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--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

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

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：梁伟

[导读] 摘要：近些年，随着社会发展，带动了我国交通行业的进步。

        天津新洲工程设计有限公司天津市 300000
        摘要：近些年，随着社会发展，带动了我国交通行业的进步。目前而言，高速铁路路基工程对工后沉降要求严格，必须满足线路平顺性、结构稳定性的要求。本文结合时速250km/h高速铁路路基工程沉降观测具体实施情况，通过浅埋自动监测设备，以及无线通信数据传输设备，实现铁路建设期间远程对路基地基及表层的差异变形竖向位移的实时自动监测，以确保路基工程在施工期和运营期的质量控制，可为同等建设标准的路基工程项目提供借鉴。
        关键词：高速铁路；沉降观测；自动化监测
        引言
        近年来，我国高速铁路建设规模不断扩大，高铁建设发展迅速。高速铁路是国家交通技术创新和发展的重要标志，所涉及到的技术领域很多，系统联动和专业协同特征明显，新时期下我国高速铁路事业朝着更安全、更智能、更绿色、更先进的方向不断前进。对于高速铁路的使用寿命和耐久性，最主要的影响因素为路基沉降变形稳定性，路基表面沉降测量数据能反应路基的稳定性及工程后期发展趋势，所以对路基表面监测的标准与要求需大大提高，以达到路基变形控制标准。目前高速铁路路基表面沉降测量方法主要有布设沉降板、观测桩和常规的自动化路基面沉降监测系统，布设沉降板和观测桩容易遭到外界破坏，且会干扰施工，无法很好的完成铁路铺轨完成前后的连续监测；常规的自动化路基面沉降监测系统可以完成施工连续监测，能准确、直接的测量沉降，且具有密测次、多测点的特点，但该系统容易受到光照、大气及湍流等的影响。在常规的自动化路基面沉降监测系统的基础上，基于液力压差测量变形原理，构建一套新的路基面沉降变形自动监测系统，可以全面、有效的对高速铁路路基表面沉降进行连续远程测量，且抗干扰能力强，耐久性好。本文依托实际工程，以沉降变形传感技术为基础，介绍了一种基于液力测量原理的高速铁路路基表面沉降自动测量传感技术，重点研究了高速公路路基表面沉降自动测量系统，提出了以自动测量系统为主，人工测量为辅的沉降测量方案，并在实际工程中进行了应用。
        1测量原理
        LVDT又称之为线性可变差动变压器，工作原理简单地说就是铁芯可动变压器，主要包含初级线圈、次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等零部件。在铁芯从中间向周围移动的时候，次级线圈输出电压之差和铁芯移动演变为线性关系。在初级线圈间供给交变电压的时候，铁芯在线圈内部移动，使得空间磁场分布发生变化，以此改变了初级与次级线圈的互感量，次级线圈间便产生感应电动势。在铁芯位置变化过程中，互感量也相应不同，次级生成感应电动势明显不同，以此铁芯位移量便会发展为电压信号输出。因为次级线圈电压极性为相反状态，因此输出电压属于差动电压。在铁芯向右移动的时候，次级线圈感应电压就会出现显著差异。在铁芯向左移动的时候，次级线圈感应的电压也会出现差异，且差异会在铁芯位移时形成线性变化。在铁芯移动形成超过100%时，次级线圈输出电压差异值和铁芯位移线性关系就会变差。零点两边实线段基本为对称测量范围，二者为交流信号，相位差为180°。实际上LVDT线圈一般会和壳体之间相紧固，铁芯和测杆之间相紧固，在两者相对位移状态下，便会出现位移电压输出。LVDT位移传感器直接埋设于高速铁路路基内部，以测量路基内部沉降变化量。在路基出现下沉的时候，变压器随之下沉，导致铁芯与测杆间出现相对滑移，输出信号，获得位移电压，以此沉降监测。通过LVDT位移测量传感器获取路基沉降值之后，基于数据线传输于数据采集设备，经过单片机转换，并利用GPRS网络传输于监控系统主机，最后通过软件进行数据分析与处理。
        2自动化观测技术控制要点
        2.1元件保护及维护要点
        1）元件埋设前需要根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基坡脚观测箱内，并做好观测箱的保护。2）所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋。3）元器件、基准点、工控箱等设备埋设后，制作相应的标识和保护装置，确保不受损坏。自动监测设备天线需要设置警示管进行保护，同时要以警示管为中心设置水泥保护井，且警示管不得覆盖任何物品：传输总线中的液体需两年更换一次；太阳能板要定期清洁，保持表面无污物覆盖；自动监测系统设备埋设后，应定期巡视地表设备，包括太阳能供电设备和地表传输线路；太阳能供电系统中的工业蓄电池应定期维护，保养。4）监测人员应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为因素和自然因素而受到破坏。
        2.2系统软件设计
        2.2.1系统监测软件
        为解决监测项目仪器设备类型繁杂，数据标准不统一等问题，系统监测软件选用三层框架模式，提供统一数据接口标准，具体如图1所示。就不同仪器设备，只需针对性开发采集端软件，促使其满足数据接口要求，便可被兼容。系统监测软件具体如表1所示。

