高速鐵路軟土地區橋梁沉降監測技術分析

摘 要：為了確保軟土地區高速鐵路的平順性和低沉降量，為沉降預測計算理論的發展提供可靠數據，監測方法和監測技術至關重要。該文通對人工監測技術和自動監測技術的介紹及各方面的優缺點對比，認為自動監測系統作為高速鐵路沉降監測完全能滿足我國鐵路高速發展特別是客運專線運行的需要，具有很大優勢。

關鍵詞：高速鐵路 軟土 橋梁 沉降監測

中圖分類號：U213/ TU413 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-0-02

1 沉降監測意義

我國高速鐵路事業飛速發展，京滬高速鐵路橋梁占80%。為了保持橋上無砟軌道結構的高平順性和高穩定性，確保高速鐵路運營的安全、舒適，對高速鐵路橋梁基礎的沉降特別是工后沉降提出了非常嚴格的要求。對于高速鐵路的深厚軟土、松軟土來說，控制路基及橋梁基礎的沉降成為高速鐵路修建的難點之一。那么，對已修建的軟土地基高速鐵路沉降進行監測，一方面對鐵路的健康進行評估減少事故的發生，另一方面沉降預測目前沒有成熟的規范作為指導，對于沉降的控制與預測，必須要以大量可靠的沉降觀測數據為基礎。因此，必須對其觀測方法和技術加以研究比較，以保障能夠對高速鐵路大量橋梁基礎沉降進行準確的量測、判斷、評估，并為高速鐵路沉降計算理論的發展提供可靠依據。

2 沉降監測方法

2.1 人工監測方法

目前廣泛使用的人工監測方法有：水準測量、三角高程測量、全自動全站儀監測、氣壓高程測量等。水準測量是一種直接測高法，測定高差的精度較高，能滿足高速鐵路橋梁變形沉降觀測精度的要求。但水準測量受地形起伏的限制，作業工作量大，施測速度較慢。氣壓高程測量由于大氣壓力受氣象變化的影響較大，因此氣壓高程測量比水準測量和三角高程測量的精度都低，主要用于低精度的高程測量。從目前的情況來看，高速鐵路橋梁基礎沉降為絕大多數為毫米級，具有“小變形，大波動”的特性。因此，此種高程測量方法不適合高速鐵路橋梁基礎沉降的監測。全站儀作為一種功能強大的量測儀器以其測量精度高、工作全面已經在工程界得到廣泛的應用，全站儀三角高程測量方法在一定程度上彌補了三角高程測量在精度上的不足，但對于沉降監測實際操作顯得有些復雜，且測量精度也不能滿足

要求。

人工測試技術的優缺點：短期內人工費用相對較少；認真施作時監測精度較高，與監測人員的操作方式關系極大；施工階段，特別是架梁等上部荷載變化劇烈階段時監測技術人員需求量很大，如果人員不能配備到位，影響監測質量；長期監測時工程量大，人工費用高；監測質量受人為因素影響很大，可靠性保障困難；不能實時監測，監測受施工干擾影響嚴重；監測標點的保護困難。

2.2 自動監測方法

高速鐵路深厚軟土、松軟土樁基沉降自動監測研究是基于GPRS（General Packet Radio Service的縮寫）遠距離無線傳輸技術上的自動監測系統。本系統主要包括：高精度智能電測元器件（電感式或頻率式位移、沉降、壓力、拉力、振動、速度、加速度、應力、應變等）、自動采集和數據存儲系統、數據包發射系統、數據包接受系統，數據歸類處理分析系統等。GPRS網絡的數據理論傳輸速率高達172 kbyte/s，完全能夠滿足工程中各種監測數據的傳輸。

