淺談臨近鐵路營業(yè)線施工中高鐵橋墩變形監(jiān)測系統(tǒng)

王瑞 李雙義

摘要 隨著我國交通建設的持續(xù)推進和高速鐵路運營里程的快速增加，臨近既有高速鐵路營業(yè)線施工建設需求與工程數量日益增多，在臨近既有高速鐵路營業(yè)線施工過程中，可能會引起既有高速鐵路運營設備設施變形，為保證高速鐵路安全運營，需要在臨近高速鐵路營業(yè)線施工過程中對高速鐵路運營設備的影響進行監(jiān)測。文章在G0512線成都至樂山高速公路擴容改造項目青神連接線下穿成貴客專交叉點，采用基于前端數據采集器的監(jiān)測系統(tǒng)對可能受施工影響的高鐵橋梁、橋墩進行全方位的實時監(jiān)測，從而為既有高速鐵路正常運營和在建項目的順利推進提供技術保障，并闡述了基于前端數據采集器的監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理、過程及方法，可為類似工程建設提供技術參考。

關鍵詞 成樂高速;成貴客專;橋墩;實時監(jiān)測

中圖分類號 TP273 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0010-03

0 引言

高速鐵路是國家的關鍵基礎設施，為社會經濟社會快速發(fā)展提供重要保障和支撐，在高速鐵路運營過程中，動車組列車行車速度非常快，對線下基礎設施如橋梁、路基的穩(wěn)定性要求極高，否則將會嚴重影響到高速鐵路行車安全和運行速度，尤其在臨近既有高速鐵路營業(yè)線施工過程中，對既有高速鐵路設備設施進行實時檢測將顯得尤為重要。

該文以G0512線成都至樂山高速公路擴容改造項目青神連接線下穿既有成貴客專為實例，通過對成貴客專可能受施工影響的高鐵橋墩設置監(jiān)測系統(tǒng)進行全方位的實時監(jiān)測，闡述了該監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理、檢測過程及方法。

1 項目概況

G0512線成都至樂山高速公路擴容建設項目青神連接線設計時速為80 km，單幅道路寬12.75 m，單向兩車道。道路采用橋梁結構分左、右線下穿成貴客專K106+593馬槽寺1號大橋，左線道路由鐵路橋3#～4#墩下穿，右線道路由鐵路橋4#～5#墩下穿。項目與鐵路位置關系見圖1所示。

2 監(jiān)測系統(tǒng)原理及內容

該系統(tǒng)前端設備采用基于高精度的前端數據采集器，主要采用DCM豎向位移監(jiān)測物位計和自動全向傳感水平位移計，對成貴客專K106+593馬槽寺1號大橋3#、4#、5#橋墩進行豎向位移、水平位移（橫向、縱向水平位移）監(jiān)測等各項指標進行實時監(jiān)測。

3 監(jiān)測系統(tǒng)組成

監(jiān)測系統(tǒng)主要由四級結構組成，分別為前端數據采集器、遠程監(jiān)測單元（RTU）、監(jiān)測管理中心設備和客戶終端。前端數據采集器采集橋墩的沉降、傾角和橋墩處的溫、濕度等數據。遠程監(jiān)測單元（RTU）通過有線連接方式接收由前端數據采集器傳送的數據并對接收到的數據進行分析處理，然后將處理后的數據通過通信傳輸網絡送至監(jiān)測管理中心。監(jiān)測管理中心對接收到的數據進行統(tǒng)一的存儲、處理、分發(fā)，最后監(jiān)測人員通過客戶端界面查詢、處理數據，系統(tǒng)結構圖見圖2。

3.1 前端數據采集器

在成貴客專馬槽寺1號大橋受影響的3#、4#、5#橋墩處設置前端數據采集器，在鐵路線路運行影響區(qū)外埋設基準點，實時采集橋墩幾何形態(tài)，氣象環(huán)境情況等數據。前端數據采集器包括豎向位移監(jiān)測物位計、自動全向傳感水平位移計和氣象前端數據采集器。豎向位移監(jiān)測物位前端數據采集器設置在橋墩墩頂和墩身，實時監(jiān)測橋墩的幾何形態(tài)中垂直度狀態(tài)，自動全向前端數據采集器設置在橋墩墩頂實時監(jiān)測橋墩幾何姿態(tài)中的水平位移狀態(tài)，通過測點數據與基準點數據的對比，實時監(jiān)測橋墩的傾角狀態(tài)以及沉降狀態(tài);設置在橋墩頂的環(huán)境前端數據采集器，采集橋墩周圍環(huán)境信息參數，如風速、風向、環(huán)境溫濕度等，結合其他前端數據采集器監(jiān)測到的位移變化、垂直度變化等數據，可以對橋墩的狀態(tài)進行分析，前端數據采集器平面布置圖見圖3[1]。

3.2 遠程監(jiān)測單元（RTU）

在馬槽寺1號大橋的施工監(jiān)測系統(tǒng)中，在施工影響區(qū)外設置遠程監(jiān)測單元（RTU），遠程監(jiān)測單元（RTU）對設置在高鐵橋墩上的各個前端數據采集器進行管理，并分析處理其采集到的數據，處理后的數據通過通信傳輸網絡傳送至監(jiān)測管理中心。遠程監(jiān)測單元（RTU）按設定好的頻率向監(jiān)測管理中心發(fā)送實時的監(jiān)測數據，為監(jiān)測人員及時了解橋墩的狀態(tài)提供信息。除此之外遠程監(jiān)測單元（RTU）對達到報警要求的數據向監(jiān)測管理中心發(fā)送報警信息，提醒監(jiān)測人員關注現場施工是否對橋墩的穩(wěn)定性造成影響。

