Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết Đánh giá trạng thái làm việc kết cấu đường sắt bằng thiết bị đo động nhằm đảm bảo an toàn chạy tàu phân tích sự cần thiết phải sử dụng phương pháp đo động để kiểm tra đánh giá chất lượng kết cấu tầng trên đường sắt. Phân tích những ưu điểm quan trọng của phương pháp đo động so với công tác đo đạc tĩnh trong công tác quản lý hạ tầng kết cấu, nâng cao tốc độ, tải trọng trục, tính an toàn và tiện nghi cho hành khách đi tàu.
ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC KẾT CẤU ĐƯỜNG SẮT BẰNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘNG NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHẠY TÀU ThS Lê Quang Hưng TS Trương Trọng Vương Trường ĐH Giao thơng vận tải KS Trần Quốc Đồn Công ty CP Đầu tư XD CT3 KS Mai Minh Việt Ban Quản lý dự án Đường sắt - Bộ GTVT TĨM TẮT: Bài báo phân tích cần thiết phải sử dụng phương pháp đo động để kiểm tra đánh giá chất lượng kết cấu tầng đường sắt Phân tích ưu điểm quan trọng phương pháp đo động so với công tác đo đạc tĩnh công tác quản lý hạ tầng kết cấu, nâng cao tốc độ, tải trọng trục, tính an tồn tiện nghi cho hành khách tàu Thông qua việc kiểm tra dao động, ứng suất, biến dạng (chuyển vị động gia tốc chuyển vị), lực động kết cấu tầng đường sắt, từ cung cấp hệ kết đáng tin cậy hệ thống theo thời gian thực để tiến hành phân tích đặc tính động lực học trạng thái làm việc kết cấu đường tác dụng hoạt tải khai thác Từ đó, đưa giải pháp kỹ thuật cho cơng tác vận hành đảm bảo an tồn chạy tàu; định chu kỳ biện pháp tu bảo dưỡng, sửa chữa thay hợp lý kết cấu tầng đường sắt Từ khóa: Phương pháp kiểm tra động, thiết bị đo động, đánh giá chất lượng kết cấu tầng trên, chuyển vị động, gia tốc động ABSTRACT: The article analyzes the need to use dynamic measurement method to check and evaluate the quality of railway superstructure Analyze the important advantages of dynamic measurement method over static measurement in the management of railway infrastructure, improve speed, axle load, safety and comfort for passengers Through testing vibration, stress, deformation (dynamic displacement and displacement acceleration), dynamic force of railway superstructure, thereby providing a reliable result system of the system according to real-time analysis to analyze the dynamic characteristics and working state of the track structure under the action of operating live loads Thence, provide technical solutions for the operation to ensure safe train operation; decide the cycle and measures to maintain, repair, and reasonably replace the railway superstructure Keywords: dynamic test method, dynamic measuring equipment, evaluate the quality of superstructure 431 ĐẶT VẤN ĐỀ Đường sắt Việt Nam với 130 năm phát triển, quản lý tuyến đường sắt quốc gia số tuyến nhánh với tổng chiều dài khoảng 2440km Trải qua thăng trầm lịch sử, bom đạn chiến tranh nhiều đoạn tuyến, cơng trình, hạng mục đường sắt niên hạn, bị xuống cấp nặng nề, không phù hợp tiêu chuẩn quy chuẩn, không đảm bảo chất lượng có dấu hiệu nguy hiểm, khơng đảm bảo an toàn chạy tàu Ngành đường sắt theo dõi trạng thái kỹ thuật thường xuyên theo cơng trình cụ thể, thể yếu tố kỹ thuật chủ yếu, tình trạng kỹ thuật dấu hiệu nguy hiểm, khơng đảm bảo an tồn, tính chất, yếu tố khơng phù hợp tiêu chuẩn, quy chuẩn ví dụ như: - Trên tuyến đường sắt Yên Viên - Lào Cai, từ Km 14 đến Km 28 có tượng ray P38, P43 khuyết tật, tật mặt lăn lẻ tẻ, bẹp đầu, lượn sóng, mối ray dập bẹp, đế ray han gỉ nhiều; Km283+200 đến Km295+600 ray bị