轨道交通施工机械安全关键技术研究与应用

1、轨道交通施工机械安全关键技术研究与应用一、项目简介本成果属于交通科学技术领域，涉及轨道交通特别是高铁大型施工机械的安全分析设计、安全监测诊断与安全施工控制等关键技术及应用，研究得到国家自然科学基金委、原铁道部、河北省等单位科研课题的资助。架桥机、无砟轨道浇筑机等大型施工机械具有低速、重载、大功率、大吨位的特点，施工工艺复杂、工作环境多变，极易发生安全事故。本成果针对大型施工机械，提出了安全分析方法，构建了安全监测诊断体系，开发了安全监测系统，提出了大型施工机械安全施工控制技术，在架桥机、浇筑机等高铁施工机械中成功应用，保障了高铁的施工安全。研究成果还进一步推广应用到地铁盾构机的安全施工，完善了

2、大型施工机械的安全技术体系。主要创新性成果包括：1、首次提出了施工工艺驱动的三维安全分析方法，利用该方法对高铁架桥机、无砟轨道浇筑机和地铁盾构机等大型施工机械进行了安全分析设计，完善了大型施工机械安全分析设计技术体系。2、提出了安全因子的概念，建立了基于“安全因子集”的安全诊断指标体系，构建了大型施工机械安全监测技术体系，开发了安全监测系统，在架桥机、浇筑机、盾构机等大型施工机械中推广应用，保障了其安全作业。 3、针对架桥机和盾构机安全施工，提出了特殊施工条件下的安全施工关键技术，解决了架桥机不同跨度连续架梁、隧道内外连续架梁及小曲率半径架梁的难题，解决了地质条件多变、地表建筑物密集等复杂条件

3、下，盾构机掘进参数动态优化、盾构土仓压力控制等安全施工控制技术难题。制定了大型施工机械安全施工规范，保障了高铁和地铁的机械化安全施工。成果形成国家标准1项、企业标准5项、发明专利1项、安全施工工法9项。 研究成果在武广、京沪、京津、郑西、京石、沪昆、津保、大西等高铁架梁和武广高铁无砟轨道浇筑，以及北京、无锡、福州等地铁盾构施工中得到成功应用，保障了施工安全，产生了巨大的经济和社会效益。研究成果形成3项国家标准、5项企业标准、9项施工工法，获发明专利8项、实用新型专利23项、软件著作权4项，发表相关研究论文111篇，其中SCI、EI 检索59篇。二、主要完成人及其贡献 1、杨绍普（石家庄铁道大学

4、），排名第1，教授，副校长。制定了总体研究框架，提出了大型施工机械三维安全分析和基于“安全因子集”的大型施工机械安全诊断方法，参与制定了安全施工工法，工作主要体现在创新点1、创新点2与创新点3。发表了与该项研究相关的26篇论文和1项发明专利。投入该项目的工作量占本人工作量的60%。曾获国家科技奖励情况：“工程结构的振动控制与故障诊断研究及应用”获2003年度国家科技进步二等奖，排名第1位。2、纪尊众（中铁十三局集团有限公司），排名第2，教授级高工，总工程师。研究了轨道交通大型施工机械在复杂施工环境和作业条件下的安全施工问题，解决了软硬交替地层、长距离硬岩、局部地表建筑物密集等施工环境下盾构掘进

5、的技术难题，负责架桥机的工业性试验，工作主要体现在创新点1和创新点3。投入该项目的工作量占本人工作量的60%。曾获国家科技奖励情况： 2010年国家科技进步二等奖，排名第5位。 3、郭文武（石家庄铁道大学），排名第3，教授，院长。负责轨道交通大型施工机械的安全设计以及现场测试工作，设计了系列高铁架桥机和无砟轨道浇筑机。工作主要体现在创新点1和创新点3，获发明专利1项，发表论文10篇，参编著作3部。投入该项目的工作量占本人工作量的60%。曾获国家科技奖励情况：“工程结构的振动控制与故障诊断研究及应用”获2003年国家科技进步二等奖，排名第7位。 4、潘存治（石家庄铁道大学），排名第4，教授，副院

