淺談臨近鐵路營(yíng)業(yè)線施工中高鐵橋墩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王瑞 李雙義

摘要 隨著我國(guó)交通建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)和高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程的快速增加，臨近既有高速鐵路營(yíng)業(yè)線施工建設(shè)需求與工程數(shù)量日益增多，在臨近既有高速鐵路營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中，可能會(huì)引起既有高速鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)備設(shè)施變形，為保證高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)，需要在臨近高速鐵路營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中對(duì)高速鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)備的影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文章在G0512線成都至樂(lè)山高速公路擴(kuò)容改造項(xiàng)目青神連接線下穿成貴客專(zhuān)交叉點(diǎn)，采用基于前端數(shù)據(jù)采集器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)可能受施工影響的高鐵橋梁、橋墩進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而為既有高速鐵路正常運(yùn)營(yíng)和在建項(xiàng)目的順利推進(jìn)提供技術(shù)保障，并闡述了基于前端數(shù)據(jù)采集器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理、過(guò)程及方法，可為類(lèi)似工程建設(shè)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 成樂(lè)高速;成貴客專(zhuān);橋墩;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào) TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0010-03

0 引言

高速鐵路是國(guó)家的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展提供重要保障和支撐，在高速鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，動(dòng)車(chē)組列車(chē)行車(chē)速度非?？欤瑢?duì)線下基礎(chǔ)設(shè)施如橋梁、路基的穩(wěn)定性要求極高，否則將會(huì)嚴(yán)重影響到高速鐵路行車(chē)安全和運(yùn)行速度，尤其在臨近既有高速鐵路營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中，對(duì)既有高速鐵路設(shè)備設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)將顯得尤為重要。

該文以G0512線成都至樂(lè)山高速公路擴(kuò)容改造項(xiàng)目青神連接線下穿既有成貴客專(zhuān)為實(shí)例，通過(guò)對(duì)成貴客專(zhuān)可能受施工影響的高鐵橋墩設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，闡述了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理、檢測(cè)過(guò)程及方法。

1 項(xiàng)目概況

G0512線成都至樂(lè)山高速公路擴(kuò)容建設(shè)項(xiàng)目青神連接線設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km，單幅道路寬12.75 m，單向兩車(chē)道。道路采用橋梁結(jié)構(gòu)分左、右線下穿成貴客專(zhuān)K106+593馬槽寺1號(hào)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(xiàng)目與鐵路位置關(guān)系見(jiàn)圖1所示。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及內(nèi)容

該系統(tǒng)前端設(shè)備采用基于高精度的前端數(shù)據(jù)采集器，主要采用DCM豎向位移監(jiān)測(cè)物位計(jì)和自動(dòng)全向傳感水平位移計(jì)，對(duì)成貴客專(zhuān)K106+593馬槽寺1號(hào)大橋3#、4#、5#橋墩進(jìn)行豎向位移、水平位移（橫向、縱向水平位移）監(jiān)測(cè)等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由四級(jí)結(jié)構(gòu)組成，分別為前端數(shù)據(jù)采集器、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）、監(jiān)測(cè)管理中心設(shè)備和客戶終端。前端數(shù)據(jù)采集器采集橋墩的沉降、傾角和橋墩處的溫、濕度等數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）通過(guò)有線連接方式接收由前端數(shù)據(jù)采集器傳送的數(shù)據(jù)并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)送至監(jiān)測(cè)管理中心。監(jiān)測(cè)管理中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)、處理、分發(fā)，最后監(jiān)測(cè)人員通過(guò)客戶端界面查詢、處理數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

3.1 前端數(shù)據(jù)采集器

在成貴客專(zhuān)馬槽寺1號(hào)大橋受影響的3#、4#、5#橋墩處設(shè)置前端數(shù)據(jù)采集器，在鐵路線路運(yùn)行影響區(qū)外埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集橋墩幾何形態(tài)，氣象環(huán)境情況等數(shù)據(jù)。前端數(shù)據(jù)采集器包括豎向位移監(jiān)測(cè)物位計(jì)、自動(dòng)全向傳感水平位移計(jì)和氣象前端數(shù)據(jù)采集器。豎向位移監(jiān)測(cè)物位前端數(shù)據(jù)采集器設(shè)置在橋墩墩頂和墩身，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋墩的幾何形態(tài)中垂直度狀態(tài)，自動(dòng)全向前端數(shù)據(jù)采集器設(shè)置在橋墩墩頂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋墩幾何姿態(tài)中的水平位移狀態(tài)，通過(guò)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋墩的傾角狀態(tài)以及沉降狀態(tài);設(shè)置在橋墩頂?shù)沫h(huán)境前端數(shù)據(jù)采集器，采集橋墩周?chē)h(huán)境信息參數(shù)，如風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫濕度等，結(jié)合其他前端數(shù)據(jù)采集器監(jiān)測(cè)到的位移變化、垂直度變化等數(shù)據(jù)，可以對(duì)橋墩的狀態(tài)進(jìn)行分析，前端數(shù)據(jù)采集器平面布置圖見(jiàn)圖3[1]。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）

