自動化測量系統(tǒng)在涉鐵工程寧安客專監(jiān)測項(xiàng)目中的應(yīng)用

張廣進(jìn) 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司

1 引言

傳統(tǒng)的工程變形監(jiān)測測量是靠人工實(shí)地測量，其工作量大，測量條件會受到天氣的影響，測出的數(shù)據(jù)以及參數(shù)存在系統(tǒng)誤差和人工誤差，資料的分析以及整理時間長，不能及時的反映出監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)趨勢和存在的安全隱患。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和運(yùn)營鐵路的增多，涉鐵監(jiān)測項(xiàng)目逐年增長。為保證鐵路運(yùn)營的安全，鄰近既有鐵路施工的項(xiàng)目均需要進(jìn)行鐵路變形監(jiān)測，此類涉鐵監(jiān)測項(xiàng)目一般監(jiān)測周期較短，監(jiān)測的頻次以及時效性要求較高（在項(xiàng)目施工階段，一般要求“2小時/期”），傳統(tǒng)的人工測量方法無法滿足鐵路營業(yè)線施工安全管理的要求，而自動化測量可以實(shí)現(xiàn)“全天候，實(shí)時地”進(jìn)行監(jiān)測，所獲取的數(shù)據(jù)也能實(shí)時的進(jìn)行處理與分析。

2 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)與測量

本次監(jiān)測的主要目的在于站南路路塹開挖期間，對鄰近寧安客專路基的施工進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控測量，防止施工改變了原土體應(yīng)力場，造成開挖面周圍土體的擾動，導(dǎo)致周圍土體發(fā)生變形，進(jìn)而引起寧安客專路基沉降或偏移，影響到鐵路的軌道面的平順性以及行車安全；在施工各階段，把施工引起的一系列動態(tài)變化信息及時反饋到施工單位，使之能夠在現(xiàn)場及時調(diào)整施工參數(shù)，優(yōu)化改進(jìn)施工方法，以避免危及鐵路行車運(yùn)營安全的事故發(fā)生，為安全施工提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而保證鐵路線的持續(xù)安全、平穩(wěn)運(yùn)營。

考慮到現(xiàn)場實(shí)際的多部門交叉作業(yè)以及現(xiàn)實(shí)的惡劣作業(yè)環(huán)境，本監(jiān)測采用自動化監(jiān)測（靜力水準(zhǔn)、傾斜儀以及測量機(jī)器人）。

2.1 監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)

基準(zhǔn)點(diǎn)位于測區(qū)外穩(wěn)定的區(qū)域，具體位置為K247+500處橋擋渣墻一個、K247+400處原有線上CPIII觀測墩上面一個一級K247+950位置電氣化立柱承重墩上面?zhèn)€一共三個基準(zhǔn)點(diǎn)，為了防止棱鏡影響行車安全，分別在棱鏡上面裝置散光保護(hù)罩。強(qiáng)制觀測墩安置在K247+650位置附近（臨時柵欄網(wǎng)外側(cè)）直接在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)儀器對平面變形監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測。埋設(shè)強(qiáng)制觀測墩如圖1所示。

圖1 水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)圖

2.2 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

在K247+585至K247+865區(qū)間段，既有線軌道床南側(cè)布設(shè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)位置布置棱鏡，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在既有線外側(cè)路肩處，測點(diǎn)間距20 m，位置與沉降監(jiān)測點(diǎn)相近。監(jiān)測點(diǎn)采用的是L型棱鏡，路肩沉降監(jiān)測點(diǎn)采用直埋鋼釬方式埋設(shè)，螺紋鋼標(biāo)志點(diǎn)直徑宜為18 mm~22 mm，，埋設(shè)后在鋼筋頭上方用螺絲固定小棱鏡，方便自動化監(jiān)測。現(xiàn)場安裝位置如圖2、圖3。

圖2 路基沉降監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

圖3 水平位移監(jiān)測設(shè)站和儲液罐基準(zhǔn)點(diǎn)圖

3 數(shù)據(jù)采集與分析

為了統(tǒng)計(jì)自動化監(jiān)測成果的精度，該監(jiān)測在實(shí)際操作過程中加入了人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。從2018年12月17號到2019年4月5日，安慶站臨近站南路檢測路基監(jiān)測項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行了有關(guān)的土方施工，統(tǒng)計(jì)該段時間內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)變化量對比結(jié)果如表1。

