沉降智能监测与评估系统的开发及应用

研究目的:高速铁路线下工程沉降监测作为铁路建设与工务维护的重要组成部分,对于保障高速铁路安全运营具有十分重要的意义。通过将岩土工程、物联网、大数据等先进技术进行深度融合,本文主要介绍一套高速铁路线下工程沉降的智能监测与评估系统,以期为高速铁路运营维护提供科学决策。研究结论:(1)通过温度补偿试验对传感器进行校正,大大提高了静力水准仪在变温条件下的精度(-20℃～40℃下0. 2 mm);(2)研发了一套基于无线组网技术的沉降智能监测评估系统,系统具有自适应降噪、变频采样控制、数据掉线重传、大数据分区存储、数据压缩传输、三维地理信息展示等技术特点,可满足桥、隧、路等多种监测应用场景;(3)系统实现了高速铁路线下工程施工期与运营期的沉降安全状态实时监测与评估。     

液体静力水准系统在高速铁路运营期实时沉降监测中的应用研究

介绍液体静力水准系统的工作原理,分析总结在高速铁路运营期实时沉降监测中影响系统精度的主要因素及削弱这些因素的方法。通过对液体静力水准系统在某高速铁路运营期沉降监测项目中的监测成果与工人周期监测成果对比分析,表明液体静力水准系统监测方法能够满足运营期高速铁路沉降监测精度要求。     

北斗定位技术在高速铁路沉降变形监测中的应用

运用北斗高精度定位技术对一高速铁路的桥梁段、路基段沉降变形进行了现场监测试验,研究该技术用于高速铁路基础设施沉降变形监测的精度和可靠性。研究结果表明:高速铁路接触网高压线对北斗测量精度的影响可以忽略,受台风天气电离层的影响较大,分析长期变形监测数据时应注意对台风天气引发的异常值进行识别和处理;北斗变形监测系统的测量中误差与基线长度呈线性正相关,基线长度在3 km以内时测量中误差不超过3 mm,可满足高速铁路有砟轨道的沉降观测技术要求,在监测精度要求较为严格时,建议基线长度控制在1 km以内。     

基于转角及振型参量的桥梁挠度监测方法

研究目的:作为桥梁安全性评价的重要指标,挠度能够反映高速铁路大跨桥梁刚度性能,特别是在桥梁运营期健康监测中,挠度测量是必不可少的组成部分。本文依据振型叠加原理,得出以振型向量作为中间变量的结构倾角与挠度转换算法,基于该算法提出一种桥梁挠度测试的新方法,该方法能够克服以往桥梁挠度测量方法在监测精度低、实施操作性差、长期监测性能差等方面的不足,并在高铁桥梁健康监测系统中对其进行试验验证。研究结论:(1)通过原理推导和数值模拟验证,本文提出的基于振型叠加原理的转角与挠度转换算法科学合理,具有较小的预测误差;(2)通过在石济客专济南黄河公铁两用桥静载试验中应用,采用本文方法测算的桥梁关键断面的竖向位移与实测挠度数据吻合程度较高,测算精度满足工程要求,验证了其有效性和可靠性,可为桥梁健康监测的长期挠度测量提供有效手段。     

石武客运专线沉降监测方法分析

针对石武客运专线河南段运营期沉降监测项目,系统地总结了路基段、桥梁段、隧道段及各构筑物结合部的沉降监测设计方案和作业方法,并对该高铁线路运营阶段的沉降监测数据进行分析。结果表明,该沉降监测项目测试数据质量好,达到了预期精度指标。本文所阐述的沉降监测方法可为高速铁路建设和运营期沉降监测提供参考。     

基于高速铁路无缝钢轨纵向位移检测技术的研究

针对高速铁路无缝线路钢轨纵向位移检测问题,目前主要有位移观测桩手工拉线法、位移观测桩光学仪器观测法、激光测量钢轨纵向位移法等。但这些测量方法存在测量精度差、操作复杂、安全性能差等问题,不能满足高速铁路高效率、高精度测量工作的需求。因此研究一种适合高速铁路使用的钢轨纵向位移检测装置,不但有效检测钢轨纵向位移量以预防胀轨、跑道、断轨的发生,而且对确保高速铁路安全运营意义重大。     

高速铁路沉降自动化监测系统SMAIS的研发及应用

研究目的:为解决高速铁路自动化沉降监测问题,研发出一套"高速铁路工程结构沉降及变形自动监测分析预警系统SMAIS",该系统融合传感器、数据采集传输、客户端实时跟踪和远程查询、监测成果后处理、自动预警、人工监测数据管理及监测数据分析、管理与评估等七个子系统,成功在京津城际等高铁部分段落工程上进行长期应用和检验。研究结论:工程应用结果表明:(1)在高铁工程结构的沉降监测过程中,所研发的SMAIS自动监测系统具有较高的监测精度,具有较强的适用性和稳定性;(2)SMAIS数据实时跟踪和远程网络的动态查询访问平台,可实现实时化、可视化、远程化的监测目标,节约大量的人力;(3)SMAIS监测预警子系统,可实现自动报警和报警后的预警信息分析功能,为信息化施工和科学决策提供指导;(4)本系统可适用于高速铁路路基和桥梁等工程结构的沉降监测。     