在馬槽寺1號(hào)大橋的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，在施工影響區(qū)外設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU），遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）對(duì)設(shè)置在高鐵橋墩上的各個(gè)前端數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行管理，并分析處理其采集到的數(shù)據(jù)，處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)測(cè)管理中心。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）按設(shè)定好的頻率向監(jiān)測(cè)管理中心發(fā)送實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為監(jiān)測(cè)人員及時(shí)了解橋墩的狀態(tài)提供信息。除此之外遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）對(duì)達(dá)到報(bào)警要求的數(shù)據(jù)向監(jiān)測(cè)管理中心發(fā)送報(bào)警信息，提醒監(jiān)測(cè)人員關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)施工是否對(duì)橋墩的穩(wěn)定性造成影響。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端、防雷器件、接線與通信接口、防水工業(yè)機(jī)箱等組成。

信號(hào)模塊按順序接收由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的各種前端信號(hào)，信號(hào)經(jīng)由防雷板處理后，進(jìn)入DT采集器采集通道，CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端通過(guò)串口和采集的數(shù)據(jù)連接后，與監(jiān)測(cè)管理中心按TCP/IP協(xié)議遠(yuǎn)程進(jìn)行無(wú)線通信[2]。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元工作、結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。

3.3 監(jiān)測(cè)管理中心

項(xiàng)目前端設(shè)備安裝調(diào)試完成后接入已建成監(jiān)測(cè)管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括主服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、前置通信和數(shù)據(jù)交換服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器、系統(tǒng)測(cè)試服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、工作站、打印機(jī)、防火墻、路由器等組成監(jiān)測(cè)管理中心，獲取從遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其存到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器上。同時(shí)，監(jiān)測(cè)管理中心應(yīng)及時(shí)分析每天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)橋墩，周邊環(huán)境等被監(jiān)測(cè)對(duì)象變形、受力異常應(yīng)分析原因，還需要監(jiān)視運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)可以查詢分析等并對(duì)組織結(jié)構(gòu)、終端用戶、監(jiān)測(cè)工點(diǎn)等進(jìn)行管理[3]。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。主服務(wù)器：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

（2）應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用服務(wù)器：用于相關(guān)前端數(shù)據(jù)采集器參數(shù)的修改，系統(tǒng)資源配置管理，存儲(chǔ)一定時(shí)期內(nèi)相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比較等。報(bào)表服務(wù)器：負(fù)責(zé)報(bào)表和報(bào)表管理。網(wǎng)管服務(wù)器：管理并監(jiān)視系統(tǒng)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）通信系統(tǒng)。通信前置和數(shù)據(jù)交換服務(wù)器：所有對(duì)外的通信均通過(guò)通信服務(wù)器處理并傳送出去，對(duì)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換。

（4）存儲(chǔ)和備份系統(tǒng)。在監(jiān)測(cè)管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可采用SAN存儲(chǔ)方式。設(shè)置互為備用的兩臺(tái)SAN存儲(chǔ)交換機(jī)。同時(shí)此系統(tǒng)還可進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份管理和制定備份策略。

（5）系統(tǒng)測(cè)試服務(wù)器。在監(jiān)測(cè)管理中心設(shè)置測(cè)試服務(wù)器，用于對(duì)后續(xù)項(xiàng)目接入，軟件更新，重要系統(tǒng)參數(shù)的修改，新增設(shè)備的測(cè)試和維修設(shè)備的模擬測(cè)試。

（6）防火墻、路由器。系統(tǒng)通過(guò)防火墻、路由器與清分系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)及數(shù)據(jù)傳輸。

（7）工作站和打印機(jī)。在監(jiān)測(cè)管理中心設(shè)置業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)管等工作站，以及相應(yīng)的打印輸出設(shè)備，提供系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理的人機(jī)接口。

3.4 客戶端

在鐵路管理公司相關(guān)部門(mén)、監(jiān)測(cè)管理中心等地設(shè)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(shí)時(shí)狀態(tài)及周?chē)h(huán)境等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并具備信息查詢和管理的功能?？蛻舳诉€應(yīng)對(duì)出現(xiàn)異常情況的橋墩發(fā)出警告提示，以及告警后的工作預(yù)案。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)過(guò)程歷時(shí)152天，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元（RTU）能及時(shí)向監(jiān)測(cè)管理中心反饋監(jiān)測(cè)橋墩狀態(tài)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)溫濕度情況，監(jiān)測(cè)管理中心及客戶端設(shè)備均運(yùn)行穩(wěn)定，可以滿足在臨近高速鐵路營(yíng)業(yè)線施工過(guò)程中，對(duì)可能會(huì)引起高速鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)備設(shè)施變形的監(jiān)測(cè)要求，有效保障了高速鐵路運(yùn)輸安全和順利推動(dòng)了項(xiàng)目施工進(jìn)展，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖見(jiàn)圖5和圖6。

5 結(jié)語(yǔ)

該文闡述了基于前端數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)臨近既有運(yùn)營(yíng)線成貴客專(zhuān)交叉點(diǎn)橋梁工點(diǎn)的變形進(jìn)行了實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)可能受施工影響的橋墩沉降、變形豎向位移和水平位移數(shù)據(jù)，能夠提前預(yù)知臨近施工過(guò)程中及施工后一段時(shí)間內(nèi)高鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形風(fēng)險(xiǎn)，以便及時(shí)提出解決措施，為既有高速鐵路正常運(yùn)營(yíng)和在建項(xiàng)目的順利推進(jìn)提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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