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人民鐵道報2016年1月25日特刊報道 (記者 趙中庸)

發布時間:2017/10/30

高鐵路基工程質量新衛士

——中國鐵路總公司研發高鐵路基連續壓實控制技術紀實

本報記者 趙中庸  

2016/01/25


    編者按 當您乘上安全、快速、舒適的高鐵列車踏上旅途,您一定會為我國高鐵技術水平領先世界而備感自豪。是的,如今我國的高鐵整體技術創新水平,無論是在橋隧路基建設方面,還是在動車組運行系統方面,其領先于世界的技術創新成果真讓人驚喜連連。其中,高鐵路基連續壓實控制技術所取得的重大科研成果還不為大多數人所知,這項完全擁有自主知識產權科研成果的應用和推廣,使我國高鐵路基建設質量有了更可靠的保證,動車組列車在高速運行時會更加安全可靠。這項關系到高鐵行車安全的技術創新成果,值得讀者關注。高鐵路基連續壓實控制技術創新成果,是中國鐵路總公司實施高鐵技術創新戰略的重大舉措,同時也是以西南交通大學為主體的科研團隊向世人奉獻的豐厚禮物。
組建多學科精英團隊
    高速鐵路由路基、橋梁和隧道構成,其中路基是相對薄弱的環節。從某種意義上講,高速鐵路成功與否在于路基的性能,而路基的性能取決于壓實質量的好壞。路基必須具有足夠的抵抗變形能力和均勻性,才能為高速行駛的列車提供安全、舒適和平穩的運行環境。保證路基達到應有性能的技術措施之一就是壓實質量控制。路基壓實質量控制常規方法是事后抽樣,但存在諸多弊端,迫切需要研究新的、全覆蓋的過程控制方法。路基連續壓實

