铁路隧道建筑限界检测及智能分析研究
摘 要：铁路隧道建筑限界检测是确保运输安全的一个重要环节。本文基于三维激光扫描技术，提出了一种快速铁路隧道建筑限界检测技术。首先利用三维激光扫描仪等设备进行数据采集，然后经数据分析提取隧道断面轮廓线，进而判别侵限点是否存在，最终得到隧道限界断面图、隧道综合最小建筑限界尺寸表等成果。在既有线铁路隧道中的应用经验表明，与传统隧道建筑限界检测技术相比，该检测技术应用更便捷，检测结果更准确。
关键词：铁路隧道建筑限界：激光扫描；限界检测
1 概述
铁路建筑限界可保障列车有足够的行驶空间和行驶安全，是一条以钢轨顶面为基准，在水平直线上垂直于铁路中心线，用于限制建筑物和设备在任何情况下均不得侵入横断面轮廓尺寸的控制线。在实际测量中，可划分为铁路建筑实际限界和综合最小建筑限界。铁路建筑实际限界是指建筑物和设备在距轨面不同高度处最接近线路中心线的点，其共同构成横断面轮廓，在实际应用中主要关注铁路周边建筑物或设备的限界接近(侵限)状态；综合最小建筑限界是指在规定范围内，建筑物和设备所有检测横断面轮廓的综合最小尺寸，在实际应用中主要为超限货物的运输提供基础控制数据。
随着我国高速铁路和重载铁路的发展，“四纵四横”的高速铁路骨架网已基本建成，重载货运网和快速集装箱运输网已初具规模，铁路网的运营和维护至关重要，准确的限界数据关系到铁路运输安全和效率。我国地域广阔，铁路的地理环境复杂，在电气化改造、救灾、施工、日常维修与养护、超限货物运输等方面都需了解限界状况，但现有的检测车辆和手段已远远不能满足建筑限界检测和管理的需要，应对铁路建筑限界检测系统及应用开展进一步研究。
2限界检测技术 铁路建筑限界早期检测技术主要有横断面法、综合断面法和轨迹法等。横断面法需要停车手工测量，是一种定位测量断面法；综合断面法属定高测宽法，动车时检查架开屏测量；轨迹法要求定向连续测距，动车量测，通过捕捉测绘触手
中国铁路总公司
《铁路技术管理规程》
（普速铁路部分）
2014年7月·北 京 目 录
总 则
铁路是国民经济大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，是综合交通运输体系骨干、重要的民生工程和资源节约型、环境友好型运输方式，在我国经济社会发展中的地位至关重要。
铁路运输具有高度集中的特点，各工作环节须紧密联系、协同配合。为加强中国铁路总公司（简称铁路总公司）铁路技术管理，确保国家铁路安全正点、方便快捷、高速高效，根据有关法律、法规、规章和技术标准等制定本规程。本规程适用于国家铁路。
本规程包括高速铁路和普速铁路两部分，本部分为普速铁路部分，适用于200 km/h以下的铁路（仅运行动车组列车的铁路除外）。
本规程是国家铁路技术管理的基本规章，各部门、各单位制定的技术管理文件等，都必须符合本规程的规定。在铁路总公司明令修改以前，任何部门、任何单位、任何人员都不得违反本规程的规定。
国家铁路工作人员必须严格遵守和执行本规程的规定，在自己的职责范围内，以对国家和人民负责的态度，保证安全生产。各单位对遵守本规程成绩突出者，应予表扬或按有关规定给予奖励；对违反者，应视其违反程度和造成事故的性质、情节及后果，给予教育、处分。 第一编 技术设备
第一章 基本要求
基建、制造及其验收交接
第1条 铁路的基本建设、产品制造应综合配套，保证质量，采用系统集成技术，实现各子系统顶层协调统一，采用保证行车安全的技术设备，实现技术设备标准化、系列化、模块化、信息化，不断提高运输能力。
第2条 铁路基本建设应严格按照国家规定的程序进行，必须符合国家相关法律法规，执行国家标准、行业标准和技术规范。
设计工作必须由具有相应资质等级的单位承担，根据已批准的可行性研究报告进行，并充分听取建设单位、使用部门的意见。
设计文件须经有关部门审查，并按规定的审批程序批准。
第3条 工程施工须按照批准的设计文件的要求进行，严格执行工程建设项目招投标和监理制度。建设单位应会同相关铁路运输企业和工程设计、施工单位制定安全施工方案，按照方案进行施工，加强环境保护，确保工程质量。施工完毕应及时清理现场，不得影响铁路运营安全。
1 信号设备建筑限界测量说明及要求
一、限界测量简介:
(一)不同的线路及运行速度，对应的信号设备建筑接近限界有着不同的要求，具体如下（依据铁总科技[2014]172号文）：