表1 自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測對比統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出，分別利用人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測所得監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)形變量差值最大的監(jiān)測點(diǎn)JC02，其值為0.09 mm；監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)形變量最小差值的為監(jiān)測點(diǎn)JC07，其值為0.01 mm。人工監(jiān)測監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)形變量與自動化監(jiān)測監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)形變量差值在0.05 mm左右晃動，監(jiān)測累計(jì)形變量精度均能滿足規(guī)范要求，且兩種平差方法精度無明顯差別，表明采用自動化監(jiān)測所得監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測成果是可靠的。

4 結(jié)論

本文介紹了自動化測量系統(tǒng)在安慶市臨近站南路涉鐵監(jiān)測項(xiàng)目中的應(yīng)用情況，并通過對比該監(jiān)測項(xiàng)目中監(jiān)測點(diǎn)的人工采集累計(jì)形變量與自動化在該監(jiān)測項(xiàng)目中監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)形變量進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)和成果分析，驗(yàn)證了自動化監(jiān)測測量系統(tǒng)在涉鐵監(jiān)測項(xiàng)目中的可行性和有效性。

橋梁段、路基段監(jiān)測點(diǎn)位埋設(shè)充分利用梁柱、梁體、路基基礎(chǔ)等既有構(gòu)筑物，既滿足監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)間距要求，又保證了監(jiān)測點(diǎn)位的穩(wěn)定性，避免了重新埋設(shè)專用立柱等工程，節(jié)約了建設(shè)資金。針對路基、橋梁地段不同構(gòu)造形式，采用了靜力水準(zhǔn)和測量機(jī)器人（TS30）、靜力水準(zhǔn)和傾斜儀分別對路基、橋梁進(jìn)行了沉降和平面位移、沉降與傾斜位移的施工全過程監(jiān)測，為整個項(xiàng)目工程提供了安全可靠的監(jiān)測情報(bào)與數(shù)據(jù)支撐。

自動化監(jiān)測用于高鐵的橋梁以及路基的變形監(jiān)測，監(jiān)測方式先進(jìn)，滿足了項(xiàng)目工程施工時的監(jiān)測頻率（施工期間要求2小時/期監(jiān)測數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)“預(yù)報(bào)警”，監(jiān)測頻次為1小時/期監(jiān)測數(shù)據(jù)）。與此同時，也滿足了有關(guān)規(guī)范和精度的要求，又極大提高了測量效率。自動化監(jiān)測系統(tǒng)在該項(xiàng)目體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，比如其監(jiān)測數(shù)據(jù)不用受限于天窗點(diǎn)的固定監(jiān)測時間、遇到下雨或者天氣條件不適合人工測量的天氣，其依然能進(jìn)行項(xiàng)目的實(shí)時監(jiān)測。該自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有完善的預(yù)報(bào)警機(jī)制。其根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)變化程度能自動發(fā)送相關(guān)信息給對應(yīng)部門的相關(guān)負(fù)責(zé)人：如現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，其會按時將監(jiān)測日報(bào)發(fā)送給監(jiān)測現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、施工單位現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、監(jiān)理現(xiàn)場負(fù)責(zé)人；如現(xiàn)場監(jiān)測出現(xiàn)異常（出現(xiàn)預(yù)報(bào)警），則相應(yīng)的監(jiān)測快報(bào)會及時發(fā)送給，監(jiān)測單位技術(shù)總工、施工單位項(xiàng)目經(jīng)理、總監(jiān)以及業(yè)主；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)簡報(bào)的甄別以及分級信息傳遞。

自動化監(jiān)測系統(tǒng)，技術(shù)手段先進(jìn)、監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)合理，在滿足有關(guān)規(guī)范和精度的要求的同時，監(jiān)測精度高、監(jiān)測頻率高、監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時處理效率高、預(yù)報(bào)警機(jī)制完備以及時效性好為建設(shè)方節(jié)省了資金，為施工方提供了便捷、可靠的測量數(shù)據(jù)和監(jiān)測情報(bào)，得到了建設(shè)方和施工方的一致好評。表明自動化監(jiān)測系統(tǒng)在涉鐵監(jiān)測項(xiàng)目中有廣闊的應(yīng)用前景。