mòn, khuyết tật, nhiều chủng loại tà vẹt hư hỏng (tà vẹt sắt, BTK1 - lỗ, BTLK-3R,TN1), ray (P38 -P43 - P50) đặt xen kẽ - Trên tuyến đường sắt Hà Nội-TP.Hồ Chí Minh, từ Km490 - Km499+050 ray P43 mòn, khuyết tật nặng; tà vẹt K1, K2, K3A gẫy, vỡ, tụt giằng, vỡ vai chắn, mặt đặt ray nứt vỡ; đá thiếu, cốt cứng Từ Km724+900 - Km751+733 ray P43 mòn, khuyết tật tiêu chuẩn; tà vẹt sắt bị rỉ, nứt, lõm; phụ kiện mòn, rỉ thắt cổ chai, liên kết kém; đá thiếu, cốt cứng Trong công tác quản lý chất lượng sở hạ tầng đường sắt xuất số khó khăn sau đây: + Theo hồ sơ trạng thái kỹ thuật cơng trình, cơng trình đường sắt thường đồng thời có dấu hiệu nguy hiểm, khơng đảm bảo an toàn cho khai thác sử dụng; hết thời hạn sử dụng; không phù hợp quy chuẩn, tiêu chuẩn nên việc phân nhóm cơng tác quản lý gặp khó khăn + Nhiều cơng trình đường tuyến cần đầu tư cải tạo đường cong bán kính nhỏ; tà vẹt khối bị hư hỏng, nứt vỡ, phụ kiện lỏng, hỏng nhiều; ray, ghi bị mòn, khuyết tật; cầu yếu, cống, hầm có niên hạn lâu năm cần sửa chữa, thay để nâng cao chất lượng kết cấu hạ tầng đường sắt, tốc độ chạy tàu, lực vận tải, đảm bảo an tồn cơng trình đường sắt Nhu cầu vốn đầu tư cho công trình lớn Tuy nhiên, ngân sách nhà nước đáp ứng phần nên công tác sửa chữa, khắc phục hư hỏng mang tính chất nhỏ lẻ, tạm thời Vấn đề địi hỏi công tác đánh giá, kiểm định chất lượng công trình để có sở phân loại, ưu tiên vốn đầu tư cho cơng trình cấp bách bối cảnh hạn hẹp nguồn vốn Trong công tác vận hành khai thác đường sắt, khâu quan trọng mang tính chất đặc thù chun ngành cơng tác kiểm tra, kiểm định, đánh giá trạng thái, chất lượng kết cấu hạ tầng đường sắt Đây công tác then chốt để đảm bảo vận hành tuyến đường sắt an toàn, phải thực thường xuyên liên tục cách chặt chẽ, xuyên suốt Tuy nhiên, từ trước tới tiêu chuẩn, quy trình hay phương pháp kiểm tra, kiểm định sơ sài, lạc hậu, nặng thủ công, không theo kịp phát triển khoa học cơng nghệ nói chung yêu cầu công nghệ kỹ thuật đường sắt tiên tiến thời điểm tương lai Hiện có Quy định tạm thời số 277/KTCB-ĐS việc thử tải 432 trọng cơng trình Tổng cục đường sắt ban hành năm 1975, chưa có tiêu chuẩn khác thay đến Từ phân tích nêu thấy, nhu cầu đặt trước mắt cần tìm hiểu sâu sở lý thuyết phương pháp kiểm tra trạng thái động, phương pháp mô số, mô hình động lực toa xe, kết cấu đường ray từ tiến tới xây dựng quy chuẩn, tiêu chuẩn kiểm tra đánh giá kết cấu tầng đường sắt trạng thái động, đáp ứng nhu cầu thực tiễn ngành đường sắt việc nâng cao tốc độ, tải trọng trục, đảm bảo an toàn khai thác vận hành tuyến đường sắt CÔNG TÁC KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KẾT CẤU TẦNG TRÊN ĐƯỜNG SẮT Ở TRẠNG THÁI ĐỘNG Ở Việt Nam nay, cơng tác kiểm tra đánh giá trạng thái hình học, chất lượng phận kết cấu tầng thực theo phương pháp tĩnh, tức đồn tàu chạy qua tiến hành đo đạc thơng số hình học cự ly, phương hướng, thủy bình, cao thấp Phương pháp tồn số nhược điểm sau đây: - Không xác định chuyển vị thực phận kết cấu tầng có hoạt tải như: chuyển vị thẳng đứng ray, tà vẹt, lớp đá ba lát - Không xác định chuyển vị ngang đường ray tàu chạy qua: theo quy trình quy định với khổ đường 1000mm +4, -2mm mà xác định ray đàn hồi trở lại - Không xác định lực động thực tế tác dụng lên phận kết cấu tầng không thu thập giá trị gia tốc phận kết cấu, khơng phân tích lực tác dụng khơng kiểm tốn cường độ kết cấu đường thực tế Hiện giới, nước có ngành đường sắt phát triển Đức, Pháp có nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng kết cấu tầng đường sắt trạng thái động Với tích lũy