探究邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术

探究邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术

陈银柱

上海仲辅工程检测有限公司

摘要：随着城市化的快速发展和铁路路网的不断扩建，邻近施工所带来的影响已经成为了一个不可忽略的问题。为保障高速铁路施工和运营的顺利进行，自动化监测技术已经成为了一个研究热点。通过对既有高速铁路自动化监测技术的深入研究，可以更好地保障高速铁路的安全和可靠性。基于此，本文简单讨论邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术优势，深入探讨技术要点，以供参考。

关键词：监测精度；工作效率；安全性

前言：针对邻近施工带来的影响，既有高速铁路自动化监测技术已经成为了铁路行业一个研究重点。此类监测技术可以通过设备和算法等技术手段，对高速铁路的各种状况进行实时监测和预警。通过对高速铁路路基、桥梁、隧道、道岔等设施的监测，可以及时发现偏差、变形等建设和施工过程中存在的问题，从而保障高速铁路的安全运营。

1. 邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术优势

1.1监测精度高

自动化监测技术通过对高速铁路建设过程中的各项数据进行实时采集与处理，进而能够为高速铁路建设提供准确的数据信息，这一过程中不仅可以对高铁施工期间可能出现的问题进行有效预测，同时也能够对工程质量与进度进行有效控制。采用自动化监测技术能够对高速铁路的变形情况进行及时、准确的监测，并将监测结果反馈给设计人员，这一过程中能够有效避免高速铁路出现安全隐患。例如：在高铁施工前采用自动化监测技术对高铁周围环境进行动态监测，能够对高铁施工期间可能出现的安全隐患进行有效预测，从而为高铁施工提供有效数据支撑。同时在高速铁路施工过程中采用自动化监测技术能够及时获取数据信息，并将数据信息反馈给设计人员，使高速铁路的建设质量能够得到有效控制。因此，在高速铁路建设中采用自动化监测技术能够有效提高测量精度。

1.2工作效率高

在高铁施工过程中采用自动化监测技术，能够在提升监测效率的同时减少监测人员的数量。在自动化监测技术的作用下，不仅可以提高监测效率，同时也能够避免监测人员出现疲劳状态，从而有效保证整个监测过程的顺利进行。在进行自动化监测过程中，需要对高速铁路施工所处环境进行实时监控，通过监控系统对高速铁路的变化情况进行实时监控与记录，当高铁发生一定程度的变形时，能够通过自动化监测技术及时发现问题并对其进行处理。与此同时，当高铁发生变形时，也能够通过自动化监测技术及时发现问题并做出相应处理措施。自动化监测技术能够在高铁施工期间实现对高速铁路的动态观测，同时也能够对高速铁路发生变形的原因进行分析，从而为高速铁路施工提供一定的参考依据。

2.邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术要点

2.1项目概况

在已有和正在建设的铁路线上，通过了一条新的电力线缆，12个洞口，每一个洞口都是2-D710mm PE护筒，穿过了铁路线，穿过了已有的铁路线，2个洞口并排排列，穿过了正在建设的沪苏湖，两个洞口垂直排列，中间的洞口间隔2.5米，里面的洞口用填充砂子和灌浆来填充。涉铁区的定向钻孔，全长627.5米，分四个阶段进行施工，一是下穿湖杭铁路，二是下穿宣杭铁路，三是下穿宁杭高速铁路和已有河流，施工过程中通过的线路长度约250米；第二、三部分，下穿已有的水塘，第二部分通过越线路的总长度为73.5米，第三部分通过线路的总长度为145米；第四部分，下穿过正在建设的沪苏湖铁路，经越的线路全长159米。铁路桥墩的监控区域，是工程中的重点监控区域

2.2自动化监测系统组成

本项目自动化监测系统主要包括4个子系统：数据采集子系统、数据处理与显示子系统和用户管理与服务系统。4个子系统的具体功能如下：数据采集子系统：采集监测点的位移、沉降、倾斜等信息，并上传至数据传输子系统，监测人员可通过现场监控平台实时了解监测点的最新状态。数据传输子系统：采集子系统将采集到的各监测点位移信息传送至数据传输子系统，并将各监测点的原始状态保存于数据库中，数据传输系统将存储好的数据按监测周期定期上传至用户管理与服务系统。数据处理与显示子系统：利用监测设备将采集到的监测点变形信息进行处理，并自动生成监测报告，监测人员可通过现场监控平台实时查看各监测点最新状态。用户管理与服务系统将用户相关信息进行储存，并对用户的操作进行管理，并及时向用户推送相关信息。本项目自动化监测系统共配置4台自动化监测设备，包括1台RTK-G800双频水准仪、1台RTK-G300双频测斜仪G1000激光测距仪、2台RTK-G200精密水准仪。4台设备均可通过RS232与中心系统连接。中心系统接收现场各监测点的监测数据后进行分析，并将分析结果实时发送给现场监控平台，实现远程监控。4个自动化监测设备均安装在高铁线路上，并设置了相应的防雷措施及安全保护装置，同时为满足设备防雷要求，在每个监测点上方安装了避雷器。此外，本项目自动化监测系统还设置了安全报警机制，当监测点监测数据超过设定值时，监测设备会发出报警信号提醒现场人员进行处理

