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【摘要】近幾年，我國高速鐵路建設(shè)在發(fā)展中取得了較大的進步，在建設(shè)過程中由于受環(huán)境條件、材質(zhì)以及車載量等因素的影響，在高速鐵路大跨度梁的運營監(jiān)測中必須應(yīng)用較高的監(jiān)測技術(shù)。論文主要分析運營監(jiān)測技術(shù)在高速鐵路大跨度梁中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路;大跨度橋梁;運營監(jiān)測

1引言

目前，高速鐵路橋梁運行安全問題已成為我國鐵路部門一個重要的問題，在實際鐵路管理中必須采取一定的措施確保高速鐵路橋梁的安全運行，特別是對高速鐵路大跨度梁的安全監(jiān)測必須要做好，因為大跨度橋梁規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，所以在設(shè)計和運營階段很難掌握其力學性能。應(yīng)定期實施橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測，以便更好地保證其安全運行的重要條件。

2京滬高速鐵路大跨度橋梁監(jiān)測中存在的問題

2.1沉降觀測法不夠科學、合理

我國很多大跨度橋梁運營監(jiān)測一般采用普通三角高程測量、電子橋梁監(jiān)測系統(tǒng)以及幾何水準等，但是在實際監(jiān)測過程中由于受監(jiān)測成本、現(xiàn)場地形等方面的限制，很難滿足運營監(jiān)測需求，再加上大跨度橋梁建設(shè)地形比較特殊，使現(xiàn)有的運營監(jiān)測方法很難實現(xiàn)目前鐵路橋梁的發(fā)展。

2.2橋梁監(jiān)測系統(tǒng)不健全

在高速鐵路電子橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用中，一些大的系統(tǒng)都是建立在合成孔徑雷達監(jiān)測等技術(shù)上，但是這些技術(shù)很難得到絕對沉降量，監(jiān)測成果可以實際應(yīng)用的成分并不多，且應(yīng)用成本較高，沒有得到大面積的推廣，因此，所有橋梁運營監(jiān)測仍以傳統(tǒng)測量方法為主，但是這種測量方法很難跟上時展的步伐，已不能滿足高技術(shù)含量的橋梁監(jiān)測的需求[1]。

3高速鐵路大跨度梁運營監(jiān)測技術(shù)

3.1觀測元器件的設(shè)置

對鐵路大跨度梁實施運營監(jiān)測分析，橋梁岸上基準和三角座的測定是CRTSⅡ型板軌道基準網(wǎng)測釘結(jié)構(gòu)進行測量。選用的材質(zhì)為不銹鋼，規(guī)格為：1Cr18Ni9，具體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。橋梁岸上基準點高程利用幾何水準測量，在測量過程中利用水準適配器保證測量精確度的提高；另外，測量過程中也要將橋梁的頂部圓錐精度控制在0.1mm以內(nèi)，這樣能很好地保障水準適配器作用的發(fā)揮，提高觀測元器件的監(jiān)測水平。

3.2科學設(shè)置基準點

運營期間，橋梁結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測應(yīng)充分利用精測網(wǎng)的平面控制點和水準基點作為水平和垂直位移監(jiān)測的工作基點，根據(jù)橋梁跨度監(jiān)測需要，還要在此基礎(chǔ)上建立監(jiān)測期的基準點，并且在測定的過程中與精測網(wǎng)中線路控制點進行聯(lián)測。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及運營經(jīng)驗，制定相應(yīng)的復(fù)測周期，基準點要求建立在沉降變形區(qū)以外便于長期保存的穩(wěn)定地區(qū)，便于長期使用分析的需要，并且要進行相應(yīng)的編號。監(jiān)測技術(shù)必須符合《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T12897—2006）中的相關(guān)規(guī)定，只有這樣才能更好地提高基準點的監(jiān)測成果。

