任務(wù)5-4地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案首頁(yè)

高速鐵路安全與防災(zāi)技術(shù)任務(wù)地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

號(hào)

9

知識(shí)目標(biāo)：熟悉地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能，掌握其主要設(shè)備構(gòu)成、安裝要求和警報(bào)參數(shù)。通過案例熟悉地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的主要功能及操作流程。能力目標(biāo)：掌握地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的功能和主要設(shè)備組成。板書

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學(xué)生操作√√√√√

教材、教案、PPT仿真軟件操作、習(xí)題、現(xiàn)場(chǎng)圖片、相關(guān)文件和規(guī)章制度

重點(diǎn)：地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)構(gòu)成、主要設(shè)備和操作流程。難點(diǎn)：地震監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的組成設(shè)備和操作流程

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石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案【新課內(nèi)】任務(wù)

地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他威脅高速鐵路運(yùn)行安全的自然災(zāi)害相比地震發(fā)生概率相對(duì)較少但其危害很大且暫時(shí)無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)當(dāng)?shù)卣鹆叶冗_(dá)到度時(shí)會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生破壞作用，除直接破壞鐵路基礎(chǔ)設(shè)施外，地震還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的高速列車脫軌、傾覆為盡可能減少地震災(zāi)害帶來的損失就要在地震發(fā)生時(shí)盡早采取措施降低列車運(yùn)行速度或者停車速鐵路地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)鐵路沿線地震活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)若監(jiān)測(cè)到地震波強(qiáng)度達(dá)到報(bào)警閩值會(huì)立即發(fā)出警報(bào)控制高速列車減速或緊急制動(dòng)防止或減輕因地震災(zāi)害引發(fā)的損失同時(shí)為運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心快速啟動(dòng)應(yīng)急救援或恢復(fù)運(yùn)營(yíng)提供決策依據(jù)與國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)所作的中長(zhǎng)期或臨震預(yù)報(bào)及監(jiān)測(cè)目的有所不同由于鐵路地震監(jiān)測(cè)的目的特殊因此對(duì)強(qiáng)震儀以及整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性有較高要求。一、地報(bào)警相關(guān)概1.震動(dòng)加速值衡量地震強(qiáng)度的單位，根據(jù)GB/T3102.3-1993的規(guī)定，地震動(dòng)加速度通常用Gal表示，1Gal=1cm/sec2。地震動(dòng)加速度有時(shí)也用重力加速度單（）來表示在地震工程中一般約定1g=1000Gal。2.S警和波預(yù)警地震報(bào)警系統(tǒng)主要指S波報(bào)警即拾撿地震動(dòng)波的加速度值行報(bào)警。預(yù)警主要指P波預(yù)警利用兩種波形的走時(shí)差。另外有空間預(yù)警，也叫前置預(yù)警法。3.報(bào)警閾值（EAT）監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到地震動(dòng)加速度后判定對(duì)列車是否進(jìn)行運(yùn)行管制的報(bào)警數(shù)值地震動(dòng)峰值加速度值來表示于工程基礎(chǔ)設(shè)施的最大動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)和保證列車正常運(yùn)行前提下的軌道所能承受的最大橫向加速度值A(chǔ)]。目前使用。4.監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置距離和應(yīng)急處置范圍兩個(gè)地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置距離為20-30里地震發(fā)生時(shí)，地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的控制范圍。目前規(guī)定上下行公里。1

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案5.判定方式分為單點(diǎn)判定和多點(diǎn)判定。單點(diǎn)判定方式邏輯簡(jiǎn)單，漏報(bào)率低，實(shí)時(shí)性好。多點(diǎn)判定方式的誤報(bào)率較單點(diǎn)判定報(bào)警方式低但報(bào)警判定延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)判定邏輯較單點(diǎn)報(bào)警復(fù)雜，實(shí)時(shí)性較差并存在漏報(bào)警的風(fēng)險(xiǎn)。目前使用兩點(diǎn)判定，將來根據(jù)實(shí)際情況將考慮采用單點(diǎn)判定。二、高鐵路地震系構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

應(yīng)用服務(wù)器中心交換

監(jiān)控終端匯聚

傳輸網(wǎng)通信基站機(jī)

以太監(jiān)控單元

以太監(jiān)控單元

串口

串口

列控

串口

串口

列控現(xiàn)場(chǎng)地震監(jiān)測(cè)設(shè)備

強(qiáng)震記錄器

強(qiáng)震記錄器

……

強(qiáng)震記錄器

強(qiáng)震記錄器

傳

傳

傳

傳注：紅色虛框中的牽引變電所和列控為模擬備三、地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功1、監(jiān)測(cè)地震動(dòng)加速度，生成報(bào)警，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震應(yīng)急處置；2當(dāng)?shù)卣饎?dòng)加速度≥防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)生成報(bào)警信號(hào)并通過防災(zāi)監(jiān)控單元將該報(bào)警信號(hào)傳送至鄰近的列控中心觸發(fā)列控系統(tǒng)使列車自動(dòng)停車，同時(shí)觸發(fā)牽引變電所牽引供電控制裝置使接觸網(wǎng)停電。3、預(yù)留本地P波監(jiān)測(cè)以及接收國(guó)家、地方地震臺(tái)網(wǎng)的P信息功能；條件具備時(shí)，實(shí)現(xiàn)P波預(yù)警。四、地監(jiān)測(cè)設(shè)備地震監(jiān)測(cè)設(shè)備主要有力平衡式加速度計(jì)和強(qiáng)震記錄器，見下圖：力平衡式加速計(jì)五、地監(jiān)測(cè)方法