[1]。

2.3监测内容

本项目采用基于多传感器数据融合技术的自动化监测系统，对新建铁路线路临近既有高铁线路的施工影响进行实时监测。本项目共设8个自动化监测单元，分别为沉降自动化监测单元、轨道水平位移自动化监测单元、轨道垂直位移自动化监测单元测单元、道砟振动自动化监测单元和道砟沉降自动化监测单元。上述各观测值的获取主要通过三种方法：第一，采用高铁线路平面控制网作为基准点，利用基准点测角实现测量值的获取。第二，通过高铁线路控制网或几何水准测量法实现测量值的获取。第三，通过高铁线路控制网或几何水准测量法与 GPS定位相结合的方式进行测量值的获取。本项目采用高精度 GPS定位系统，对高铁线路进行动态监测，确保施工安全。为了进一步掌握施工影响范围内的既有高铁线路变形情况，本项目将路基沉降作为主要观测对象。同时，为保障运营安全，本项目对新建铁路路基沉降进行了重点观测。本项目路基沉降自动监测系统由数据采集、数据处理、数据传输等功能模块组成。采集功能模块包括铁路平面控制网及线路控制网的建立，数据处理功能模块包括高铁线路变形数据处理、高铁线路高程数据处理和高铁线路变形数值计算，数据传输模块包括监测点与现场数据采集终端的通信功能、传感器数据传输功能、高铁线路自动监测数据上传至服务器功能。本项目路基沉降自动监测系统软件主要由动态实时监控软件和曲线显示软件组成。动态实时监控软件用于实时显示监测点的状态信息，并可通过曲线图形式直观地反映出路基沉降的发展趋势和规律,曲线显示软件用于图形的分析，对工程设计施工进行指导和控制[2]。

2.4监测点位布设

本项目监测点位布设采用点位布设+线路几何形态相结合的方法。首先，根据新建高铁线路平面布置图，确定线路的走向、设站位置及桥隧位置；然后，根据新建高铁线路上、下两个方向的距离以及相邻高铁线路上、下两个方向的最大高差，确定既有高铁线路的监测点位；最后，结合新建铁路线路平面布置图、新建铁路线路纵断面图及既有高速铁路现状图，确定既有高铁线路上、下两个方向的监测点位。监测点位布设完成后，应在现场设置明显标识，并对监测点进行编号。本项目采用的自动化监测设备主要包括：基于铁路线路纵断面图、既有高速铁路现状图和既有高铁线路平面布置图的综合测量模块。综合测量模块主要用于自动化监测设备采集的数据进行分析处理，通过与既有高速铁路纵断面图、既有高速铁路现状图和既有高速铁路平面布置图进行比对，获取既有高速铁路各区段的最大高差。综合测量模块中包含自动化监测系统、通信系统和计算机网络系统等。本次监测项目中自动化监测系统采用自主研发的 RTK自动测量模块，根据采集的数据自动生成水准高程平面图、水准高程平面图和水平位移平面图。综合测量模块将自动生成的水准高程平面图和水平位移平面图传送给控制中心，将数据结果发送给现场监测设备，将数据结果显示在现场 LED屏上[3]。

