Розпорядження ВАТ РЗ від N 2704р
ВАТ "Українська ЗАЛІЗНИЦЯ"
ПРО ЗАТВЕРДЖЕННЯ ТА ЗАПРОВАДЖЕННЯ В ДІЮ ІНСТРУКЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯ ШВИДКІСНОЇ ГЕОРАДІОЛОКАЦІЙНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЗАЛІЗНИЧНОГО ШЛЯХУ
Віце-президент ВАТ "РЗ" А.В.Целько
ІНСТРУКЦІЯЗА ЗАСТОСУВАННЯМ ШВИДКІСНОЇ ГЕОРАДІОЛОКАЦІЙНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЗАЛІЗНИЧНОЇ ШЛЯХИ
Георадар - прилад для георадіолокаційного зондування, робота якого ґрунтується на використанні класичних принципів радіолокації. Електромагнітні хвилі, що випромінюються георадаром, відображаються від предметів або неоднорідностей, що знаходяться в середовищі, що мають відмінну від середовища діелектричну проникність або провідність, приймаються, посилюються, перетворюються на цифровий вигляд і запам'ятовуються для подальшої обробки. Георадіолокаційні вимірювання (георадіолокаційне зондування) - вимірювання, що являють собою отримання інформації про стан середовища методом георадіолокації. Георадар імпульсного типу - георадар, що випромінює в середу надкороткі електромагнітні імпульси (одиниці та частки наносекунди), що мають 1,0-1,5 періоду квазігармонічного сигналу та широкий частотний спектр випромінювання. Георадіолокаційне обстеження - комплекс заходів, що включає георадіолокаційні вимірювання параметрів середовища та обробку їх результатів. Георадіолокаційного обстеження дозволяють створити глибинні розрізи та тривимірні моделі досліджуваного середовища, виділити (оконтурити) області аномалій електрофізичних властивостей середовища, наприклад області підвищеної вологості. Глибинність георадіолокаційних обстежень - максимальна глибина залягання об'єкта нижче поверхнею середовища, відбитий сигнал якого може бути виділено на радарограмі після її обробки. Лінії синфазності являють собою лінії на радарограмі, що з'єднуютьвідповідні екстремальні точки трас, що мають однакові фази. Метод георадіолокації - геофізичний метод неруйнівного контролю та обстеження стану ґрунтового та інших середовищ. Метод заснований на відображенні високочастотного електромагнітного випромінювання від меж шарів середовища з різними величинами діелектричної проникності та електропровідності. Такими межами можуть бути межі середовищ різної вологості та різного мінерального складу, наприклад, межі конструктивних шарів баластного шару та земляного полотна залізничної колії. Низькоомні ґрунти - ґрунти з низьким омічним опором (глини, глинистий мергель, суглинки, гумус). Основні складові георадару: антена передавальна забезпечує випромінювання імпульсів електромагнітного випромінювання в середу, визначає центральну частоту і ширину спектра випромінювання; антена приймальна забезпечує прийом відбитого ґрунтом електромагнітного випромінювання; антеневий блок являє собою комплекс, що поєднує передавальну та приймальну антени; широсмуговий підсилювач забезпечує широкосмугове лінійне посилення прийнятого приймальної антеною сигналу; широсмуговий стробоскопічний підсилювач призначений для реєстрації електричних сигналів, що повторюються, і дозволяє здійснити пошарове обстеження середовища; аналого-цифровий перетворювач перетворює на цифрову форму сигнал, посилений широкосмуговим стробоскопічним підсилювачем; приймальний тракт георадару являє собою сукупність пристроїв георадару, що реалізують прийом та обробку сигналів, що приймаються. Відбитий від поверхні сигнал - сигнал, що проникає в приймально-підсилювальний тракт після відбиття від елементів верхньої будови колії та поверхні ґрунту при швидкісному зондуванні з підйомом антенного боку над поверхнеюсередовища. Прямий сигнал (сигнал прямого проходження) - сигнал, що проникає в приймально-підсилювальний тракт, минаючи зондоване середовище. Прямий сигнал є перешкодою, вплив якої на траси зменшують за допомогою створення перешкодозахищених (екранованих) антен, а також апаратними та програмними методами. Радарограма (хвильова картина) - сукупність трас, що визначаються при переміщенні георадару в безперервному або покроковому режимах у процесі георадіолокаційного обстеження середовища. Роздільна здатність георадіолокаційних обстежень - мінімальна відстань, на якій можна розрізнити після обробки радарограм два об'єкти, що знаходяться в обстежуваному середовищі. Прийнято розрізняти роздільну здатність у вертикальному напрямку (по глибині) та горизонтальному напрямку (просторову). Рупорна антена складається з металевого розтрубу (рупора), що розширюється, і приєднаного до нього радіохвильовода. Рупорні антени застосовуються для організації спрямованого випромінювання та прийому у пристроях вимірювальної техніки тощо. В даному випадку під рупором антени розуміється металевий розтруб, що підвищує схибленість і спрямованість дії антен типу "метелик". Трасса - сукупність характеристик електромагнітного випромінювання (амплітуд та фаз) у цифровій формі, вироблених у приймальному тракті георадару в моменти стробування широкосмугового підсилювача. Передбачається, що траса визначається при нерухомому стані георадара і представляється у вигляді графіка залежності показників сигналу від часу. Екранування антен та антенних блоків - спосіб протидії перешкодам від контактної мережі та облаштування залізничного полотна, що маскує на радарограмах інформацію про середовище при глибинному георадіолокаційному зондуванні.
1.Загальні положення та сфера застосування
1.1. "Інструкція із застосування швидкісної георадіолокаційної діагностики залізничної колії" (далі інструкція) призначена для проведення робіт з діагностики баластного шару та земляного полотна у швидкісному режимі для виділення ділянок колії з незадовільним станом з метою їх подальшого детального вивчення. Інструкція розроблена для керівництва при розробці для потреб ВАТ "РЖД" програмно-апаратних комплексів швидкісної георадіолокаційної діагностики залізничної колії, а також для використання в центрах діагностики та моніторингу пристроїв інфраструктури, інженерно-геологічних базах, проектних та обстежувальних організаціях при обстеженнях баластного шару . Інструкція застосовується при використанні георадіолокаційних програмно-апаратних комплексів, встановлених на спеціально виділених рухомих одиницях (вагони, автомотриси), або функціонуючих у складі діагностичних комплексів типу "ІНТЕГРАЛ" та "ЕРА". 1.2. Георадіолокаційна діагностика у швидкісному режимі проводиться з використанням технології автоматизованого аналізу отриманих георадіолокаційних даних для експрес-оцінки стану баластного шару та земляного полотна, а також перспективного планування ремонтних та розвідувальних робіт. 1.3. Швидкісна георадіолокаційна діагностика передбачає використання багатоканальних георадарів вітчизняного та зарубіжного виробництва. Швидкісний георадіолокаційний комплекс повинен забезпечувати: обстеження залізничної колії по узбіччях та в осьовому перерізі за один прохід діагностичного комплексу або іншої рухомої одиниці; отримання якісної інформації з продуктивністю не менше 10 георадіолокаційних трас на 1 метр шляху здискретизацією за часом не менше ніж 500 відліків при швидкостях руху діагностичних комплексів не менше ніж 60 км/год; роздільна здатність по глибині при обстеженні баластного шару не гірше 0,05 м., при обстеженні земляного полотна на глибину до 3 м - 0,15 м, глибше 3 м - 0,35 м; придушення перешкод від конструкційних елементів рухомої одиниці, на якій встановлено георадіолокаційний комплекс, а також об'єктів залізничної інфраструктури; роботу в будь-яких природно-кліматичних умовах та зонах розташування залізничної колії (клас з пилу-вологозахисту IP-67, робочий діапазон температур -30 °С 60 °С). 