kinh nghiệm sử dụng, phát triển khoa học công nghệ nên đạt nhiều thành tựu nghiên cứu, thử nghiệm phân tích mơ trạng thái động kết cấu đường Những quốc gia có phương pháp đánh giá an toàn hệ thống cho ngành đường sắt mà đó, cơng tác kiểm định trạng thái động kết cấu tầng để đánh giá, kiểm tra, theo dõi hình thành nên kỹ thuật đánh giá chất lượng đường sắt thông qua thiết bị đo động chuyên dụng Tại khu vực châu Á, quốc gia Singapore, Nhật Bản, Malayxia có nghiên cứu sâu công tác mô trạng thái động kết cấu đường Từ đưa phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng kết cấu tầng đường sắt Trung Quốc có tiêu chuẩn quốc gia đánh giá kiểm định động đầu máy, toa xe, kết cấu đường ray tiêu chuẩn TB2390-1993, GB5599-1985 để tạo nên hệ thống đánh giá, kiểm tra chất lượng kết cấu tầng đường sắt Phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng động có ưu sau đây: - Kết nghiên cứu nhiều nước cho thấy phù hợp kết phương pháp mô số với kết thực tiễn đo đạc trường Vì vậy, khẳng định, với phát triển khoa học công nghệ, với máy móc đo đạc chun dụng, xác, đại, hiệu phương pháp có độ tin cậy cao 433 - Kết đo đạc cung cấp đầy đủ thông tin trạng thái làm việc thực tế phận kết cấu riêng lẻ vai trò chúng tổng thể mối liên hệ với phận kết cấu khác Từ cho phép đánh giá khách quan, xác trạng thái chất lượng phận hệ thống kết cấu tầng đường sắt - Giúp quan quản lý đưa giải pháp kỹ thuật cho công tác vận hành đảm bảo an toàn chạy tàu; định chu kỳ biện pháp tu bảo dưỡng, sửa chữa thay hợp lý kết cấu tầng đường sắt Hình ảnh đo động trường: Hình Đo chuyển vị bê tơng đường sắt khơng đá Hình Đo gia tốc thẳng đứng ray Hình Đo gia tốc thẳng đứng tà vẹt Hình Đo chuyển vị thẳng đứng đá Hình Đo gia tốc ray theo hai phương 434 1.0 Chuyen vi thang dung cua ray ngoai cung - mm Chuyen vi thang dung cua ray ngoai cung - mm Một số kết đo đạc thực tế trường: 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 Thoi gian Thoi gian V=40km/h V=60km/h Hình Chuyển vị thẳng đứng ray Vị trí mối nối, V=60km/h Vị trí cầu ray, V=60km/h Hình Gia tốc thẳng đứng ray Vị trí mối nối, V = 60km/h Vị trí gần mối nối, V = 60km/h Hình Gia tốc thẳng đứng tà vẹt 435 MỘT SỐ MÁY MÓC ĐO ĐẠC KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU TẦNG TRÊN Ở TRẠNG THÁI ĐỘNG PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Hiện nay, nước Đức, Trung Quốc sản xuất nhiều loại máy đo động tiên tiến, đại, có độ xác cao, giao diện phần mềm dễ sử dụng phù hợp với điều kiện thực tế đường sắt Việt Nam Các máy có tính đo đạc gia tốc động, đo ứng suất, biến dạng động, lực động, áp lực đất đường Hệ thống đo phân tích tín hiệu động tĩnh TZT3828EN Hình Máy đo phân tích tín hiệu động tĩnh TZT3828EN Máy có kích thước gọn nhẹ 314mm x 311mm x 140mm (DxRxC), trọng lượng 4.98kg Máy kết nối có dây / wifi tốc độ cao với máy tính, ghi lại tín hiệu đa kênh thời gian thực không bị gián đoạn thời gian dài, thời gian hoạt động khơng 8h với pin Lithium tích hợp Mỗi máy có (16) điểm đo Phạm vi dải nhiệt độ hoạt động phù hợp từ -10 +50oC Máy hỗ trợ đầu vào liệu định dạng txt, excel, matlab; có chức phân tích phổ cơng suất, chức phân tích tần số phản hồi FRF, phân tích tương quan, hàm mật độ xác suất hàm phân phối, quang phổ, ghi liệu liên tục phân tích phát lại Hệ điều hành song ngữ tiếng Trung tiếng Anh Các thiết bị kết nối với máy Hình 10 Máy đo cảm biến kết nối với máy 436 - Cảm biến gia tốc điện từ TST126V Hình 11 Cảm biến gia tốc điện từ TST126V Cảm biến gia tốc điện từ cảm biến sử dụng để đo độ rung tần số cực thấp tần số