2.5监测设备选型

项目中采用了国内成熟的全站仪，进行数据采集和传输。全站仪是一种由电子数字信号处理设备和光学测角测距传感器组成的自动化监测设备，具有测量精度高、速度快、功能全、操作简单等优点，广泛应用于铁路轨道工程、公路桥梁工程等领域。本项目采用的全站仪型号为TZX-1000,具有测量精度高、测量速度快等优点。测角测距传感器是测量线路上各点相对于轨道中心点的角度和距离的传感器。本项目中采用了WD-40型测角测距传感器，其测量精度可达到0.1°，量程为0-10m，测角范围为0°-360°，可以满足工程需要。其主要特点包括：测角测距传感器测量范围广、量程大，可适应各种复杂的工作环境。传感器采用两线制，即测角和测距信号分别传输给测点计算机和终端。采用基于硬件的角度测量方法，可保证在不同温度环境下数据的稳定和可靠。具有多种输出方式，如RS232/RS485/USB/TF卡等。数据采集设备：数据采集设备主要包括全站仪、全站仪辅助设备和数据传输设备。其中，全站仪是用于测量轨道中心点位置的仪器，测量精度高，数据可靠，应用广泛。TZX-1000型全站仪是一款高精度、大动态范围的全站仪，可以提供高精度的测量结果，是一款非常实用的工程测量仪器。WD-40型测角测距传感器是一种高精度、大量程的测角测距传感器，其具有测角范围广、量程大等特点，是一种非常实用的工程测量仪器。其工作原理是利用两个光学棱镜发射出不同波长的光，当被测物体在测量方向上移动时，光透过棱镜射向两个光轴方向上的偏振片，偏振片按一定规律振动时就会产生不同波长的光。通过接收反射回来的偏振片振动频率来测量被测物体相对于两个棱镜的角度。通讯方式：通讯方式的选择是自动化监测设备选型中的重要内容。全站仪用于采集和传输监测数据，因此，选择适合的通讯方式尤为重要。目前，全站仪在测量过程中主要通过两种方式进行数据传输，一种是RS232/RS485等有线通讯方式，另一种是通过 GPRS/CDMA网络进行数据传输。两种方式各有优缺点，在本次项目中均采用。RS232/RS485是现场总线技术的一种，在全站仪中有两种配置：RS232和RS485。RS232是一种串行通讯，用来实现全站仪与计算机的数据通信，可通过串口或以太网等方式连接，RS485是现场总线技术的一种，通过串口或以太网连接。两种通讯方式各有优点和缺点：RS232属于半双工通讯方式，只能工作在半双工制模式下，而RS485属于全双工通讯方式，可工作在全双工和半双工两种模式下。因此，在实际使用中建议优先使用RS232或RS485两种方式。在本次项目中采用了一款双绞线模块，用于全站仪的通讯连接。自动监测平台：在本次监测中，监测人员可以通过平台获取各个监测点的具体数据，并对监测点进行实时监控和预警。监测人员可以在平台中对各监测点的监测数据进行查询、汇总、统计，同时也可以在平台中通过多种方式对监测点的实时状态进行远程监控。监测人员可以在平台中设置相应的报警规则，当监测点的数据超过了报警阈值时，自动发出报警信息并上报到指定管理人员。系统平台可通过接口与其他自动化设备进行集成，实现数据共享。通过平台还可以与其他工程数据进行对接，实现不同工程的统一管理。同时，该系统具有强大的数据存储功能，可保存所有监测点在过去一段时间内的全部监测数据。同时，系统具有自动监测功能，监测人员只需要在平台中输入监测点的详细信息（包括名称、坐标、预警等级等）即可查看到监测点的历史监测数据，且无需人工干预。控制系统：本项目中采用了北京中测测控技术股份有限公司的“中测星盾”自动化监测系统，其主要功能是实现全站仪的自动控制、自动采集、自动分析，实现全站仪的数据处理与报表生成。系统采用模块化设计，根据监测项目不同，可将系统分为自动采集、自动分析和报警、人工操作等模块，实现监测数据的自动化处理。采用数据存储技术，可以将各模块采集的数据存储在本地硬盘或服务器上，方便后期查询和分析。系统可以自动处理全站仪采集的数据，可实现自动对监测点进行实时监控，并可对监测点进行报警处理。

结束语：邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术的研究和应用，在保障高速铁路的安全和可靠性方面发挥着重要的作用。我们相信，通过不断探究和应用新技术，以及积极加强铁路行业的安全监管和管理，一定能够进一步提高高速铁路的运营水平和安全度。未来，需要在既有高速铁路自动化监测技术的基础上，进一步探索和应用新技术。例如，人工智能技术、大数据技术、区块链技术等，这些新技术可以进一步提高既有高速铁路自动化监测技术的准确度和智能化水平，使得监测数据更加精准和可靠。同时，我们也需要在现有监测技术的基础上，不断研究和应用新的预警和故障诊断技术，在提高铁路安全性和可靠性的同时，促进铁路行业向更加智能、高效的发展方向转型。总之，邻近施工影响下的既有高速铁路自动化监测技术的研究和应用，是一个复杂的工程，需要各方通力合作，充分探究和应用现有和新技术，以确保高速铁路安全运营和可持续发展的目标得以实现。我们相信，通过各方的不懈努力，高速铁路行业将迎来更加光明的未来。

参考文献：

[1]郦晔.邻近施工影响下既有高速铁路自动化监测技术[J].国防交通工程与技术,2022,20(03):56-59.

[2]杨秉辉.高铁自动化沉降监测技术在铁路施工安全管理中的应用[J].铁路技术创新,2021(02):108-113.

[3]常文.浅谈高速铁路路基工程沉降观测中自动化监测技术控制要点[J].甘肃科技,2020,36(24):90-92.