3.3儀器設(shè)備要求

變形監(jiān)測手段較多,傳統(tǒng)的幾何水準監(jiān)測是當前鐵路運營監(jiān)測的主要手段，廣泛應(yīng)用于多條鐵路的運營監(jiān)測，其測量精度高,但是易受環(huán)境的影響，且需要投入大量的人力和物力，且受列車運行影響，只能在夜間有限的時間段內(nèi)進行，作業(yè)效率不高。自動化沉降變形監(jiān)測技術(shù)近年來越來越普遍地得到應(yīng)用，其特點是監(jiān)測精度高，人工干預(yù)少，受監(jiān)測條件影響小，例如在合武鐵路合肥段，采用ATR自動目標識別和照準功能的全站儀，儀器標稱精度不低于規(guī)定范圍的精度值，在2臺全站儀安裝的過程中，將首位置安裝在特殊的加工反射凌鏡中，實現(xiàn)了自動化監(jiān)測，京滬高鐵部分地段使用自動化靜力水準儀器，數(shù)據(jù)遠程適時傳輸。但自動化設(shè)備一次性投入成本相對較高。綜合考慮各方面條件，運營監(jiān)測應(yīng)仍以傳統(tǒng)二等水準監(jiān)測為主，自動化監(jiān)測為輔；重點難點工程以自動化監(jiān)測為主，二等水準監(jiān)測方法為輔。常規(guī)二等水準監(jiān)測與自動化監(jiān)測優(yōu)勢互補、互為備份，亦可相互校核。

3.4大跨度梁運營監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

3.4.1監(jiān)測點的設(shè)置

考慮自動化監(jiān)測的需要，監(jiān)測點的設(shè)置一般通過有限的傳感器獲取整個系統(tǒng)的運行狀況信息，從而獲取更加準確的監(jiān)測信息。目前，這種方式的應(yīng)用一般是憑借經(jīng)驗進行處理，由于受外界環(huán)境等多方面因素的影響，這種監(jiān)測方式并不能完全確保傳感器精確地完成監(jiān)測任務(wù)。當數(shù)據(jù)異常時，需要介入傳統(tǒng)的人工監(jiān)測，檢核自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，所以監(jiān)測點的布設(shè)還要考慮傳統(tǒng)監(jiān)測的需要，以滿足人工監(jiān)測要求；其次，要根據(jù)橋梁監(jiān)測的具體內(nèi)容測定各個部位的信息，同時確定最大應(yīng)力分布和可能產(chǎn)生的應(yīng)力集中位置；再次，在有限元分析過程中，要做好系統(tǒng)的優(yōu)化分析，設(shè)計人員設(shè)計時必須將安全問題和質(zhì)量問題放在首要位置，只有這樣才能更好地進行評估，依據(jù)監(jiān)測內(nèi)容和測點布置原則，對大跨度橋梁實施測點布置，要依據(jù)沉降變形發(fā)生的程度和動態(tài)監(jiān)測資料適時動態(tài)地進行調(diào)整，后期在重點段落有可能需要增加監(jiān)測點，既要考慮高監(jiān)測效率與成本，還要滿足運營維護的需要。同時，橋墩監(jiān)測標利用原各周期的沉降監(jiān)測的既有點，普查后對丟失和破壞的點在原位進行補設(shè)。補設(shè)時要考慮大跨度梁的特征部位，將其納入運營監(jiān)測系統(tǒng)中[2]。

3.4.2數(shù)據(jù)分析技術(shù)數(shù)據(jù)分析

技術(shù)的應(yīng)用必須建立在數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)下，并由布置在監(jiān)控中心的服務(wù)器在相關(guān)技術(shù)的配合下完成整個系統(tǒng)的任務(wù)。在這個過程中，服務(wù)器可以自動檢測分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)實施全智能分析和處理。數(shù)據(jù)處理中的信號處理必須側(cè)重數(shù)據(jù)的提取，這樣能得到比較全面的數(shù)據(jù)信號，可以在此基礎(chǔ)上對原始數(shù)據(jù)信號進行處理，以便完成整個系統(tǒng)的科學監(jiān)測。在數(shù)據(jù)分析過程中,對數(shù)據(jù)進行診斷和異常分析也是非常有必要的，從而能比較全面地診斷數(shù)據(jù)工作狀態(tài)，并對異常數(shù)據(jù)實時處理，結(jié)合傳統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，查找原因。各期監(jiān)測數(shù)據(jù)均應(yīng)與前期數(shù)據(jù)進行對比分析，結(jié)合長期數(shù)據(jù)，主要分析差異沉降的變化量和變形速率，提出后期的維護解決方案。同時還應(yīng)綜合分析線上線下數(shù)據(jù)，及時、準確地分析判斷橋梁結(jié)構(gòu)變形特征。