6、长。开发了大型施工机械安全监测系统，研究了基于“安全因子集”的结构安全因子子集的构造及算法，负责安全监测系统硬件的现场安装、调试与试验。工作主要体现在创新点2和创新点3，发表论文11篇。投入该项目的工作量占本人工作量的60%。曾获国家科技奖励情况：2003年国家科技进步二等奖，排名第9位。 5、王金祥（秦皇岛天业通联重工股份有限公司），排名第5，教授级高工，总工程师。负责轨道交通施工机械的研制，研究了施工工艺驱动的大型施工机械的三维安全分析方法，组织实施了架桥机型式试验及现场安全监测实验。参与制定国家标准1项，获发明专利2项、实用新型专利5项，发表相关论文9篇，工作主要体现在创新点1和创新点3

7、。投入该项目的工作量占本人工作量的50%。曾获国家科技奖励情况： 2010年国家科技进步奖二等奖，排名第7位。 6、郭京波（石家庄铁道大学），排名第6，教授。负责该项目中大型施工机械安全分析及监测应用研究，针对地铁盾构施工工艺，完成了盾构安全分析、安全设计及监测工作，保证了该项目创新点1和创新点3的实现。获得国家发明专利2项、实用新型专利9项，发表论文10篇。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。 7、邢海军（石家庄铁道大学），排名第7，教授。研究了施工工艺驱动的大型施工机械三维安全分析方法（创新点1），并对高铁架桥机进行了安全分析，研究了大型施工机械重载结构相关安全因子的计算方法（创新点2

8、），进行了安全监测系统的现场测试实验。发表相关论文11篇，参编著作1部。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。曾获国家科技奖励情况：“工程结构的振动控制与故障诊断研究及应用”获2003年国家科技进步二等奖，排名第8位。 8、郝如江（石家庄铁道大学），排名第8，教授。研究了重载传动子系统相关安全因子的构造及算法，并进行了安全监测系统的现场测试实验。发表相关论文25篇。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。 9、申永军（石家庄铁道大学），排名第9，教授。研究了重载传动子系统相关安全因子的构造及算法（创新点2），并进行了安全监测系统的现场测试实验，发表相关论文20篇。投入该项目的工作量占本人工作

9、量的40%。曾获国家科技奖励情况：“工程结构的振动控制与故障诊断研究及应用”获2003年国家科技进步二等奖，排名第10位。10、唐智斌（北京必创科技有限公司），排名第10，教授级高工。负责安全监测系统中无线检测技术的开发与现场测试，保证了该项目创新点3实现。研究工作主要体现在：无线传感器网络时间同步技术，不使用浮点运算低开销时间同步技术，低功耗射频通信模块设计开发。获授权发明专利4项，软件著作权4项。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。 11、鲍林栋（石家庄铁道大学），排名第11，教授。研究了大型施工机械三维安全分析方法，并对高铁架桥机进行了安全分析，进行了安全监测系统的现场测试实验，参与

10、制定国家标准1项，主要贡献表现为创新点1和创新点2。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。12、魏福祥（秦皇岛天业通联重工股份有限公司），排名第12，工程师，副总工程师。进行了大型施工机械安全分析及监测应用研究，参与了盾构机安全分析、安全设计及监测工作，参与制定国家标准1项，获实用新型专利12项，主要贡献为创新点2和创新点3，发表论文3篇。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。13、陈恩利（石家庄铁道大学），排名13，教授。研究了重载结构子系统相关安全因子的构造及算法，并进行了安全监测系统的开发。发表相关论文4篇。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。曾获国家科技奖励情况： 2003年国

11、家科技进步二等奖，排名第2位。14、蔡维栋（中铁十三局集团有限公司），排名第14，高工。研究了施工工艺驱动的大型施工机械的三维安全分析方法，并对高铁架桥机进行了安全分析，进行了安全监测系统的现场测试实验。发表相关论文1篇。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。15、韩兵（中铁十三局集团有限公司），排名第15，高工。研究了盾构施工中的安全控制技术，贡献主要体现在创新点3。投入该项目的工作量占本人工作量的40%。三、主要完成单位及创新推广贡献1、石家庄铁道大学（排名第1），对项目技术创新和应用贡献主要体现在：全面负责本项目的总体规划、设计，组织、协调合作单位的工作，形成了实力较强的研发团队；提出

