铁路路线安全监测.docx

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铁路路线安全监测

9.5铁路路线安全监测

9.5.1概况

跨沪昆铁路立交桥桥面为双向横坡±2.0%，本桥为单幅桥，铁路以南桥梁标准横断面功能布置：

0.25m（人行栏杆）+0.75m（检修道）+0.5m（防撞护栏）+8.0m（车行道）+8.0m（车行道）+0.5m（防撞护栏）+0.75m（检修道）+0.25m（人行栏杆）=19m，铁路以北桥梁标准横断面功能布置：

0.25m（人行栏杆）+2.0m（人行道）+0.5m（防撞护栏）+2.0m（非机动车道）+0.5m（隔离栏）+8.25m（车行道）+8.25m（车行道）+0.5m（隔离栏）+2.0m（非机动车道）+0.5m（防撞护栏）+2.0m（人行道）+0.25m（人行栏杆）=27m。

19m与27m宽桥梁之前采用梯道顺接。

本桥共四联，孔跨布置为2-（4×30m）+2×30m+3×40m先简支后连续小箱梁桥，采用40m小箱梁跨越既有沪昆线，铁路南侧桥梁跨度均为30m，铁路北侧为40m跨。

本桥中心里程为CK1+672.923，起点里程CK1+459.773（桥台耳墙尾端），终点里程CK1+886.073（桥台耳墙尾端），全长426.3米，在30m跨与40m交接处的30m跨一侧设置人行兼非机动车梯道。

为保证施工期间沪昆铁路的安全运行，对受影响线路进行沉降监测。

9.5.2监测依据

（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；

（2）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）；

（3）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）；

（4）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；

（5）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；

（6）《工程测量规范》（GB50026-2007）；

（7）《岩土工程监测规范》（YS5229-96）；

（8）《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；

（9）《高速铁路设计规范》（TB10020-2009/J-2009）；

（10）《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）；

（11）《城市轨道交通工程远程监控系统技术标准》（CJJT278-2017）。

9.5.3监测方案

铁路路线监测采取自动化在线监测的方式，利用本公司成立的云计算服务中心，把在线安全监测系统与云计算有机结合，搭建了强大的云物联技术支撑平台，形成智能监测云平台。

通过系统性的构建传感器神经网，综合性的分析线路的沉降、变形情况，并对超过安全状态的部位进行预警，实现监测的科学化、信息化和自动化，为工程安全决策提供科学依据，确保监测的准确性、及时性和有效性。

图9-1：

云平台展示

本项目主要监测内容：

（1）铁路路肩沉降；

（2）线路影响（线路沉降）；

（3）轨面与电化柱间不均匀沉降。

监测指标及监测点统计如表9-1。

表9-1：

监测点统计

监测指标

传感器名称

规格型号

数量

布设原则

铁路路肩沉降监测

静力水准仪

ZD-JLSZ0601

按每10m布置一个监测断面，每个断面左右侧路肩各布置一个静力水准仪。

左右侧分别设置独立的基点。

线路沉降监测

激光沉降挠度仪

JMCD-500AD

每5m布设一个监测断面，每个断面按左右各布设一个激光沉降仪。

参考不动点从检测区段往前引申40m布设（左右独立布设）。

轨面与电化柱间不均匀沉降

激光沉降挠度仪

JMCD-501AD

以跨线桥梁为中心，沿铁路线路前后两端按序左右各选两个电化柱为监测对象

9.5.3.1铁路路肩沉降监测

1、监测原理及仪器

路肩沉降采用压差式静力水准仪监测。

表9-1：

沉降变形监测传感器技术指标

监测项

设备名称

设备型号

技术指标

设备图片

路肩沉降变形

静力水准仪

ZD-JLSZ0601

量程：

0.2m-5m；

精度：

±0.2mm；

年温度性：

0.03%F.S；

温度补偿：

-20℃-60℃

工作原理：

压差式变形测量系统由多个压差式变形测量传感器通过一根充满液体的PU管连接在一起，最后连接到一个储液罐上，相比于管线的容量，储液罐拥有足够大的容量，能够有效减少管线容量因温度变化导致的细微变化所带来的影响。

将储液罐及其附近的压差式变形测量传感器视作基点，基点必须安装在垂直位移相对稳定或者可以通过其他人工手段测量确定的位置，接下来就可以通过测点压差式变形测量传感器的数据变化直接测得该点的相对沉降。