強(qiáng)震記錄器美國(guó)凱8道記錄器2

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)工作原理分為兩類:報(bào)警和預(yù)警中預(yù)警是地震發(fā)生后，相對(duì)鐵路線路而言，破壞性地震波還未到達(dá)線路前發(fā)出報(bào)警。因此對(duì)鐵路沿線外圍發(fā)生的地震可以有兩種監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方式即沿線路邊設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)與在震源附近設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。1）沿線路邊設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)方式在強(qiáng)震發(fā)生后若監(jiān)測(cè)到超出閥值的地震波系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并立即切斷接觸網(wǎng)電源，使列車減速并停車。這種報(bào)警方法簡(jiǎn)單、可靠，但如果發(fā)生強(qiáng)震此時(shí)本區(qū)段地震災(zāi)害可能己經(jīng)發(fā)生了僅可起到阻止相鄰區(qū)間的列車進(jìn)入災(zāi)害區(qū)防止發(fā)生次生災(zāi)害這種方式應(yīng)用于法國(guó)地中海線和早期日本高速鐵路地震監(jiān)測(cè)；2）震源附近設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)方式(異地預(yù)警)在線路外圍靠近地震源方向設(shè)置地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到地震發(fā)生并達(dá)到報(bào)警閉值后過通信網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳送到牽引變電系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心，即可提前控制受影響線路上運(yùn)行的列車。根據(jù)計(jì)算在離鐵路線以外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)到危險(xiǎn)強(qiáng)度的地震波時(shí)，可提前秒以上發(fā)出報(bào)警；墨西哥城地震預(yù)警系統(tǒng)SAS(SeismieAlannSystem)于1991年8月投入使用，是世界上唯一向公眾發(fā)布地震警報(bào)的地震預(yù)警系統(tǒng)1995年9月14日Guerrero地區(qū)發(fā)生了7.3級(jí)地震系統(tǒng)在地震波到達(dá)墨西哥城前725發(fā)出了地震警報(bào)。由于及時(shí)采取了防震措施大大減少了墨西哥城的人員傷亡盡管這是由于震中距離市區(qū)達(dá)32Okin而產(chǎn)生的特例，但它證明了地震預(yù)警系統(tǒng)的功能。日本鐵道技術(shù)研究所研制的緊急地震檢測(cè)和預(yù)警系UrEDAS(UrgentEarthquakeDctectionandAI~system)是目前較先進(jìn)的鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)利用地震P波和S信息快速估計(jì)地震參數(shù)并結(jié)合已有震害統(tǒng)計(jì)結(jié)果有針對(duì)性發(fā)布地震預(yù)警信號(hào)的智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是單個(gè)臺(tái)站用P波初動(dòng)就能確定震源參數(shù)?？紤]到多臺(tái)站系統(tǒng)的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的脆弱性UrEDAS采用單臺(tái)信號(hào)報(bào)警，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單個(gè)觀測(cè)點(diǎn)處的地面運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)到地震P后的35內(nèi)估算出震中方位、震級(jí)中距和震源深度等地震參數(shù)并發(fā)出第一次警報(bào)在S波到達(dá)后計(jì)算出更精確的地震參數(shù)后再發(fā)出第二次警報(bào)。目前日本已在東京地區(qū)、青函海底隧道東海道新干線山陽新干線等地區(qū)布設(shè)了近套UrEDAS系統(tǒng)。六、報(bào)及列車運(yùn)行制方式對(duì)于高速鐵路地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)警方式實(shí)際就是指地震瞬間控制列車運(yùn)行的方式。從理論上看當(dāng)發(fā)生地震且監(jiān)測(cè)到報(bào)警閡值以上的地震動(dòng)加速度值時(shí)有如下三種方式控制列車制動(dòng)和停車:1）通過控制牽引變電所停止向運(yùn)行中的列車供電，控制列車停止運(yùn)行3