12、了施工工艺驱动的大型施工机械三维安全分析方法(创新点1)；构建了基于安全因子的大型施工机械安全监测诊断体系(创新点2)；研究了相关信号采集、处理、特征提取、安全评判等方法；研究了大型施工机械的安全施工问题，协调了现场试验和工程实施的相关事宜。2、中铁十三局集团有限公司（排名第2），对项目技术创新和应用贡献主要体现在：在本项目中负责轨道交通施工机械的工业性试验，以及大型施工机械的安全施工，研究了不同跨度桥梁连续架设、桥梁标准化施工和小曲率半径箱梁架设等桥梁施工安全控制技术，以及盾构机掘进参数动态优化控制、同步注浆和二次注浆控制等安全施工技术，提出了高铁架桥和地铁盾构机械化施工工法，保障了我国高铁

13、和地铁的安全施工。 3、秦皇岛天业通联重工股份有限公司（排名第3），对项目技术创新和应用贡献主要体现在：在本项目中承担轨道交通施工机械的设计、制造、型式试验等任务，参加了施工工艺驱动的大型施工机械三维安全分析方法的研究，并在架桥机、盾构机的安全施工中实施，针对我国轨道交通施工条件，研制了系列架桥机和盾构机并实现产业化。 4、北京必创科技有限公司（排名第4），对项目技术创新和应用贡献主要体现在：负责无线传感器网络节点和数据传输系统的开发，研究了无线监测系统的可靠性与同步算法，开发了振动、电压、应变、姿态等无线传感器网络节点，承担了部分大型施工机械无线监测系统的部分硬件和软件开发工作，负责安全监测

14、系统的售后技术服务(创新点2)。四、推广应用情况应用本成果的高铁架桥机、浇筑机和地铁盾构机，在京石、武广、京沪等8条高铁建设、以及在北京、无锡、福州地铁等重点工程建设中发挥了重要作用，避免了十几起重大安全事故的发生，保障了工程的安全施工。中铁3局、11局、12局、14局、19局等单位的架桥机应用了本成果，在京石、石武、武广、京沪、郑西、沪昆、大西、津保等高铁建设发挥了重要作用，应用本成果的高铁架桥机占同类设备30%的市场份额，保证了高铁架桥安全。北京华隧通掘进装备有限公司(秦皇岛天业通联重工股份有限公司全资子公司)在盾构机研发和施工中应用本成果，提高了盾构机的安全性。到2012年底共生产了25

15、台盾构，成功应用在北京地铁6、8、9、10、14号线以及无锡、福州地铁等工程，有效防止了安全事故发生。河北新大地机电制造有限公司和中铁十一局集团汉江重工有限公司将本成果用于浇筑机安全设计与安全监测，提高了产品的安全性能。2007年始先后有19台浇筑机用于武广客专建设，保障了施工质量和施工安全。近三年，本成果直接经济效益新增产值17.0亿元，利税2.3亿元，间接经济效益24.5亿元，并产生了巨大的社会效益。五、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人其他架桥机安全规程中国GB26469-20112011-5-12ICS 53. 020.99

16、J 80天业通联(负责)魏福祥、王金祥其他起重机械安全监控管理系统中国GB/T 28264-20122012-5-11ICS 53. 020.20 J 80石家庄铁道大学(参加)鲍林栋其他架桥机通用技术条件中国GB/T 26470-20112011-5-12ICS 53. 020.99 J80天业通联(参加)魏福祥发明专利盾构机盾尾密封油脂泵送特性测试装置及测试方法中国CN102590481 A2012-07-18CN 102590481 A石家庄铁道大学郭京波、杨绍普发明专利盾构机盾尾密封油脂的耐水压性能测试设备及其测试方法中国ZL 2009 1 0227988.42011-9-7836584石家庄铁道大学郭京波发明专利能上下台阶的无砟轨道道床浇注设备及上下台阶方法中国ZL 2009 1 0074527.82011-6-15796055石家庄铁道大学郭文武发明专利一种小曲线铁路箱梁架桥机中国ZL 2009 1 0220914.82012-5-9945139天业通联王金祥发明专利实现同步采集的方法、无线传感器网络系统及同步装置中国ZL2.82010-9-296815