控制技術是目前最新、最先進的控制技術,被歐美國家譽為 “筑路技術的第三次革命”。
    這項技術在理論上是 “一個剛性圓柱體在彈塑性體上移動和振動狀態下的接觸動力學問題”,很難有理想的解答。在應用上的難點是解決連續控制指標與常規檢測指標的一致性問題。因此,如何建立力學模型、進行信息處理以及開發實用的測試技術是其關鍵所在。
    此前,德國的技術比較先進,但保密且價格昂貴。2008年,京滬高鐵某施工單位購買了一套與壓路機捆綁在一起的控制系統,售價折合人民幣高達270多萬元。早期瑞典壓實計的諧波比方法又存在與常規檢測結果一致性較差等問題。有鑒于此,我們需要獨立研發具有自主知識產權的連續壓實控制技術。
    我國最早研發這項技術的是以徐光輝教授為首的科研團隊。他從哈爾濱工業大學到西南交通大學,對這項技術的研究時間達20余年。他的創新成果曾應用于東北三省的高速公路建設中,得到業內人士的好評。
    2007年9月,西南交大副校長藺安林了解這項技術后,認為對提高鐵路路基質量大有好處,便積極與各方溝通,向鐵道部有關部門做了匯報。主管鐵路建設的鐵道部副部長盧春房得知后,十分關注。盧春房很詳細地從技術原理、工程實踐等方面對這一技術進行了解,認為技術是可行的。他指出,由于鐵路與公路存在差別,應該結合高鐵特點進行深入研究,形成我國鐵路具有自主知識產權的實用技術。
    2008年 “5·12”汶川特大地震發生后,盧春房在隧道搶險現場給鐵道部科學技術司打電話落實研究項目,科技司也把課題組原來提出的應用研究題目上升到 《高速鐵路路基連續壓實檢驗控制技術與裝備研究》的層面,列為鐵道部重點科技項目??萍妓竟仗幪庨L張志方也多次組織檢查項目的進展情況并給予具體指導。
    研發這項技術需要路基工程、巖土工程、儀器儀表、自動控制和計算機等相關專業人員的密切合作。在鐵道部的關心支持下,以西南交大、哈工大為主的研發團隊于2008年成立課題組,藺安林擔任組長,徐光輝教授任副組長,并請蔡英教授擔任技術顧問,還吸收了多學科、多部門的人員參加,參與人數達上百人。
    根據高速鐵路特點,鐵道部向課題組下達了關于這一項目技術原理 (動力學方法)、控制系統、工程應用和技術標準等方面的科研任務。
智慧在高鐵建設工地閃光
    “壓實過程監控系統”由傳感器、數據采集器、系統控制軟件和壓實信息管理平臺等組成。其核心是一臺26厘米見方的微型計算機,類似飛機上的“黑匣子”,里面凝聚著課題組成員的全部智慧和汗水。
    研發需要進行現場試驗。課題組得到哈大鐵路客運專線有限責任公司、京滬高速鐵路股份有限公司的大力支持,得以在哈大、京滬等高鐵現場進行試驗。其間,徐光輝教授與高輝博士一直在現場進行試驗,何廣杰、黃俊、張家玲、蘇謙等課題組成員也抽時間到現場參與試驗。蔡英教授不顧自己年事已高,親自指導和參加試驗工作。
    試驗要解決的問題之一就是建立連續指標與常規指標之間的相關關系,只有二者具有很好的一致性才能進行應用。由于試驗涉及質量問題,剛開始一些施工單位擔心檢驗質量不合格,不太愿意配合。經過課題組成員的耐心溝通,試驗才得以進行。2008年深秋,課題組成員在工棚中吃住,與現場技術人員一起進行試驗,他們的敬業精神和認真態度也感染了現場人員。在現場人員的積極配合下,試驗順利推進。
    2009年7月,鐵道部科技司對項目進行了中期審查,邀請了路內外知名專家參加。德高望重的中國工程院院士、中國鐵道科學研究院研究員周鏡也參加了審查。他了解了項目進展情況后非常高興,指出高鐵路基質量問題的重要性,應加大力度深化這項技術研究。會后,這位老前輩還親自幫助查找國外最新的技術資料,對課題的深入研究幫助很大。同年10月,在進行了上千組的對比試驗后,課題組又向盧春房副部長進行了匯報。盧春房耐心地聽取了匯報,同課題組成員一起對試驗結果進行分析,指出了存在的不足,并指示課題組繼續加強兩種方法檢測結果一致性的研究,指明了研究重點。
    2010年夏天,課題組成員在成灌鐵路進行了大量試驗,解決了一些需要深入研究的問題。同年12月,這項技術通過了鐵道部科技司的技術審查驗收,評審結論為 “研究成果實現了路基壓實質量的連續監測和過程控制,實用性強,具有良好的技術經濟效益。研究成果總體達到國際先進水平”。評審專家建議課題組結合工程應用進一步擴展這項技術的系統功能。
    為了在工程實踐中開展應用,2011年在蘭新鐵路甘青有限公司的支持下,該技術在蘭新高鐵甘青段得以應用,取得了很好的效果,完善了系統功能。
    2011年春天,課題組再次向盧春房副部長進行了匯報。盧春房聽后很滿意,當即指示: “這是好事,支持!先在高鐵上作為必備的手段進行應用;把輔助驗收做起來,過程控制跟進;抓緊制定相應的技術標準。”
    盧春房充分肯定了課題組將路基抵抗力作為連續控制指標的做法,還建議進一步深化研究,包括測試深度、含水率等問題,希望終極目標是采用連續檢測方法進行質量驗收。
中國首部連續壓實控制技術標準
    為編制中國首部連續壓實控制的行業標準,鐵道部建設司在2008年年末立項對標準編制進行研究。2011年,建設司開始標準的編制工作。
    在標準編制過程中,建設司多次召開專家會議,顧湘生、彭澤仁、李海光等多位著名專家參加了不同階段的具體指導。他們對標準的每一條都逐字逐句地反復推敲,力爭達到國際先進水平。建設司標準處處長吳明友也參與編寫,鐵道部經濟規劃研究院標準研究所副所長周詩廣全程參與編寫工作,鐵道部工程管理中心李怒放、尤昌龍和鐵科院張千里等專家也提出了許多建設性意見??梢哉f,這部標準是集體智慧的結晶。
    該標準結合我國鐵路、特別是高速鐵路特點,提出了在路基填筑碾壓過程中,同時對壓實程度、壓實均勻性和壓實穩定性進行實時的、全過程控制,并根據連續檢測結果確定壓實薄弱區域,在此區域進行常規檢驗,避免了抽樣的隨機性,對常規質量驗收起到了很好的補充作用。
    在標準頒布前,盧春房及鐵道部有關司局領導和專家再次聽取了編寫組成員的匯報。與會人員指出,目前路基壓實質量存在的問題與沒有對整個碾壓面進行控制有關,期待這項技術能彌補這個缺陷,也把提高路基壓實質量的希望寄托在這項技術上。
    2011年11月,中國首部連續壓實控制方面的國家行業標準——《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》(TB10108-2011)由鐵道部批準頒布。2013年7月,交通運輸部批準立項編制公路方面的連續壓實標準,由該團隊成員主編。2015年6月,中國鐵路總公司標準 《鐵路路基填筑工程連續壓實控制技術規程》(Q/CR9210-2015)頒布實施。目前,鐵路建設已開始按照這一標準要求進行工程應用。
第一生產力的魅力
    2012年3月,鐵道部建設司組織全路有關單位對標準進行了宣講,由徐光輝教授主講,為全路開始這項技術的應用奠定了基礎。
    2012年,這一標準在滬昆高鐵貴州段施工中率先應用。2014年,呼準鄂鐵路、石濟客專、京沈客專遼寧段等工程開始應用這項技術。
    在應用過程中,這一標準得到石濟客專有限責任公司有關領導、京沈客專遼寧有限公司總經理田利民、總工程師孫學奎等的大力支持。鐵路總公司工程管理中心總工程師盛黎明等領導和專家多次到現場檢查。鐵路總公司副總工程師王同軍也到現場檢查指導工作,對這項技術的應用給予了充分肯定。
    壓路機裝配的 “黑匣子”在高鐵路基碾壓控制應用過程中,顯示了科技作為第一生產力的魅力。
    某站場工地,外方檢測單位進行常規抽檢為 “合格”,但連續檢測時發現部分區域處于紅色 “不合格”狀態。他們對該區域補充碾壓后才達到合格標準,避免了局部的欠壓問題,還發現了常規抽樣的漏檢問題。另外,這項技術在優化碾壓遍數、識別填料的可壓實性等方面也都有很好的表現。它還實現了碾壓全過程、全覆蓋、實時的信息化控制和管理,受到建設和施工單位的高度評價。