自動監測系統的特點：

（1）系統可靈活配置各種采集單元，以采集各種傳感原理的傳感器。并可任意配置多個采集單元，以組成8～2000點的自動檢測系統。

（2）系統功能采取模塊式設計，可按需定制，并可靈活升級擴充功能。如實現無線功能可通過配置無線模塊；現場防雷可通過配置防雷模塊等。

（3）綜合采集單元：任意通道均可配接弦式應變計、鋼筋應力計、壓力盒、錨索計、荷載傳感器、滲壓計、電感調頻類的柔性位移傳感器、位移計、測縫計及電壓輸出型的半導體溫度傳感器。對于智能型的傳感器還可自動識別各通道所接傳感器的型號，編號，顯示相對應的物理量（應變，應力，壓力，拉力、位移、溫度等）

（4）溫度采集單元：可配接各種熱敏電阻式溫度傳感器，實現大規模的溫度自動測量。

（5）總線采集單元：配接總線型傳感器，各傳感器件的連接采用總線并聯式連接，連線方便且能節約線材。

（6）可任意叫點測量，也可任意設定自動巡檢間隔時間（≥10 min）進行定時測量。

（7）內存容量0.5 mB×模塊數，最大存貯85000點×模塊數，最多存貯80000個通道數據。

（8）系統故障的自診斷，保障系統及數據的可靠性。

（9）無線模塊：無線載波式無線模塊，在開闊地，數據傳送距離可達3～5 km。手機模塊則有網絡覆蓋的地區都可以進行數據傳輸。

自動監測技術的優、缺點：一次性投入較大；短期監測費用相對較高；自動監測元器件安裝要求較高；能實時遠距離、自動實時監測；監測質量不受后期施工和人為因素影響，可靠性好；適合大規模，長期，特殊環境下（如大面積水域、高山）的監測；能充分利用計算機，無線網絡，數據庫，太陽能電池板等現代設備，提高監測質量和技術水平；能與線路運營管理、監控、預警、報警等專家系統直接聯系實現全線線路經營狀況的實時監控和管理；元器件現場保護困難。

3 人工監測與自動監測方法比較

（1）觀測精度：人工測試技術和基于GPRS自動監測技術都能達到《京滬高速鐵路評估細則要求》；以目前的監測技術和水平，基于GPS自動監測技術不能達到《京滬高速鐵路評估細則要求》。

（2）觀測時間：人工監測需要每天在現場監測，自動監測則可在室內完成。

（3）數據處理量：人工監測、自動監測都需要大量的數據處理，自動監測數據都可在電腦上操作完成。

（4）前期投入成本：自動監測前期購買設備一次性投入較大，人工監測后期人工成本投入較大。

（5）監測質量影響因素：人工監測可靠性受操作人員的技術水平、操作方式、天氣、儀器質量影響較大。自動監測不受人為因素影響，但對元器件安裝要求較大。

（6）監測水平：人工監測不能實現實時監測，一般為1次/1周。自動監測則可以實現實時監測，即隨時可進行監測。

目前采用的大量人工監測方法基本上能滿足要求，但在實時監測、抗施工干擾、長期監測費用等方面不及GPRS自動監測方法。因此可以確定，基于GPRS的自動監測方法在京滬高鐵橋梁樁基礎沉降的監測中有相對優勢，綜合評價最高，值得推廣。

4 結語

通過對人工監測和自動監測系統在監測精度、監測成本、監測可靠性等方面的對比研究，得出各種監測方法在高速鐵路軟土地基橋梁樁基礎沉降中使用的優缺點，認為自動監測系統作為高速鐵路沉降監測完全能滿足我國鐵路高速發展特別是客運專線運行的需要，具有很大優勢。作為一種新的沉降監測方式，基于GPRS的自動監測有其獨特的優越性，其可在大規模、長期、特殊環境下（如大面積水域、高山）監測，并能充分利用計算機，無線網絡，數據庫，太陽能電池板等現代設備，提高監測質量和技術水平，能與線路運營管理、監控、預警、報警等專家系統直接聯系實現全線線路經營狀況的實時監控和管理，測量精度完全滿足高速鐵路沉降觀測的精度要求，監測設備和元器件通常埋設于地下，不影響工程后續施工，可靠性高，可在室內完全完成監控任務，成本低，這一監測手段必將在我國高速鐵路的建設中發揮越來越重要的作用。

參考文獻

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