地面运动对自动扶梯的影响

讨论了自动扶梯在伦敦地铁等主要交通网络中的作用。

伦敦地铁 (LU) 每天运送约 3.5 万名乘客。 网络中的某些站点需要平稳运行才能使整个网络发挥最佳功能。 车站的位置、客流和本地连接（包括地铁网络内和更广泛的外部交通网络）决定了其运营可能对整个网络的效率产生什么影响。

一个车站的关闭或配送可能导致附近车站和外部交通线路严重超载。 因此，所有关键站点的持续运行和可用性是维护运行网络的关键目标。 自动扶梯在火车隧道和站台、站台和售票厅之间以及往返于出口和入口之间的乘客运送方面发挥着至关重要的作用。

LU 目前正在 Tottenham Court Road (TCR) 站进行重建。 这项工作涉及建造一个新的售票大厅、三个电梯井、通往 Crossrail 以及各种零售和相关设施的通道。 由于客户的需求和位置，有必要在重建工作期间保持车站运营，尽量减少对客流的干扰。 因此，车站的所有自动扶梯都必须继续运行。

由于车站升级和Crossrail 开发，现有车站的结构箱周围将进行大量挖掘，在某些区域，深度可达24 m。 车站结构箱周围的挖掘会导致隧道内自动扶梯的桁架发生物理移动。 自动扶梯桁架结构的移动可能会影响其操作安全性和可用性。 如果没有正常运行的自动扶梯，车站可能会被迫关闭。

岩土研究证实，挖掘工作会导致一些隧道和自动扶梯的结构发生物理运动。 影响将根据每个自动扶梯相对于挖掘的位置而有所不同。 如前所述，这种运动会对自动扶梯的运行安全性和可用性产生重大影响。

乘客安全第一

作为该项目的一部分，伦敦交通局的全资子公司 LU and Tube Lines Lifts and Escalators Services 负责维护和升级 LU 的部件，开始设计一种在三个维度上调整自动扶梯的方法（升降系统）和在自动扶梯上安装监控系统。 该系统将补充 LU 系统，该系统已安装用于监控隧道、轨道和平台的运动。 自动扶梯监控系统的目的是协助维护自动扶梯的可用性，确保车站结构的完整性，并在施工过程中保证使用自动扶梯的乘客的安全。

Tube Lines 监测系统能够记录实时读数，并在开挖活动开始之前安装，以确定正常的操作基线。 这是有利的，因为识别与此类基线的实时偏差，允许系统在发生移动时作为预警机制。 这些趋势可用于在潜在的结构和机械问题对安全和操作构成威胁之前确定和预测它们。

该系统由各种传感器类型组成，例如弦电位计、应变计、接近传感器、称重传感器和位移传感器，所有这些都安装在机器的不同位置（例如桁架和梳状板）。 每个传感器的位置已通过使用有限元分析 (FEA) 的广泛模拟确定。 来自岩土工程研究的运动场景被输入到 FEA 模拟中，并根据该分析，针对项目的时间尺度预测最坏的情况。 关键警报级别是根据预测计算得出的，提供运行中的自动扶梯允许的安全移动限制。 传感器连接到电子系统，该系统通过互联网与存储硬件系统进行通信。 已编写定制软件以实时查看、绘制和触发警报。

调整千斤顶安装在自动扶梯 3 和 5 的支撑节点处，因为这些自动扶梯是维持车站可操作性的最关键部分。 升降系统允许调整两个自动扶梯以抵消地面运动，从而保持安全运行。 监控机制和任何自动扶梯顶升由工程专家小组监督，他们根据监控信息决定任何反措施、顶升、遵循既定程序和方法说明。

Tube Lines 为最早的自动扶梯监控系统之一树立了标志，该系统经过调整并与周围的地面运动相连。 这种系统在乘客安全和保持自动扶梯结构完整性方面具有多种优势。 该系统的原理和方法可用于网络中的任何类似开发。 从项目中获得的数据可以提供给对模拟感兴趣的相关行业。 数据和趋势可能对来自不同学科的工程师和科学家有用。

策略和方法论

由于 TCR 的升级和重建工作（图 1），保护现有地铁站及其自动扶梯一直是地铁线路的首要任务。 下面将考察扶梯监控的核心概念，讲解扶梯传感器的分布逻辑。 该方法用于保护 TCR 的自动扶梯，遵循以下步骤：

• 进行地理分析
• 感知隧道中的运动
• 仿真和数学建模
• 感应支架的运动、关键间隙和间隙以及实时数据

进行地理分析

Tube Lines 委托 Geotechnical Consulting Group (GCG) 进行一项研究，以分析挖掘工作对车站内外结构的影响。 GCG 研究了土层的性质和类型，并验证了它们的密度。 Tube Lines 根据从现场清除的土壤量计算和预测一组运动场景。 多年来，有限元代码软件被用于分析土壤-结构相互作用问题。 为该评估进行的分析包括一系列 2D 平面应变分析和 3D 分析。 2D 分析对现有基础设施、新结构的开挖和新隧道进行建模。

感知隧道中的运动

带有目标的激光传感器已经分布在自动扶梯和火车隧道的沿线和交叉处。 Electrotilt 仪表已沿自动扶梯隧道分布。 激光传感器和倾斜仪测量隧道中的下降、上升和扭曲。