根据连通管原理，系统搭建完成后各测点基本处于同一标高，当连通管一端（末端）密封后，整个通液管路中的液体是不流动的，当测点随结构变形（沉降或隆起）时，测点相对于基点储液罐中的液面的相对高差即产生变化，测点测值相应改变，此改变量即为该测点的相对沉降量。

压差式变形测量传感器变量计算公式：

△h=（hi-h0）-（Hi-H0）

式中：

Δh—当前时刻测点计算值（即相对变形展示值），kPa或mm；

hi—测点当前时刻测量值，kPa或mm；

h0—测点初始时刻测量值，kPa或mm；

Hi—基点当前时刻测量值，kPa或mm；

H0—基点初始时刻测量值，kPa或mm。

图9-2：

工作原理图

2、测点布设

以受跨线交叉点为中心，沿铁路线路前后方向各取50m为监测区域（加上桥墩宽度按20m计），共计120m。

按每10m布置一个监测断面，每个断面左右侧路肩各布置一个静力水准仪。

左右侧分别设置独立的基点。

共计28个测点。

如图9-3所示。

图9-3：

铁路路肩沉降监测布点示意图

9.5.3.2线路沉降监测

1、监测原理及仪器

铁路线路沉降监测采用激光沉降挠度仪（JMCD-500AD）

表9-2：

激光沉降挠度仪主要技术参数

监测项

设备名称

设备型号

技术指标

设备图片

铁路线路沉降

激光沉降挠度仪

JMCD-500AD

量程：

50mm；

精度：

±0.2mm；

分辨率：

0.01mm；

温度补偿：

-20℃-60℃

产品特点：

●使用高精度的尽快CMOS图像传感器作为敏感位移

●产品结构工业化设计，具有体积小、相应速度快和长期稳定性好等优点

●内置智能芯片，直接显示位移mm

●数字信号，总线输出

工作原理：

如下图所示，被测物体的表面连续安装了两套激光沉降仪，其一发射模块安装在一不动参考点，测点1的数据变换量A1表示该测点相对不动点的位移变化量。

测点1的接收模块和发射模块具有相同的位移变化量，测点2的数据变化量为A2根据换算可计算出测点2相对参考点的实际位移变化量为A2+A1.由此类推，多组激光沉降仪组成系统的任意一测点相对于不动点的位移变化量为A1+A2+……Ax。

根据各测点的位移变化量可知整个被测体结构的位移变化曲线和趋势。

图9-4：

激光沉降仪原理图

2、测点布设

线路沉降主要表现在轨枕沉降，本监测仪器安装在轨枕上。

监测区间同路肩沉降监测按120 m取，每5m布设一个监测断面，每个断面按左右各布设一个激光沉降仪。

参考不动点从检测区段往前引申40m布设（左右独立布设）。

共计52个测点。

如图9-5所示。

图9-5：

线路沉降监测布点示意图

9.5.3.3轨面与电化柱间不均匀沉降

1、监测原理及仪器

轨面与电化柱间不均匀沉降监测采用激光沉降挠度仪（JMCD-500AD）进行监测。

图9-6：

轨面与电化柱间不均匀沉降监测示意图

2、测点布设

以跨线桥梁为中心，沿铁路线路前后两端按序左右各选两个电化柱为监测对象（此沉降为相对沉降，无需设置基点），共计4个测点。

9.5.4监测数据采集、处理及信息反馈（软件平台）

1、平台概述

为了更好地推动结构安全监测事业的发展，中大检测成立了云计算服务中心，把在线安全监测系统与云计算有机结合，搭建了强大的云物联技术支撑平台，形成中大智能监测云平台。

通过系统性的构建传感器神经网，综合性的分析结构物的状态，并对超过安全状态的部位进行预警，实现监测的科学化、信息化和自动化，为工程安全决策提供科学依据，确保监测的准确性、及时性和有效性。

