованием новых диагностических средств комплексной диагностики инфраструктуры ОАО «РЖД» (ИНТЕГРАЛ, ЭРА). М: 2011. — 101 с.
8. Инструкция по оценке деформаций основной площадки земляного полотна по данным диагностических комплексов (утверждена распоряжением ОАО РЖД от 09 декабря 2011 г. N 2659р).
Базовые настройки программного георадиолокационного обеспечения
1. В состав комплекта георадиолокационного оборудования входит специализированное программное обеспечение, которое необходимо установить на управляющем компьютере для:
организации корректной работы его узлов (рис. 3.1);
автоматизированного анализа полученных георадиолокационных данных для экспресс-оценки состояния балластного слоя и земляного полотна.
Возможно использование специализированных пакетов прикладных программ, позволяющих проводить дополнительную математическую обработку георадиолокационной информации с целью определения дополнительных характеристик балластного слоя и подбалластной зоны.
2. Для запуска георадиолокационного оборудования необходимо подать на блок управления напряжение номинального значения и установить связь между управляющей программой (ПО) и георадиолокационным оборудованием.
3. До начала измерений необходимо задать параметры работы георадарного оборудования. Установка параметров может выполняться используемым ПО автоматически, или вручную оператором (помощником оператора) с помощью предусмотренных ПО диалогов.
4. К определяемым параметрам относятся:
«Количество точек» — количество отдельных измерений в трассе. Некоторые типы георадаров позволяют уменьшать значение параметра для увеличения скорости набора трасс. При уменьшении значения параметра наблюдается потеря глубины обследования.
«Количество трасс» — максимальное количество трасс в профиле, при наборе которого осуществляется сохранение информации на жестком носителе.
«Накопление» — количество трасс, при наборе которых осуществляется их усреднение. Увеличение данного параметра позволяет повысить глубинность обследований. При выборе значения параметра необходимо учитывать требуемую скорость перемещения измерительных средств и число трасс, вырабатываемых в секунду в каждом канале георадара.
«Эпсилон» — диэлектрическая проницаемость среды, используемая для определения глубин залегания границ конструкционных слоев. При записи профиля значение может устанавливаться приближенно, исходя из априорной информации.
«Шаг между трассами (мм)» — данный параметр устанавливает расстояние между соседними трассами по профилю. Увеличение значения параметра может приводить к пропуску локальных объектов при обработке георадиолокационных данных.
«Развертка (нс)» — устанавливает временной интервал формирования трассы.
Рекомендуемые значения указанных параметров для скоростной георадиолокационной диагностики железнодорожного пути приведены в таблице 1 приложения N 1.
Таблица 1 Рекомендуемые значения параметров измерений
|
АБ-400 (АБ- |
АБ-700 |
АБ-1000Р |
АБ-1200 |
АБ-1700 |
|
|
Количество |
511 |
||||
|
Количество |
>30000 |
||||
|
Накопление |
1 |
||||
|
Эпсилон |
4,5 |
||||
|
Шаг между |
100-200 |
||||
|
Развертка (нс) |
50-100 |
24-48 |
16-32 |
||
ВИД ВЕДОМОСТЕЙ УЧЕТНЫХ ФОРМ
См. Рисунок 1 Пример ведомости ДФ-3.5.
ДФ-3.4 (а). Ведомость загрязненности балластного слоя
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало/конец участка |
Протяженность с загрязненностью |
||
|
Более 30% до 50% |
Более 50% |
||
Рисунок 2 Пример ведомости ДФ-3.4 (а)
ДФ-3.4 (б). Ведомость толщины балластного слоя
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало/конец участка (км, м) |
Протяженность с нарушением |
|
Рисунок 3 Пример ведомости ДФ-3.4 (б)
ДФ-3.7. Сводная таблица состояния земляного полотна
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало |
Конец |
Протяженность земляного полотна с дефектами |
||||
|
км |
м |
км |
м |
|||
|
Нарушение |
Нарушение |
Балластные углубления |
||||
Рисунок 4 Пример ведомости ДФ-3.7
ДФ-3.8. Ведомость мест увлажнения основной площадки земляного полотна
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало |
Конец |
Протяженность, м |
||
|
Км |
м |
км |
м |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Рисунок 5 Пример ведомости ДФ-3.8
ДФ-3.10. Ведомость наличия разделительного слоя
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало |
Конец |
Протяженность, М |
||
|
км |
м |
км |
м |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Рисунок 6 Пример ведомости ДФ-3.10
ДФ-4.1. Ведомость толщины балласта на мостах (с ездой на балласте)
ПС: Ведомость от Проезд от ПЧ
Направление Путь Км:
|
Начало |
Конец |
толщина балластного слоя, см |
||||
|
Км |
м |
км |
М |
мин. |
макс. |
ср. |
Рисунок 7 Пример ведомости ДФ-4.1