大面积深基坑工程对高速铁路的影响性分析

研究目的:本文以某大面积深基坑为工程背景,该基坑邻近既有高速铁路桥梁及路基段,为确保施工期间铁路运营的安全性、降低施工风险,文中依据现行规范建立合理的高速铁路安全评估标准,经有限元模拟,分别对高速铁路路基及桥梁的沉降、相邻桥墩差异沉降、横向水平变形、纵向水平变形、轨道平顺性以及桥梁基础结构安全性等进行计算分析并给出合理的评价,从而确保基坑工程施工过程中高速铁路运营的安全性。研究结论:(1)高速铁路路基、桥梁叠加初始设计值后,各施工阶段的累积沉降值满足规范中15 mm、20 mm的限值要求;(2)高速铁路桥梁叠加初始设计值后的累积差异沉降满足规范中4 mm的限值要求;(3)叠加初始设计值后,各施工阶段横向水平变形均小于规范限值15.75 mm,纵向水平变形均小于规范限值28.06 mm;(4)在整个施工过程中,正线桥梁单桩承载力值均满足单桩容许承载力要求;(5)该研究成果可为邻近高速铁路的深基坑开挖等类似工程领域提供借鉴。     

运营高速铁路重点地段基础变形监测技术研究

目前运营高速铁路重点地段基础变形监测缺乏完整的技术体系,以某运营高速铁路重点地段基础变形监测实践为依托,进行以下研究:(1)分析运营期高速铁路重点地段基础变形监测特点,提出重点地段的选取原则;(2)结合相关规范,提出适用于有砟轨道和无砟轨道的监测断面和监测点布设方法以及相关监测技术要求;(3)根据重点地段监测方式的特点...     

多时相InSAR技术在高速铁路沉降监测的应用

多时相InSAR能够对大范围的目标区域进行毫米级精度的地表变形监测,是目前对区域性沉降进行监测的重要手段,利用多时相InSAR技术对高速铁路及沿线区域进行沉降监测受到越来越多的关注。以郑万高速铁路某跨河特大桥为研究对象,利用多时相InSAR技术对其受高速列车长期运营载荷和周围人为活动的影响下的沉降情况进行监测分析。监测结果显示,该跨河特大桥区域在2020年10月至2022年2月发生了区域性沉降,大桥沿线沉降呈现漏斗状,漏斗底部最大沉降速率达到28.8 mm/a;同时,对比分析多时相InSAR技术监测结果和精密水准监测结果,两者在该区域沉降速率和沉降变形趋势上均呈现一致性。     

高精度梁式倾角仪的研制

对于高速铁路桥梁的长期安全监测,可通过采用倾角仪监测桥梁结构的位置状态,掌握其发展变化趋势。本文介绍了电阻应变式高精度梁式倾角仪的结构原理,通过计算分析给出了其测试精度,并通过试验验证其分辨率、精度、重复性等技术性能指标。高精度梁式倾角仪具有结构简单、测试技术成熟可靠、精度高、造价低等优点,配合远程自动化数据采集系统,可以应用于高速铁路桥梁运营状态的长期化、系统性的安全监测。     

京沪高速铁路高架站轨道系统长期监测技术

研究目的:高铁行车密度大、天窗时间短,列车的高速运营对轨道系统的安全性和平稳性提出更高的要求。高架站轨道系统是高速铁路轨道系统安全服役中最敏感最典型的区域,为保障列车的安全平稳运行,需建立高速铁路高架站-无砟轨道-道岔长期监测系统,实现高架站轨道系统服役状态的实时在线监控,并对可能发生的破坏进行预测预警。研究结论:(1)高速铁路高架站长期监测系统包含数据测量、数据采集传输及数据管理分析三大子系统,实现了监测数据的自动采集、传输、分析、预警预测等功能;(2)系统采用光纤光栅技术监测轨道受力和小变形,采用视频感知技术监测轨道敏感部位大变形,系统测量精度高、安全防范性和长期稳定性好;(3)利用长期监测系统对尖轨尖端的纵向位移和轨道板温度梯度的实时监测,发现尖轨尖端的纵向位移变化趋势与轨温变化趋势相同,但滞后于轨温变化,轨道板表面和底面的温度则呈周期性昼夜交替变化;(4)该研究成果可为高速铁路轨道系统的病害整治和养护维修提供科学依据。     

高速铁路基础变形测量技术体系探讨

高速铁路基础沉降变形监测与控制对其高可靠性、高稳定性、高平顺性十分重要。本文对适于高铁基础沉降变形观测的各种测量技术进行了分析,提出了全面普查与重点观测相结合、静态与动态检测相结合、定期检测与实时监测相结合、高精度与低精度测量技术合理搭配的沉降变形测量技术体系,以期实现高铁基础沉降变形观测技术的经济合理性和历史数据可追溯性。     