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案2）通過運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心列控系統(tǒng)發(fā)出列車停止運(yùn)行的信號(hào)，自動(dòng)控制列車停止運(yùn)行；3）通過車、地?zé)o線通信系統(tǒng)向司機(jī)發(fā)出停止運(yùn)行的信息，由司機(jī)控制列車停止運(yùn)行；由于第三種方式下的列車制動(dòng)停車是基于司機(jī)人工控制的響應(yīng)速度慢對(duì)于高速鐵路來說沒有應(yīng)用的意義。因此前一般都采用前種方式在高速鐵路地震防災(zāi)建設(shè)較為完備的日本和法國(guó)由于具體情況不同采取的是不同的報(bào)警方式。兩種方式的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)如下表：由于列控系統(tǒng)安全性要求很高接接入列控系統(tǒng)的報(bào)警方式在我國(guó)高速鐵路實(shí)現(xiàn)起來有很大難度，因而建議采用控制牽引變電系統(tǒng)的報(bào)警和控車模式。4

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案七、報(bào)閉值的設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)置高速鐵路地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警閾值EAT(EarthquakeAlarmThreshold)可按下式計(jì)算:EAT=A/D式中A為保證列車正常運(yùn)行前提下軌道所能承受的最大橫向加速度限;D為鐵路各種構(gòu)筑物(路基、橋梁等)在不同地震波激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)最大值。參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和前期研究成果，建議最大橫向加速度限A取為12OGal;獲得95y0保證概率下，動(dòng)力響應(yīng)系數(shù)D的取值為。與此可得EAT，出于高速鐵路報(bào)警安全的考慮，建議EAT取45Gal根據(jù)我《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ111)的規(guī)定位于地震烈度大于呱度地區(qū)的結(jié)構(gòu)物，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)此高速鐵路客運(yùn)專線在地震烈度大于等于VII度的線路區(qū)段需設(shè)地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)，烈度姍度相當(dāng)于地震動(dòng)峰值加速度為0.19(lg等于98OGal，地震動(dòng)峰值加速度0.19當(dāng)于震級(jí)烈度VII級(jí)0.29相當(dāng)于硼級(jí)、0.49相當(dāng)于IX級(jí))。原則上S波監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在線路旁p波監(jiān)測(cè)點(diǎn)也可設(shè)在線路旁但最好設(shè)在5

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案線路周圍地區(qū)潛在震源的附近p波監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置距離震源超過150一時(shí)，經(jīng)衰減的P波檢測(cè)和判別難度將有所增加。為了方便對(duì)地震監(jiān)測(cè)站的管理維修，鐵路沿線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般設(shè)在牽引變電所(分區(qū)亭等)車站內(nèi)的獨(dú)立設(shè)備房中為盡可能避開或遠(yuǎn)離可能干擾影響監(jiān)測(cè)的振動(dòng)源強(qiáng)震儀的安裝應(yīng)距線路軌道中心線4050米外潛在震源附近的地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般考慮設(shè)在歷史上震級(jí)超過7.0且距線路圍內(nèi)大震震中位置附近選取地表基巖處設(shè)置鐵路沿線地震監(jiān)測(cè)站的設(shè)置間距對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警的準(zhǔn)確性影響很大監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置間距的確定與報(bào)警閉值有一定關(guān)聯(lián)法國(guó)地中海線地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)相距平均約10km,停止列車運(yùn)行的報(bào)警閡值取65Gal;日本新干線地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)相距平均約20km，如果我國(guó)高速鐵路地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的地震報(bào)警閉值按照45Gal考慮且選擇牽引變電所控制模式下議地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置間距為20一30km。表發(fā)地震時(shí)列車運(yùn)行規(guī)則及其他(陽新干線—“日本新干線安全對(duì)策概要”(1999年12月文版。感震器最大值/

判定震度

停車

運(yùn)行規(guī)則限

速

緊急巡檢地面添乘巡檢km/h巡檢

提速70km/h

70km/h3以下*

感震器監(jiān)管圍內(nèi)70km/h下，但定震度未明確前30kin/h以下例30kin/h下

無；特例時(shí)同“限速區(qū)間

設(shè)備電氣

設(shè)備≥40<80

感震器監(jiān)管圍內(nèi)304以

km/h下，但設(shè)備及電氣人員添乘70km/h以下，

特例時(shí)同設(shè)備電設(shè)備“限速”區(qū)間氣氣

設(shè)備特例kin/h下3以

同上

同上

設(shè)備電設(shè)備電氣氣

設(shè)備停車≥40<1204

感震器感震器監(jiān)管圍內(nèi)，有監(jiān)管范備電氣人員添乘km/h圍內(nèi)以下，例km/h以

區(qū)間的特定地

同上

設(shè)備電設(shè)備電氣氣

設(shè)備點(diǎn)5以

同上

同上

停車區(qū)間

同上

設(shè)備電設(shè)備電氣氣

設(shè)備6

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案≥120

同上

同上

同上

同上

設(shè)備電設(shè)備電氣氣

設(shè)備表3發(fā)地震時(shí)列車停車后的運(yùn)行規(guī)(東北、上越、長(zhǎng)野新干)行車規(guī)則

緊急巡檢Gal值(沿線)80Gal以

停車

限速根據(jù)調(diào)度員命令恢復(fù)行

徒步巡檢無

添乘巡檢無超過80Gal的感器點(diǎn)兩端12圍內(nèi)，80Gal以上,120Gal以下

開始供電后30km