基于无人机摄影测量的铁路地质灾害监测与评估研究

随着我国铁路建设规模不断扩大,铁路沿线地质灾害监测需求也在逐渐增加。针对铁路地质灾害的特点,提出基于无人机摄影测量的铁路地质灾害监测方法。详细阐述了无人机数据采集流程与数据处理技术,对某段运营期铁路现场踏勘并生成数字地形成果,并对存在地质灾害风险的区域进行数字地形成果综合解译。结果表明,无人机摄影测量技术可对铁路沿线地质灾害进行有效监测,为铁路运行安全提供科学可靠的数据支撑。     

既有成渝铁路线地质灾害特性及防治对策分析

研究目的:既有成渝铁路线为新中国成立后修建的西南地区第一条铁路线,至今通车运营已60多年,鉴于当时国家的经济和技术力量不强等影响,铁路修建技术标准较低,且工程支防护措施极弱。受地层岩性、地质构造、强降水及人类活动等因素影响,沿线重力不良地质、水毁及隧道病害等地质灾害发育,影响行车安全及营运。本文在现场调绘的基础上,分析既有成渝铁路线沿线地质灾害特性及其成因机制,并探讨其防治对策,以期为工程服务。研究结论:(1)铁路沿线主要地质灾害有风化剥落、溜坍(滑坡)、危岩落石(崩落)及滚石等重力不良地质,基底软化、翻浆冒泥、排水沟及涵洞堵塞等水毁,以及渗水、拱顶及边坡剥落、开裂等隧道病害;(2)灾害产生和发展的成因机制可归纳为低建设技术标准、软弱的地层岩性、复杂的地质构造、丰沛的降水、活跃的地下水活动及人类活动等多因素的相互作用;(3)既有铁路地质灾害的整治应考虑对行车及安全的影响,工程防护措施应力求高效、简单实用;(4)本研究结论对既有成渝铁路线地质灾害的整治具有指导意义。     

川藏铁路旺北村特大型滑坡特征及对铁路危害分析

川藏铁路沿线因独特的地形地貌、活跃的构造运动、复杂的地层岩性等环境条件,滑坡灾害极其发育,其中规模为大型和特大型滑坡灾害也分布多,其相比中型(小型)滑坡对铁路的危害更大。为了保证川藏铁路顺利建设和长期安全运营,选择旺北村滑坡这一典型特大型滑坡灾害点作为研究对象,根据多次的实地考察,运用工程测量、无人机航拍、遥感影像等手段,查明旺北村滑坡的平面形态、地形地貌等,分析阐述滑坡成灾过程、形成原因及对铁路可能产生的危害方式,并提出相应的防治建议,以期为川藏铁路的建设提供科学依据以及为该区域滑坡灾害研究提供参考。     

基于FPSS技术的被动网落石报警系统研究

研究目的:铁路沿线发生崩塌落石灾害的事故大量存在,不胜枚举,如何保证其运营安全,已变得越来越重要。鉴于此情况,迫切需要研制一套能够满足各种条件下的高危路段沿线无人值守、自动发现障碍物,并能够为列车提供预警的自动监测系统。本文通过应用FPSS(分布式光纤周界告警系统)技术实现了铁路沿线被动网落石的振动分析报警功能。研究结论:(1)利用FPSS光纤传感技术进行系统开发,可应用于铁路沿线被动网落石振动分析报警,可实时、无人值守、全天候监测铁路沿线被动网落石情况,保障铁路运营安全;(2)本系统的成功设计可实现铁路被动网落石的振动信号获取、信号干涉解调、信号采集、信号分析处理全流程;(3)工程实际应用表明,其能满足铁路边坡落石病害监控的要求;(4)该研究成果可应用于铁路、公路落石报警领域。     

多源遥感技术在艰险山区铁路地质勘察中应用

研究目的:随着我国铁路建设重心向中西部转移,艰险山区铁路明显增多。针对某山区铁路工程地质勘察需求,研究采用多光谱遥感、热红外遥感、雷达遥感、高分辨率遥感和三维遥感相结合的综合判释方法,开展沿线断层、高地温、滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡、岩屑坡、冰川融蚀等地质问题的解译工作。研究结论:(1)利用多光谱遥感、雷达遥感相结合的方法,解译沿线断层500余条,基本查明了构造分布特征;利用高分三维遥感技术,解译各类不良地质150余处,为重要工点方案比选提供了参考;(2)分析了该线断层、崩塌、滑坡、泥石流等不良地质,以及冰川融蚀、岩屑坡等冰缘地貌的遥感解译标志特征,并提出了需要进一步开展的遥感工作内容;(3)本研究成果可应用于艰险山区铁路工程地质勘察及设计选线。     

综合遥感技术在山区铁路泥石流勘察中的应用

为了解决传统泥石流勘察中存在效率低、盲区多、风险大等问题,采用小基线集雷达干涉测量(SBAS-InSAR)和无人机低空遥感两种技术手段(前者通过密集像获取植被覆盖区域高可靠性的形变信息;后者通过区域网平差等处理获取高分辨率实景三维模型),综合形变与影像纹理,对某山区铁路沿线泥石流沟谷开展勘察分析,获取流域内地质灾害隐患的时空分布情况。结果表明,通过SBAS-InSAR技术,发现该泥石流沟谷存在多处随季节变化的活动隐患体,最大形变量为28.5 mm/a;依据无人机实景三维模型,完成形变隐患体的空间形态、方量、产状及发育情况的详查,其中最大规模的滑坡体方量为(16.5～18)万m³。现场调查显示,综合遥感技术可有效克服山区地形复杂,人不易至的难题,为灾害筛查提供多维度视角,具有人员投入少、监测面积广、灾害定位快以及筛查精度高等优势。     