3.4.3支座位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

支座位移和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)溫度有一定的關(guān)聯(lián)性，他們之間的關(guān)系如圖2所示。從圖2中可以看出結(jié)構(gòu)溫度和支座位置之間有緊密的相關(guān)性，這種情況下比較容易出現(xiàn)問題和產(chǎn)生支座位移，從而從側(cè)面分析出整個系統(tǒng)的特性，還可以從數(shù)據(jù)分析結(jié)果看出：系統(tǒng)支座位置與結(jié)構(gòu)溫度之間的斜率變化可以較準確地反映出整個系統(tǒng)的制作工作性能的好壞，在統(tǒng)計支座位移的過程中我們能比較科學地安排制作的維修和養(yǎng)護，從而提高橋梁支座的承載能力，延長支座的使用壽命。

3.4.4振動監(jiān)測數(shù)據(jù)技術(shù)

在系統(tǒng)分析過程中，我們對振動監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析首先必須實施相應(yīng)的濾波處理，而后在高科技技術(shù)的應(yīng)用下對數(shù)據(jù)實時分解重構(gòu)分析，同時要剔除振動數(shù)據(jù)中的趨勢項；最后，在數(shù)據(jù)分析的過程中利用傅里葉原理進行實時頻譜分析，依據(jù)分析結(jié)果得出監(jiān)測數(shù)據(jù)的副頻特性，同時在分析的過程中必須剔除橋梁相應(yīng)的階振動頻率，而此振動頻率的實施主要是評價整個橋梁的動力性特點，為整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性監(jiān)測提供科學的依據(jù)，具體的振動信號副頻特性如圖3所示

3.4.5數(shù)據(jù)管理技術(shù)分析

這里我們說的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要是指數(shù)據(jù)管理分析的技術(shù)形式，在橋梁信息數(shù)據(jù)分析的技術(shù)上，利用這種技術(shù)形式能使橋梁管理工作更加科學、全面，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的信息化、科學化，促進橋梁管理的水平。并為用戶提出橋梁養(yǎng)護和維護建議。大橋檢測體系中各種類型的數(shù)據(jù)量比較大，而且類型復(fù)雜，管理過程中必須構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這種技術(shù)必須包含存儲技術(shù)、查詢技術(shù)和調(diào)用技術(shù)。在數(shù)據(jù)分析的情況下，快速完成整個橋梁狀態(tài)信息的提取和分析，使得到的數(shù)據(jù)信息更加圖文并茂，直觀、全面地展現(xiàn)在用戶眼前。數(shù)據(jù)庫管理的主要技術(shù)形式包含數(shù)據(jù)查詢、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)維護以及系統(tǒng)管理等方面的技術(shù)形式，這些技術(shù)共同作用于橋梁運行監(jiān)測系統(tǒng)中，能在很大程度上提高橋梁運營監(jiān)測工作質(zhì)量和效率。

4結(jié)語

隨著現(xiàn)代橋梁建設(shè)的不斷加劇，在進行運營設(shè)備的安全管理中，為保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，需要從多個角度，進一步確保列車行車的安全指數(shù)。而在這個過程中，橋梁車輛的行車安全，主要集中在加速度以及橫向振幅等方面，為滿足對跨度中點上的安全防護，可針對安全管理的科學管理依據(jù)，進行檢測數(shù)據(jù)分析處理。而對于結(jié)構(gòu)的溫度影響變化的控制管理，也可以結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化進行結(jié)構(gòu)強度上的合理監(jiān)管。

【參考文獻】

【1】藺愛軍.高速鐵路大跨度橋梁水中墩變形監(jiān)測技術(shù)研究[J].鐵道標準設(shè)計,2012(11):48-52.

【2】余志祥.高速鐵路大型客站建筑風荷載及流固耦合作用研究[D].成都:西南交通大學,2011.

作者:劉天亮 單位:中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司