表1系统监测软件

        图1 系统监测软件设计
        2.2.2分布式服务器
        分布式服务器框架把计算资源与宽带压力分散于多个服务器，以强化系统计算能力与扩展性，可满足高速铁路路基沉降变形自动化监测的实时性与并发性要求。分布式服务器框架具体如图2所示。

        图2分布式服务器框架
        2.2.3数据滤波算法
        高速铁路行车速度比较快，列车经过会造成结构巨大振动，其会传输于监测设备，造成数据显著变化。高速铁路线路白天行车比较密集，因此必须有效去除异常数据点，避免数据变化导致告警频繁触发。系统通过连续中位数滤波法去除异常数据，此算法基于某时刻及其前一时刻测量值中位数，代替此时刻测量值。其中时刻参数可就测点具体位置行车间隔与结构形式等要素设置合理值。以此算法可确保数据点密度较高，基于科学选择时刻参数，把数据变化延迟控制于可接受阈限内。
        2.3沉降变形监测装置
        液体压差测量沉降变形的原理为在路基选取一固定基准点，设置基准传感器、储液罐、储液箱和基准微压传感器，每相应测点处的基准微压传感器采用柔性连通管连接。当路基发生沉降变形时，相应测点处的柔性连通管和基准微压传感器会产生变形，微压传感器可测量出各监测点处的压力P0，P1，P3…，Pi，…，Pn，将各压力换算成各监测点距离液面的高度Hi，再算出各沉降监测点相对基准点的高程差hi，进行监测点高程差时间相关分析得到各监测点的高程信息，最后根据测得的相对沉降量和监测基准点的沉降量得到所有监测点的绝对沉降量。基于液体压差测量的沉降测量技术的基本设计原理如图3所示。

        图3液体压差测量原理图
        结语
        综上所述，为切实解决高速铁路路基沉降变形问题，本文设计了自动化监测系统。系统基于沉降自动化采集仪作为传感器，配置自动化监测软件，以计算机控制为辅助实现全自动化操作，以实现沉降变形监测可视化与实时化目标。通过系统实现表明，此系统的自动化、远程化、可视化、实时化特性突出，且具备良好的稳定性、可靠性、适用性，为高速铁路工程路基沉降变形自动化监测提供了完善的分析平台，为指导施工决策奠定了坚实的基础，值得推广应用于高铁工程。
        参考文献：
        [1]杨志飞，姚正学，蔺鹏臻.基于GNSS的重载铁路路基沉降监测系统设计与实现[J].自动化与仪器仪表，2015（11）：134-135.
        [2]禚一，王旭，张军.高速铁路沉降自动化监测系统SMAIS的研发及应用[J].铁道工程学报，2015，32（4）：10-15.
        [3]李传宝.桩板结构处理高铁采空区路基变形监测研究［J］.铁道工程学报，2019，36（02）：33-37+87.