Железные дороги не будут отмороженными. На арктической части сети РЖД тестируют сейсмическую технологию проверки крепости полотна

Учёные Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (ФИЦКИА) разработали метод автоматизированного мониторинга состояния насыпи железной дороги при помощи широкополосных сейсмических датчиков.

В качестве регистрирующего оборудования использовалась широкополосная сейсмическая аппаратура фирмы Nanometrics (Канада): датчик — универсальный сейсмометр Trillium Compact с частотным диапазоном (120 с — 100 Гц), регистратор — Centaur с динамическим диапазоном 142 дБ при 100 отс/с.  

Регистрировались вибрации, создаваемые подвижными составами разного типа. Преимущественно это были товарные поезда с количеством вагонов 50–70 шт., длительность прохождения относительно точки наблюдения составляла 60–100 с.

На рисунке 1 приведена типичная схема установки сейсмической станции для мониторинга земляного полотна железной дороги. Непрерывные данные записывались на внутреннюю память регистратора, хотя оборудование позволяет передавать данные через различные виды связи, которые поддерживают протокол TCP/IP. В наших исследованиях мы не использовали возможность передачи данных в связи с необходимостью экономии электрической энергии в зимний период.

window.yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ renderTo: 'yandex_rtb_R-A-564307-4-87', blockId: 'R-A-564307-4', pageNumber: 87 }) })

1 — берма, 2 — велосиметр, 3 — регистратор данных, 4 — аккумуляторная батарея, 5 — железнодорожный путь, 6 — солнечная панель

Разработан макет схемы организации передачи данных с сейсмических пунктов регистрации, установленных вдоль линии железнодорожного полотна, при отсутствии сотовой связи. В настоящее время ведутся тестовые испытания.

Методика заключается в том, что вдоль железнодорожной насыпи в Арктике можно будет установить специальную аппаратуру, для которой движущиеся по сети составы будут являться ориентиром, источником сигнала, который позволяет исследовать, как именно нагрузка от вагонов влияет на насыпь, рассказала vgudok.com заведующая лабораторией сейсмологии ФИЦКИА Галина Антоновская.

«Всё началось в 2017 году с выигрыша гранта РАН, тогда в Архангельске, в Онеге, мы получили участок земляного полотна для исследования и разработки наших методов. Мы применили широкополосные сейсмические датчики, которые для объектов мониторинга железнодорожного транспорта (имеется в виду насыпей) ранее не применялись.

Мы использовали методику и увидели, что в низкочастотной области как раз существует релаксация насыпи после прохождения поезда.

Стали интересоваться различными материалами, изучать, что про это пишут. Оказалось, что ничего. Мы обращались за консультациями и в итоге поняли, что наблюдаем новое явление.

И то, что есть сам процесс релаксации грунта, и что состояние насыпи и все эти процессы просто не учитываются в моделях. Потому что раньше не было такой аппаратуры, и никто и не видел, что насыпь может вести себя таким вот образом», — говорит эксперт.

Специалисты продолжили наблюдения и впоследствии сформировали ряд параметров, опираясь на которые можно рассматривать не только привычный процесс, когда поезд движется по насыпи, как обычно бывает в привычных железнодорожных методиках, где исследуют вибрации в результате воздействия поезда.

window.yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ renderTo: 'yandex_rtb_R-A-564307-4-196', blockId: 'R-A-564307-4', pageNumber: 196 }) })

Теперь же учёными анализируется низкочастотная и высокочастотная области. Мы смотрим на состояние насыпи уже после прохождения поезда, и это главное отличие нашей методики, поясняет Галина Антоновская.

«Был определён ряд параметров, которые подлежат мониторингу и автоматизации. В данной ситуации продолжаем наблюдения. У нас до сих пор стоит станция, мы копим данные, отслеживаем процедуру замерзания, оттаивания — для того, чтобы накопить статистику, понять предельно допустимые для мониторинга величины.

Сейчас всё дело упирается в аппаратуру. Потому что мы использовали импортные датчики. А надо разрабатывать отечественную аппаратуру для таких задач.

Аналоги в России существуют.

Это молекулярные датчики, но нужно с ними провести исследования для понимания, годятся ли они для такой работы, или нет. Импортное оборудование очень дорогое, а в сложившейся ситуации оно просто недоступно.

Хотелось бы, конечно же, поставить нашу систему мониторинга на мёрзлых грунтах. И пока это фундаментальная часть методики, говорить о её выходе и применении в РЖД рановато, потому что нужны ещё проработки и уточнение ряда вопросов», — рассказала наша собеседница.

Технология позволяет на ранних этапах замечать проседание земляного полотна и предотвращать аварии.

«Благодаря использованию трёхкомпонентных широкополосных сейсмических датчиков нам удалось увидеть новое явление — процесс релаксации грунта после прохождения поезда. Наша технология направлена на предотвращение аварийности, но она ни в коей мере не заменяет существующие методы, а дополняет их.

window.yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ renderTo: 'yandex_rtb_R-A-564307-4-172', blockId: 'R-A-564307-4', pageNumber: 172 }) })

Технология может увидеть развитие негативных процессов на ранних стадиях, что позволяет выявить ослабленные места заблаговременно и далее принять необходимые меры по их обследованию», — уточняют специалисты ФИЦКИА.

Молодцы, что придумали, раньше мы пешком ходили, а теперь на машинах ездим, раньше воду на костре кипятили, теперь чайник есть, — так охарактеризовал новую методику наш собеседник, плотно работающий именно в Арктике.

«В Арктике технологии очень важны. Потому что жизнь дороже и сложнее», — говорит полярник.

Исследования проводились на участках Северной железной дороги в Онежском районе. Датчики устанавливали у основания насыпи. Анализ сейсмической записи проходящих поездов в широкой полосе частот показал, что низкочастотные колебания присутствуют не только во время прохождения поезда, но и после. Это реакция грунта на воздействие вагонов и локомотивов.

Транспортные новости российских мегаполисов и мировых столиц ищите в нашем разделе ГОРОД и в Telegram-канале @Vgudok

Максим Ярошевский