    如今,壓路機的控制系統已升級到第四代。 “黑匣子”采集的各種數據可以方便地傳輸到壓實信息管理平臺,使碾壓信息都可讓管理者一目了然。這些信息不久還可以輕松實現向工程管理中心信息平臺的傳輸。

    2015年9月9日,鐵路建設項目標準化管理現場會在長沙召開,鐵路總公司副總經理盧春房提出,要加快推廣應用這項技術。11月30日,在鐵路建設電視電話會議上,盧春房再次指出應用該技術的重要性和迫切性。

    徐光輝教授告訴記者,這項技術從一開始就是我國自主研發的,也正因為這個原因,才有了今天在國際上的學術地位。實踐證明,跟在別人后面模仿是很難得到尊重的。只有真正是自己搞出來的技術,人家才愿意與你交流,所謂“弱國無外交”,科研也是如此。自頒布以來,該標準引起了國外專業人士的高度重視,在國際上有了足夠的話語權。

    2003年,德國在北京召開介紹他們壓實技術的會議,給中國專家發的資料中,其參考資料幾頁被撕掉。然而,自中國的行業標準頒布之后,德國方面主動聯系,并邀請標準編寫組有關專家去德國訪問交流。美國卡特彼勒公司也幾次找到標準編寫組專家進行交流,還邀請他們在一些國際會議上做專題報告。今年,交通領域大會 (TRC)將在北京召開,會議專門設立壓實方面的專題,邀請標準編寫組有關專家主持。

    徐光輝教授還指出,編制技術標準是一個很好的開端。隨著我國高鐵技術的成熟和 “一帶一路”戰略的推進,高鐵 “走出去”已成為必然。這項技術屬于路基質量控制的核心技術之一,也應該隨高鐵走出國門。另外,對于壓路機行業來講, “智能壓實”是其發展方向,它還可以與物聯網等進一步結合,而其中的核心技術之一就是這項技術。這項技術的普及應用,會帶動我國壓路機行業的科技進步,大大縮短與國外壓路技術的差距。

 

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