仿真和数学建模

三个自动扶梯的桁架是使用 Solidwork 模拟包进行 3D 建模的（图 2）。 自动扶梯桁架中每个支撑处的岩土工程研究预测的总运动量分为 10 个增量。 将 10 个增量步骤作为 3 个运动场景放入每个自动扶梯的 10D 模型中。 每个场景的结果以挠度的形式产生 - 沿着自动扶梯的长度和宽度的应力和应变分布（图 3 和图 4）。

模拟结果与输入模型的数据（如位移）之间的关系相互关联并以数学公式表示，这些公式用于绘制参数之间的图形。 每个参数的行为都根据时间尺度绘制，以检查运动的长期影响（图 5）。 这些图表被外推到长期规模，以预测自动扶梯最坏的运动场景。 模拟研究的结果得出结论，地面运动将导致在桁架中形成关键位置（隔间）。 必须在移动期间监视隔间。

传感器分布

感知支架的运动

地基沿自动扶梯的长度和宽度的运动从一个位置到另一个位置各不相同。 它们使桁架受到物理变形，从而在桁架中的各个元件中产生应力（图 6-8）。 这些应力的水平可以达到等于或高于桁架材料的疲劳阈值的水平。 自动扶梯支架的运动取决于挖掘的深度和大小，挖掘是在自动扶梯隧道附近进行的。 这些运动可能导致桁架出现隆起或下沉（图 9 和 10）。 这些变化可以沿着自动扶梯的长度逐渐或突然发生。 横过自动扶梯宽度的横向逐渐移动导致桁架和内部组件向侧面倾斜。

关于地面运动的岩土工程研究报告表明，大部分运动将发生在隧道附近，其中包含自动扶梯 3-5（图 1）。 因此，这些自动扶梯配备了传感器来监控其结构和性能。 为确保车站仍对乘客开放，三部自动扶梯中至少有两部仍在运行，每个方向各有一部自动扶梯。 （在极端情况下，当只有一个自动扶梯运行时，车站可以保持开放，只要它是在向上的方向。）

为了保证至少两个自动扶梯（3 和 5）的结构完整性，在修改桁架中的垂直支撑后安装了液压千斤顶（图 11）。 千斤顶能够垂直移动 25 毫米。 这个想法是使用这个运动来调整任何地面运动。 每个千斤顶都安装了一个称重传感器，以监测每个支撑腿的垂直力。 由于下部平台和斜坡上的垂直支撑通过将它们与底座断开并在每个底座之间安装千斤顶进行了修改，因此忽略了残余应力。 这意味着桁架中的所有应力都从零开始。 应变计（图 12）安装在关键隔间内或附近以监测应力水平（在重建阶段和自动扶梯全面运行时）。

检测自动扶梯中的关键间隙和间隙

任何自动扶梯中最安全的间隙和间隙是梳齿部分和梯级带之间的间隙和间隙。 这些间隙必须保持在 4-6 毫米。 踏步板用螺栓固定在踏步带中每个踏步的顶部。 这些板有防滑钉，允许台阶穿过上下平台的梳子部分。 地基中的地面移动可能会影响梳齿部分和台阶之间的间隙，从而对乘客造成重大危险。 阶梯带和梳状部分之间的碰撞会对自动扶梯的结构完整性产生严重影响，因为它可能影响自动扶梯内部的许多关键部件和组件。 

String-pot 传感器已用于（图 13）监测梳子部分的垂直和水平移动。 传感器的主体放置在地面或隧道的侧边，而线端连接到梳子部分。 步带中加入了“智能步”。 该台阶测量台阶带在操作期间可以承受的应变、挠度和应力。 它可以间接监控许可是否受到损害。

感知实时数据

Arcadis 设计了定制的软件和硬件，并委托给 Tube Lines（图 14）。 该系统能够记录、存储和监控数据，并提供实时输出数据，详细说明自动扶梯不同位置的运动水平。 该系统还确保在地面运动期间进行及时、可控和准确的调整（如果需要）。 收集到的数据有助于形成调整自动扶梯结构的顶升原理和方法。 传感器输出校准值，电流变化，使用西门子 Fastflex 远程终端单元 (RTU) 测量。 RTU 可以通过网络交换机和通信设备与计算机连接，以允许从远程位置（例如办公室）进行监控。

结论

安装自动扶梯监控系统以降低商业、安全和技术风险。 它们可以通过合理化维护计划以有效和高效地运行自动扶梯等机器来产生商业影响。 如果在自动扶梯附近进行挖掘或建筑工程，该系统还可以监测地面运动的影响。 监控系统可以在确保自动扶梯安全方面发挥重要作用。 它们还可用于研发，以探索自动扶梯桁架及其子机械组件的行为和几何形状。

已部署在 TCR 的监控系统是全面的，可确保自动扶梯在正常情况下和地面运动时的安全运行。 该系统由以称重传感器形式连接到桁架支架的传感器组成。 称重传感器内置于液压千斤顶中，用于调整桁架和补偿地面运动。 每个千斤顶都装有一个称重传感器。 当地面运动发生时，称重传感器测量自动扶梯基础中的反作用力值。

使用弦电位计和智能步进监控关键间隙，如梳齿部分和步进带之间的间隙。 弦电位计以毫米为单位测量间隙，而智能步进测量步进带中的应力和应变。 使用定制软件收集和查看数据。 Windows 界面查看器用于监控来自传感器的实时数据，并允许用户下载历史数据。 关于这个主题的未来论文将阐明系统内记录的数据的类型、风格和一致性。 它还将深入了解曲线模式以及各种传感器输出与地面运动之间的关系。 您作者的下一篇文章将显示来自传感器的实时数据。 因此，它将显示测量参数之间的关系。