1、v≤160 km/h客货共线铁路建筑限界的基本建筑限界图
图1 单位：mm
信号机、高架候车室结构柱和接触网、跨线桥、天桥、电力照明、雨棚等杆柱的建筑限界（正线不适用）。
站台建筑限界（正线不适用）。
各种建（构）筑物的基本限界。
适用于电力牵引区段的跨线桥、天桥及雨棚等建（构）筑物。
电力牵引区段的跨线桥在困难条件下的最小高度。
2 2、v＞160 km/h客货共线铁路建筑限界的基本建筑限界图
图2 单位：mm
信号机、高架候车室结构柱和接触网、跨线桥、天桥、电力照明、雨棚等杆柱的建筑限界（正线不适用）。
站台建筑限界（正线不适用）。
各种建（构）筑物的基本限界。
适用于电力牵引区段的跨线桥、天桥及雨棚等建（构）筑物。
电力牵引区段的跨线桥在困难条件下的最小高度。
5200 3 3、客运专线铁路建筑限界基本建筑限界图
图3 单位：mm
信号机、高架候车室结构柱和接触网、跨线桥、天桥、电力照明、雨棚等杆柱的建筑限界（正线不适用）。
①站台建筑限界（侧线站台为1 750 mm；正线站台，无列车通过或列车通过速度不大于80
km/h时为1 750 mm，列车通过速度大于80 km/h时为1 800 mm）。
②站内反方向运行矮型出站信号机的限界为1800mm。
各种建（构）筑物的基本限界，也适用于桥梁和隧道。
y 为接触网结构高度。
4 (二)测试计算方式
1、示意图中斜面高度限界计算方法：
根据图1、图2、图3所示，结合不同的线路，设备在不同的高度有不同的限界要求。如设规规定四显示带引导的进站信号机，在非电化区段，最下方灯位高度要求在＞5000mm，速度≤160km/h，从图1中处于4500-5500mm区域，限界在2000-1400mm，形成一个底边是600mm、高度为1000mm的三角形，如在实际测量该进站高度是5150mm，该限界的最小值应是2000-（X/600=650/1000）=1610mm，或1400+（X/600=350/1000）=1610mm。
铁路超限货物运输的规定
铁路超限货物运输的规定
铁路货物装载的⾼度和宽度，在⼀般情况下不得超出机车车辆限界和特定区段装载限制。随着国民经济的发展，需要铁路运输的⼤件货物⽇益增加，如桥梁、钻探机。吊机等都需要突破机车车辆限界，利⽤机车车辆限界与建筑接近限界之间存在的间隙，采取⼀定的安全措施，⼀部分⼤件货物是可以通过铁路运输的，从⽽产⽣了超限货物运输。
⼀、机车车辆限界
机车车辆限界是⼀个和线路中⼼线垂直的极限断⾯轮廓。机车车辆⽆论是空车还是重车，⽆论是具有最⼤标准公差的新车，还是具有最⼤标准公差和磨耗限度的旧车，停放在⽔平直线上，⽆侧向倾斜和偏移，除电⼒机车升起的受电⼸以外，其他任何部分应容纳在限界轮廓以内，不得超越。
使⽤敞车或平车装载货物时，除超限货物以及特殊情况外，⼀般货物不得超出此轮廓线，所以机车车辆限界⼜是货物的装载限界。
我国现⾏《技规》、《超规》、《加规》中公布执⾏的准轨机车车辆限界主要尺⼨如图3—14所⽰。
⼆、建筑接近限界
为了保证⾏车安全，不与机车车辆相互作⽤的各种建筑物及设备均不得侵⼈⼀定的轮廓线。我们把这个轮廓线称为
建筑接近限界。
规定铁路建筑接近限界，是为了保证机车车辆安全地运⾏在铁路线路上，⽆论是经过桥梁、隧道、天桥，还是接近房舍、⾬棚、站台、信号设备以及道岔转辙机械等时，均能安全顺利通过，不致使铁路机车车辆或建筑物和设备受到损害。同时规定建筑接近限界这个轮廓线内，除机车车辆本⾝以及与机车车辆有直接互相作⽤的设备，如车辆减速器、脱轨器、接触⽹导线等外，其他设备或建筑物均不得侵⼊。
在设计建筑物或设备时，应该预先留出路基沉落、加厚道床、更换重轨等所引起的钢轨顶⾯标⾼的变动量，以免钢轨顶⾯标⾼变动后，建筑物和设备侵⼈限界。
我国铁路建筑接近限界其主要尺⼨如图3⼀15所⽰。
三、《超规》所采⽤的建筑接近限界
现⾏《超规》所采⽤的建筑接近限界(图3—16)，基本上100
是我国1960年以前旧线的建筑接近界限，其最⾼点距轨⾯是5 150 mm，距轨⾯1 110～3 090mm之间为最⼤宽度，全宽4 200mm，每侧各宽2 100mm。⽐国家标准建筑接近限界的尺⼨要⼩，在距轨⾯不同⾼度处，其宽度的差别如表3—2所⽰。