1.4. Георадіолокаційна діагностика залізничної колії у швидкісному режимі призначена для: визначення перезволожених місць земляного полотна; визначення геометричних параметрів конструкційних шарів залізничної колії; моніторингу розвитку деформативності (наявність та розвиток баластових заглиблень); оцінки забрудненості щебеневого баласту; приймання ділянок колії після проведення ремонтних та реконструктивних (відповідність стану щебеневого баласту нормативним вимогам по товщині, однорідності, наявність та протяжність розділових шарів). 1.5. Георадіолокаційна інформація про стан баластного шару та підбаластної зони в комплексі з іншими методами обстежень (шурфування, буріння свердловин з відбір проб ґрунту, статична та динамічна пенетрація, вібро- та сейсмоакустика тощо) використовується при паспортизації стану баластного шару та основного майданчика а також для прийняття технічних рішень при призначенні та проектуванні посилення, ремонту та реконструкції (модернізації) залізничної колії. 1.6. Георадіолокаційна діагностика у швидкісному режимі проводиться у складіспеціалізованих діагностичних комплексів з використанням багатоканальної апаратури, що розміщується у підвагонному просторі або на виносній консолі з дотриманням ДЧ-1835 "Інструкція щодо перевезення негабаритних та великовагових вантажів на залізницях держав-учасниць СНД". 1.7. Швидкісне георадіолокаційне обстеження залізничної колії є частиною комплексного обстеження залізничної інфраструктури та результати обстеження мають бути синхронізовані за координатою з апріорними даними та даними про стан рейкової колії. Тому встановлення георадіолокаційних підсистем має виконуватися переважно на діагностичних комплексах інфраструктури чи шляховимірювальних засобах.
2. Метод георадіолокаційного обстеження залізничної колії
2.1. Георадіолокаційне обстеження виконується спеціалізованими комплексами, що включають апаратні та програмні засоби. У процесі проведення діагностичних робіт в середу, що обстежується, випромінюються електромагнітні імпульси довжиною 2-3 напівхвилі квазігармонічного виду. Оскільки імпульси електромагнітного випромінювання мають широкий спектральний діапазон, прийнято антени георадару маркувати середньозваженою (опорною) частотою спектра (наприклад, антенний блок 1000 МГц). Імпульси відбиваються від меж розділу різних середовищ, від які перебувають у досліджуваному середовищі неоднорідностей, елементів інженерних конструкцій тощо. Відбиті імпульси реєструються приймальною антеною та посилюються в широкосмуговому підсилювачі. Фаза і величина напруги, наведеної на вхідних ланцюгах приймальної антени при реєстрації сигналу, перетворюється на цифровий вигляд за допомогою аналого-цифрового перетворювача і фіксується в пам'яті комп'ютера у вигляді тимчасової функції, яка називається трасою.Сукупність трас уздовж профілю обстеження утворює хвильову картину, яка називається радарограмою. У процесі апаратної обробки визначається час поширення в зондованих середовищах сигналу, зареєстрованого приймальною антеною. Працюючи на залізничному шляху доцільно використовувати перешкоднозахищені, екрановані антенні блоки, розроблені для використання в умовах залізничної інфраструктури. 2.2. Якість обстеження залізничної колії методом георадіолокації, визначається роздільною здатністю та глибинністю. Роздільна здатність георадару є мінімальною відстанню, на якій можуть бути помітні два відбиваючі об'єкти. Глибинність георадарних досліджень визначається максимальною глибиною відбиває об'єкта (кордону розділу середовищ), хвиля якого може бути виділено і натомість шумів. 2.3. Роздільна здатність залежить від властивостей досліджуваного середовища і покращується зі збільшенням частоти (зменшенням довжини хвилі) випромінювання, що використовується. У таблиці 2.1 наведена заявлена виробником залежність роздільної здатності георадарів від опорної частоти випромінювання. Необхідно відзначити, що роздільна здатність залежить від стану конструкційних шарів залізничної колії і режимів експлуатації георадарів.
Таблиця 2.1. Залежність роздільної здатності георадарів від опорної частоти випромінювання