[科学技术]铁路桥涵沉降变形监测自动化技术的实施

李倩　盖永智

摘 要：黄河水利委员会山东水文水资源局承担了济南轨道R1线下穿京沪铁路工程专项监测服务，主要内容是在工程项目影响范围内的京沪铁路路基、桥涵、电气化支柱等位置设置沉降变形监测点，实施自动化监测。根据委托的测量内容和项目的特点，分析研讨新技术新方法，科学合理进行水准监测网和三维监测网的布设，采取徕卡超高精度TS50全站仪配合机载多测回测角软件技术实施自动监测，提高了项目实施的工作效率和经济效益，优质完成了承担的测量任务，得到业主和同行的高度评价。

关键词：铁路路基;桥涵;沉降变形;自动化监测

1项目背景

济南轨道R1线下穿京沪铁路工程专项监测， 是在工程项目影响范围内的京沪铁路路基、桥涵、电气化支柱等位置设置沉降变形监测点，采取徕卡超高精度TS50全站仪配合机载多测回测角软件技术实施自动化监测。根据项目特点和要求创新水准监测网和三维监测网布设原则和方法，提高了项目的工作效率和成果质量。

2监测的目的

隧道盾构施工过程有很多因素可以导致地表变形，从而对上方铁路轨面的平顺性、桥涵的稳定性产生一定影响。因此需要在施工过程中对施工影响范围内的桥涵和铁路路基进行监控测量，主要目的是：

1.把施工引起的铁路路基、框架涵的动态变化信息及时反馈到建设单位、设备管理单位、设计单位以及施工单位。

2.及时预报铁路路基、桥涵的位移变形趋势，供铁路运营部门决策使用。

3.对位移超限，提前预警，一旦发现监测数值达到或者超过预警值，采取相应的措施进行处理，停止施工或者采取加固措施，保障附近铁路的正常营运，保障施工影响范围内的构筑物的结构稳定性，维护国家和人民的生命财产安全。

3监测的依据

《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）;《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）;《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）;《工程测量规范》（GB 50026-2007）;《建筑变形测量规范》（JGJ/T 8-2016）;《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）;《铁路线路修理规则》（铁运[2006]146号）;《普速铁路工务安全规则》（铁运[2014]272号）;《铁路安全管理条例》（中华人民共和国国务院令 第639 号）;国家现行其他测量规范及强制性标准等。

4监测范围及内容

地铁R1左线下穿京沪铁路框架桥涵，R1右线下穿京沪铁路路基段，左线区间结构距离铁路桥框架涵结构底板净距为7.0～7.7m，右线区间结构拱顶埋深16.8m，根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911-2013）相关规定，监测距离为盾构管片边缘向外2倍埋深，考虑框架涵的整体性，框架涵整体监测，本监测工程里程范围为京沪下行K475+885至K475+998处，里程引自京沪下行涵心里程K475+915。

监测范围示意图见下面图所示：

在项目施工过程中，对影响范围内的铁路路基和框架涵进行水平位移监测及垂直位移监测;对铁路重点设备接触网支柱进行变形监测。

监测共历时222天，静力水准监测点20个，每点监测639次，共计12780点次，三维监测点共47个，每点监测554次，共计26038点次。

5施测方法及技术特点

三维监测仪器采用高精度TS50全站仪，结合激光、通讯及CCD技术，集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标、遥控、自动记录数据于一体，由马达驱动和软件控制，其智能化、自动化可以高效的获取高精度的监测数据。

在框架涵北侧安全区域设置4处观测点，作为已知点，置镜点设置观测墩并采用强制对中装置。

框架涵路基桥涵三维监测点布设在中墙及边墙顶端，采取粘贴方式设置L型三维监测点，路基段采用埋设方式布置，共设置两条路线，布设的5个接触网支柱监测点，同时可以作为路基桥涵监测点。

为保障铁路线路的正常运营，本方案着重制定了铁路轨道及重点设备接触网支柱的监测内容，在既有铁路京沪上行、水白上行、京沪下行及水白下行线4条线路轨道外侧不影响行车安全的地方布设监测点。监测区域内每条线路设计点位六处，点位间隔20米。

根据自动化监测的特点，拟定在不同施工階段期间采用不同的采集频率。施工前（即施工单位开工之前），采集10次有效数据作为自动化监测的初始值，施工关键期数据采样为3分钟一次，施工完成后，监测数据采样为10分钟一次。

三维监测会同铁路轨道及接触网支柱监测同步进行，对轨道等监测点实施24小时实时监测，完全满足盾构法隧道工程监测频率。

6结语

本项目采用徕卡超高精度TS50全站仪配合机载多测回测角软件，在监测过程中仅需在监测位置放置好徕卡棱镜，在固定位置设置好观测墩并采用强制对中装置，即可长时间监测。无需频繁迁站，避免了人为误差。而且固定的观测墩，方便引出数据线，从而使外业人工可以在固定的帐篷或车内进行监测，减少了人员负担。

隧道盾构施工变形监测具有目标多、测回数多、精度要求高特点，传统人工观测费时费力，作业效率难以提高。本项目新技术的实施和监测过程，有效的解决了这一问题，不仅实施了高效、便捷的自动化测量，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，同时满足了内、外业数据一体化、规范化的作业要求，效益明显，在变形监测工程中具有良好的实用性和广泛的推广应用价值。

参考文献：

[1]  叶振国，桥涵水文与水力学[M]，北京，人民交通出版社，2000

[2] 中华人民共和国水利部. GB50179-2015. 测验规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[3]  谷树忠，水安全：内涵、问题与方略[J]，中国水利，2014

作者简介：

李倩，女，1987年出生，山东济南人，工程师 ，从事水文水资源勘测工作 ，研究方向：水文水资源勘测基础理论研究及应用.

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2021/07/13