thấp Nó sử dụng chủ yếu để đo độ rung mặt đất kết cấu cơng trình, đo độ rung cấu trúc nói chung cơng nghiệp, đo tần số cực thấp biên độ lớn cấu trúc có độ linh hoạt cao đo độ rung yếu Cảm biến sử dụng cơng nghệ vịng kín thụ động để thu đặc tính tần số cực thấp tốt Cảm biến có đặc điểm kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ (800g), sử dụng thuận tiện, độ phân giải cao, dải động lớn, v.v - Cảm biến chuyển vị laser LDS-S-20 Hình 12 Cảm biến chuyển vị laser LDS-S-20 Thực phép đo khoảng cách tuyệt đối không tiếp xúc dựa nguyên tắc phép đo khoảng cách tam giác laser Cảm biến có kích thước 75mm*60mm*28mm, trọng lượng 200g - Cảm biến áp lực đất TZT-123A Hình 13 Cảm biến áp lực đất TZT-123A 437 Phần tử nhạy cảm với áp lực chip áp lực silicon Thiết kế cấu trúc dựa nguyên tắc phù hợp cảm biến áp lực mơi trường đất đá Nó thích hợp cho thử nghiệm mơ hình quy mơ nhỏ cát, mơi trường đất, trường tự bề mặt kết cấu đo áp suất động tĩnh Cảm biến có trọng lượng 230g KẾT LUẬN Biện pháp đo đạc kiểm tra đánh giá chất lượng kết cấu tầng đường sắt phương pháp đo tĩnh khơng cịn phù hợp khơng phản ánh xác trạng thái làm việc chất lượng phận kết cấu Để đáp ứng nhu cầu công tác quản lý kết cấu hạ tầng đường sắt, nâng cao tốc độ, tải trọng trục, tính tiện nghi cho hành khách, nâng đảm bảo an toàn vận hành khai thác tuyến đường, giúp cho quan quản lý nhà nước quan trọng để định đầu tư cải tạo, nâng cấp, sửa chữa thay phận kết cấu tầng trên, định chu kỳ tu bảo dưỡng hợp lý nhu cầu trước mắt thời gian tới cần tiếp tục tìm hiểu, xây dựng quy trình kiểm tra đánh giá trạng thái kết cấu đường phương pháp đo động ưu điểm phân tích Cùng với đặt hàng máy móc thiết bị đo động phù hợp với điều kiện đường sắt Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Liu Xue yi, Wang ping (2010), “Cheliang-guidao-luji xitong dong li xue” , NXB Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc (bản tiếng trung) [2] Trương Trọng Vương (2015), Một số đặc tính động lực học ĐS cao tốc kiểu loại I bệnh hại nó, Luận án tiến sỹ (bản tiếng Trung) [3] Trương Trọng Vương, Liu Xue yi (2014), Phân tích đường không phẳng kết cấu ĐS cao tốc kiểu bản, báo quốc tế EI (bản tiếng Trung+ tiếng Anh) [4] Vương Kỳ Xương (1999), Cơng trình đường Sắt cao tốc, NXB Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc (bản tiếng Trung Quốc) [5] Quảng Trung Thạch Cao Tuệ An (2001), Đường Sắt không khe nối, NXB đường Sắt Trung Quốc - Bắc Kinh (Tiếng Trung Quốc) [6] Dịch Tư Dung (2009), Cơng trình đường Sắt tập II, NXB đường Sắt Trung Quốc Bắc Kinh (Tiếng Trung Quốc) [7] Đặng Sỹ Mạnh (2017), Nghiên cứu kiểm tốn mật độ tà vẹt bê tơng dự ứng lực cho cầu ray 50kg/m L=25m đường sắt khổ 1000mm 1435mm Đề tài khoa học công nghệ cấp bộ, mã số DT164046 [8] GB5599-1985 Quy phạm đánh giá thử nghiệm kiểm định động kết cấu đường-toa xe đường sắt Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc (bản tiếng Trung) 438 ... phân tích mơ trạng thái động kết cấu đường Những quốc gia có phương pháp đánh giá an toàn hệ thống cho ngành đường sắt mà đó, cơng tác kiểm định trạng thái động kết cấu tầng để đánh giá, kiểm tra,... ngành đường sắt việc nâng cao tốc độ, tải trọng trục, đảm bảo an toàn khai thác vận hành tuyến đường sắt CÔNG TÁC KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KẾT CẤU TẦNG TRÊN ĐƯỜNG SẮT Ở TRẠNG THÁI ĐỘNG Ở... kiểm tra trạng thái động, phương pháp mơ số, mơ hình động lực toa xe, kết cấu đường ray từ tiến tới xây dựng quy chuẩn, tiêu chuẩn kiểm tra đánh giá kết cấu tầng đường sắt trạng thái động, đáp