开辟监测自动化监测的新时代与新征程。

做到“监测于指标、”、“变险于分析”、“预警于未然”，保障项目建设期和运营期的安全。

图3-1：

系统平台

2、实现功能

（1）实现远程自动化监测，无需人员进行监控，采集方式可以定制触发采集、定时间采集、特殊事件采集和实时采集等。

远程自动化采集可以实现远程采集监测，无需人员多次进入现场观察，减少人员高空作业次数。

（2）系统传输方式灵活高效，在500m范围可以实行有线近距离传输。

对于超长范围可以使用无线采集传输。

（3）相关人员可以利用计算机终端，通过不同权限登入云服务中心，实时查看相关监测数据，或者利用手机终端，在项目现场取得现场道路安全数据及安全评估信息。

（4）通过实施监测得到丰富的数据样本，通过系统的自动分析功能，综合得出实际变化发展趋势，全面了解项目工程的安全状况。

（5）当结构出现异常信息时，系统自动进行预报警，并通过声光报警、短信、邮件方式将信息及时转达给相关管理人员。

（6）对各个监测项设定警戒值，及时对存在隐患部位进行预警，准确的反映所存在问题的部位。

通过预警部位及发现的问题，及时通知施工单位采取相应的整改措施，以保证监测结构物的安全稳定。

（7）每日、周、月提供翔实数据报告给管理者。

3、系统架构

智能化在线监测系统，包括硬件部分和软件部分，结构图见3-2所示。

图3-2：

系统结构图

自动化监测传感器子系统作为感知层，是整个监测系统的基础部分，能在恶劣条件下对监测结构物的各项监测项目能提供真实、实时和可靠的安全监测数据。

传感器的选型按照如下要求：

（1）稳定性：

长期监测用传感器必须具备长期稳定性，应保证在使用期限内传感器的量程、精度、线性度等指标不发生变化。

避免由于传感器的变化带来安全评估的错误信息。

（2）适用性：

传感器的选择应选取合适的量程、精度等指标，不能比结构测试的要求低，也不必强求高精度，应根据实际情况选择合理的指标，以保证最优的性价比。

（3）耐久性：

由于传感器工作环境较为复杂，在此环境下，选择的传感器应该具有防雷、防尘、防潮等功能。

（4）先进性：

由于监测是长期的工作，选择的监测设备也应该具有一定的先进性，以保证设备能在长时间内属于较为先进的测试手段，在测试技术上也应保持一定的先进性。

（5）可更换性：

作为电子产品，测试传感器以及采集设备的寿命肯定难以与长期存在的项目平齐，既然设备存在损坏的可能性，在选择设备以及进行设备安装时应该考虑可更换性。

5、数据采集子系统

数据采集子系统采集传感器系统的环境条件和结构物自身的声、光、电、磁等信号，并将信号处理成数字信号。

数据采集子系统具有一定的诊断功能。

对于异常信息数据、传感器失效和损害部位等进行快速的分辨，并保证在恶劣的条件下正常运行。

公司开发的ZD2000工程安全与地质灾害实时安全监测系统，该系统能快速捕捉一定范围内多诱发因素地质灾变体结构变化量，实时掌握监测对象的变化趋势，了解监测现场动态，实现智能化监测预警的目的。

系统具有实时、动态、便捷、准确、安全、高效等特点。

图3-3：

数据采集终端

6、数据传输子系统

数据的传输则可利用成熟的GPRS/GSM网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。

图3-4：

GPRSDTU无线传输系统框架图

GPRSDTU在线传输采用高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。

为用户提供高速，稳定可靠，数据终端实时在线，多种协议转换的虚拟专用网络。

把DTU设备链接在PC或者采集仪上，此时数据库或采集仪里面采集到的数据通过DTU里面移动手机卡GPRS功能把数据传送到Internet网络上。

从而用户可以通过登录网站查看自己测得的信息数据。

7、数据库子系统

数据库子系统是一种数据处理系统，为实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。

其软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序及数据库管理系统。

数据库子系统管理系统应统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。

8、数据处理与控制子系统

数据处理与控制系统是数据传输系统的下一个环节，对于数据采集和传输系统采集传输过来的大量原始数据资料，需要通过数据处理与控制子系统进一步处理与分析。

通过软件、硬件系统的处理，进行数据校对检验、总体数据初步分析、响应后续子系统功能模块的指令等。

其主要内容分为以下几个方面：

（1）数据处理

信号在采集前与采集后均可进行数据处理，数据处理有嵌入算法、分析等以下功能：

信号实时显示；

数据采集：

随机采样、触发采样，多次触发采样，采样时间和采样数据长度自由设定，采样时实时观察波形变化，定时采样；

数学算法：

去漂移，求平均等；