遠程監(jiān)測單元（RTU）系統(tǒng)主要由數據采集系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、CDMA無線數據傳輸終端、防雷器件、接線與通信接口、防水工業(yè)機箱等組成。

信號模塊按順序接收由數據采集系統(tǒng)提供的各種前端信號，信號經由防雷板處理后，進入DT采集器采集通道，CDMA無線數據傳輸終端通過串口和采集的數據連接后，與監(jiān)測管理中心按TCP/IP協議遠程進行無線通信[2]。

遠程監(jiān)測單元工作、結構示意圖見圖4。

3.3 監(jiān)測管理中心

項目前端設備安裝調試完成后接入已建成監(jiān)測管理中心計算機系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括主服務器、應用服務器、前置通信和數據交換服務器、報表服務器、網管服務器、系統(tǒng)測試服務器、存儲系統(tǒng)、工作站、打印機、防火墻、路由器等組成監(jiān)測管理中心，獲取從遠程監(jiān)測單元（RTU）傳輸來的數據，并將其存到中心數據服務器上。同時，監(jiān)測管理中心應及時分析每天的監(jiān)測數據，發(fā)現監(jiān)測橋墩，周邊環(huán)境等被監(jiān)測對象變形、受力異常應分析原因，還需要監(jiān)視運行數據，對歷史數據可以查詢分析等并對組織結構、終端用戶、監(jiān)測工點等進行管理[3]。

（1）數據庫系統(tǒng)。主服務器：負責數據的采集，實現數據管理。

（2）應用系統(tǒng)。應用服務器：用于相關前端數據采集器參數的修改，系統(tǒng)資源配置管理，存儲一定時期內相關的歷史數據，并進行數據比較等。報表服務器：負責報表和報表管理。網管服務器：管理并監(jiān)視系統(tǒng)服務器和網絡設備的運行狀態(tài)。

（3）通信系統(tǒng)。通信前置和數據交換服務器：所有對外的通信均通過通信服務器處理并傳送出去，對外部系統(tǒng)數據的格式轉換。

（4）存儲和備份系統(tǒng)。在監(jiān)測管理中心計算機系統(tǒng)可采用SAN存儲方式。設置互為備用的兩臺SAN存儲交換機。同時此系統(tǒng)還可進行系統(tǒng)數據的備份管理和制定備份策略。

（5）系統(tǒng)測試服務器。在監(jiān)測管理中心設置測試服務器，用于對后續(xù)項目接入，軟件更新，重要系統(tǒng)參數的修改，新增設備的測試和維修設備的模擬測試。

（6）防火墻、路由器。系統(tǒng)通過防火墻、路由器與清分系統(tǒng)進行互聯及數據傳輸。

（7）工作站和打印機。在監(jiān)測管理中心設置業(yè)務管理、網管等工作站，以及相應的打印輸出設備，提供系統(tǒng)運營管理的人機接口。

3.4 客戶端

在鐵路管理公司相關部門、監(jiān)測管理中心等地設置客戶端，用多種傳輸方式，顯示高鐵橋墩豎向位移、水平位移的實時狀態(tài)及周圍環(huán)境等監(jiān)測數據，并具備信息查詢和管理的功能。客戶端還應對出現異常情況的橋墩發(fā)出警告提示，以及告警后的工作預案。

4 監(jiān)測結果

監(jiān)測過程歷時152天，現場設備處于穩(wěn)定狀態(tài)，數據傳輸穩(wěn)定，遠程監(jiān)測單元（RTU）能及時向監(jiān)測管理中心反饋監(jiān)測橋墩狀態(tài)數據及現場溫濕度情況，監(jiān)測管理中心及客戶端設備均運行穩(wěn)定，可以滿足在臨近高速鐵路營業(yè)線施工過程中，對可能會引起高速鐵路運營設備設施變形的監(jiān)測要求，有效保障了高速鐵路運輸安全和順利推動了項目施工進展，監(jiān)測數據曲線圖見圖5和圖6。

5 結語

該文闡述了基于前端數據采集器實時檢測系統(tǒng)對臨近既有運營線成貴客專交叉點橋梁工點的變形進行了實時檢測，通過實時檢測可能受施工影響的橋墩沉降、變形豎向位移和水平位移數據，能夠提前預知臨近施工過程中及施工后一段時間內高鐵運營過程中可能出現的變形風險，以便及時提出解決措施，為既有高速鐵路正常運營和在建項目的順利推進提供技術保障。

參考文獻

[1]涂仁盼， 冷伍明， 聶如松， 等. 朔黃重載鐵路某橋路過渡段沉降監(jiān)測及預測[J]. 鐵道科學與工程學報， 2019（6）： 1412-1419.

[2]王寶賢. 融合通信參量的網絡系統(tǒng)跟蹤性能極限研究[D]. 武漢：華中科技大學， 2012.

[3]陳云峰. 高速鐵路運營線路路基沉降監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 鐵道勘察， 2017（3）： 24-27.