高速铁路基础变形测量技术体系探讨北大核心

高速铁路基础沉降变形监测与控制对其高可靠性、高稳定性、高平顺性十分重要。本文对适于高铁基础沉降变形观测的各种测量技术进行了分析,提出了全面普查与重点观测相结合、静态与动态检测相结合、定期检测与实时监测相结合、高精度与低精度测量技术合理搭配的沉降变形测量技术体系,以期实现高铁基础沉降变形观测技术的经济合理性和历史数据可追溯性。     

基于光纤光栅技术的城市轨道交通基础结构沉降实时监测研究

提出基于光纤光栅技术的轨道交通基础结构沉降监测方法,可实现大坡道、不同结构物的在线、分布式连续监测和数据无线传输。研发了轨道交通基础结构沉降实时监测装置。该装置能对沉降数据自动采集和处理,且实时显示结果,并在沉降超限时报警;沉降监测精度可达0.1 mm,超限误报率小于1%;具有良好的稳定性、监测的连续性;通过沉降监测可进一步预测沉降发展趋势。该装置适合关键基础结构地段的长期监测,满足运营中连续监测的需求,并为基础结构维护提供参考依据。     

地基InSAR技术在昌吉赣高速铁路路基边坡监测中的应用研究

针对昌吉赣高速铁路某边坡在抗滑桩治理后仍存在变形问题,本文采用地基InSAR技术对其进行高精度监测试验。结果表明:(1)在参数合理设置情况下,地基InSAR雷达回波信号较强,能够获取该边坡毫米级微小形变场;(2)该抗滑桩加固边坡在监测期间变形趋势较为平缓,大部分形变累积量在3 mm以内,部分区域形变累积量达到5～6 mm,说明该边坡整体相对稳定;(3)地基InSAR与全站仪监测结果较为吻合,但相比全站仪单点位移观测相比,地基InSAR技术具有监测范围大、时间和空间分辨率高等优势,可有效监测分析边坡形变空间特征及变化趋势。本文监测结果为该边坡稳定性评价提供了重要基础资料,初步验证了地基InSAR在高铁边坡稳定性监测中的可行性及其应用潜力。     

运营高铁软基沉降加固及质量检测技术

研究目的:近年来,我国高速铁路建设发展迅猛,高速铁路路基工后沉降控制标准非常苛刻。而高速铁路路基对沉降非常敏感,受抽取地下水、弃方堆填、深基坑开挖、周边环境变化等因素的影响,极易发生沉降病害。鉴于我国高铁发展历史较短,高速铁路路基沉降病害治理的经验非常匮乏,十分有必要开展运营高铁路基沉降病害加固处理和质量检测的技术研究工作,为同类型病害治理工作提供经验和技术支持。研究结论:本文通过对东部某运营高铁病害路基工点加固技术的研究,得出:(1)旋喷桩联合袖阀管注浆加固技术可应用于高速铁路路基沉降病害整治,加固效果显著,同时适用于运营高铁软基沉降的加固;(2)钻孔取芯、面波检测、沉降监测等手段可有效检验高铁软基沉降加固效果;(3)该研究成果可为今后高速铁路沉降病害路基的整治设计、施工提供借鉴。     

激光位移传感器在轨道交通桥梁监测中的应用

位移监测是轨道交通桥梁监测的重要内容之一。为避免接触式位移传感器存在的精度低、易磨损、长期稳定性差等缺点,选用激光位移传感器用于桥梁梁体、支座位移和结构微裂缝的测量,并简要介绍激光位移传感器的工作原理、选型设计、现场安装方法、应用实例和运行维护经验。     

郑西客运专线路基工后沉降监测方案的探讨

研究目的:针对郑西客运专线湿陷性黄土区路基工后沉降控制的特殊要求,分析采用既有2种路基工后沉降监测方案存在的不足。根据光纤光栅传感技术的发展和在土木工程监测中的研究与应用,探讨光纤光栅传感器沉降监测系统在客运专线湿陷性黄土区路基工后沉降监测中应用的可行性。研究结论:通过分析与探讨,采用光纤光栅传感器沉降监测系统,可实现长距离(50 km)准分布、多测点、多参量的测量,测量精度高,可精确测出小于0.1 mm(相对基准点)的垂直位移的变化,适于长期实时监测,且不受电磁干扰。能满足郑西客运专线湿陷性黄土区路基进行长期工后沉降监测的要求。     

运营高速铁路路基信息化注浆加固控制技术

高速铁路运营过程中路基沉降时有发生,注浆加固技术已被证明是处理路基沉降问题的有效手段。路基注浆施工对线路的平顺性有不可忽视的影响,线路变形应控制在容许的范围之内,提高注浆施工过程信息化控制程度十分必要。以京沈高速铁路综合试验为依托,开发了全覆盖、高精度、多手段的高速铁路注浆过程路基结构姿态实时监测信息系统,研发了运营条件下高速铁路路基信息化注浆加固技术。经实践证明该技术满足高速铁路路基注浆加固过程中线路平顺性与注浆质量要求,效果显著。