基于可靠度方法的既有铁路边坡稳定性分析

研究目的:在山区既有铁路沿线进行工程项目建设时,常常会影响原有边坡的稳定性,甚至形成工程滑坡,因此合理评价边坡稳定性是保证既有铁路安全运营的重要前提。本文建立了结合有限元强度折减法和点估计法的边坡可靠度分析方法,并以修建厂房开挖坡脚引起的既有线隧道口边坡失稳为例进行系统分析。研究结论:(1)基于可靠度理论的边坡稳定性评价方法,能较全面地反映岩土参数的空间离散性、时间变异性等不确定性因素的影响,分析结果更为符合工程实际;(2)将有限元强度折减法与点估计法相结合,用于既有铁路边坡稳定性的可靠度分析,克服了传统的安全系数法的缺点,可较为全面地反映岩土体参数变异性对边坡稳定性的影响;(3)计算结果与Monte-Carlo法计算结果基本一致,但计算过程较为简单,因此工程实用性较好,可为类似工程提供借鉴。     

阳安铁路地质灾害类型及其影响因素分析

阳(平关)安(康)铁路位于陕西省南部,沿线地质条件复杂,灾害种类多且规模大,对行车安全的威胁与日俱增。为了解地质灾害对铁路运营安全的影响,同时也为后续的安全风险评价以及整治防范提供现场资料,在大量野外实地调查与资料整理的基础上,详细介绍和分析阳安铁路地质灾害的类型、分布以及成因,并借鉴既有线路灾害的整治经验,提出相应的防治措施。结果表明:崩塌、溜坍是阳安线主要的地质灾害类型,同时滑坡与泥石流也是不可忽视的地质灾害;由于铁路沿线多位于山区,复杂地质条件以及大气降水是诱发地质灾害的主要因素。     

崩塌滑坡灾害对川藏铁路康定—昌都段选线的影响

线路选线是铁路工程设计与建设中一项关系到全局的总体性工作,线路走向是否合理,直接关系到铁路本身的工程投资和运营效果。地质灾害是影响铁路选线最重要的因素。通过滑坡崩塌灾害对线路的影响分析,可最大限度避免线路经过严重地质灾害地段,规避重大工程风险。通过对川藏铁路康定—昌都段沿线崩塌滑坡灾害调查和量测,结合遥感解译成果,主要考虑沿线崩塌、滑坡灾害的影响,给出关键区段、节点的铁路地质选线策略,对比规划线路,提出基于崩塌滑坡灾害影响的建议线路。     

滇藏铁路三江并流区工程地质减灾选线研究

研究目的:滇藏铁路三江并流区以高海拔大高差的地貌特征、软弱破碎的地层岩性、活跃的地质构造运动、高水平构造应力场等复杂的地质条件为地质背景,具有三江活跃构造集束区区域稳定性、强烈浅表生改造的斜坡稳定性、内动力地质作用围岩稳定性及热液地质作用等重大工程地质问题。在拟建滇藏铁路三江段,本文在对其工程地质环境特征和地质灾害分布发育特性等分析的基础上,从地质防灾减灾的角度,研究区段地质选线原则。研究结论:(1)滇藏铁路三江并流区因其高海拔大高差的地貌、活跃的地质构造、软弱破碎的地层岩性及复杂的水文地质等地质因素,为区段山地灾害的分布发育提供了强有力的内外动力地质作用;(2)针对三江段区域稳定性问题,铁路选线应遵循断裂带下盘展线、简易修复工程过活动构造、绕避对地震波具放大效应部位的防灾减灾原则;(3)针对内外动力地质作用下的山地灾害,铁路选线应遵循绕避为先、内移设隧、早进晚出等防灾减灾原则;(4)针对内动力地质作用围岩稳定性问题及热液地质作用问题,铁路选线应遵循或绕避或短距离快速穿越的防治减灾原则;(5)本研究结论对类似工程地质条件下的川藏、川青、滇藏等铁路和公路等线状工程地质减灾选线具有借鉴意义。     

蒙华铁路黄土滑坡风险评价研究

为了降低滑坡等不良地质在铁路建设和安全运营过程中产生的危害,在选线过程中需对区域内不良地质发生的风险进行评估。以蒙西至华中煤运通道工程黄土高原区为研究对象,基于遥感与GIS技术开展区内黄土滑坡风险评价研究,通过GIS技术分析滑坡与环境要素的内在联系,确定18个滑坡影响因子并进行定量研究;根据区内滑坡遥感解译成果和影响因子数据建立加权叠加模型,实现滑坡风险等级区域划分,并提出一种新的因子权重计算方法:通过建立滑坡因子变异系数在滑坡处与研究区的数学关系确定因子权重,具有客观可靠性;基于黄土滑坡风险评价结果,对拟选线位进行方案比选,提出最优线位通过方案。研究成果可应用于铁路工程选线设计和防灾减灾等工作。     

高速列车司机超视距监控预警系统应用研究

当铁路沿线突发自然灾害时，若高速列车临近灾害发生点，司机不能及时获知前方危情信息，无法及时采取应急措施，可能造成重大安全事故。研究提出高速列车司机超视距监控预警新型方法，设计由铁路灾害监测无线高速共享专网子系统、铁路防洪视频监控子系统、车载灾害视频监控子系统、铁路灾害危情智能识别子系统组成的高速列车司机超视距监控预警系统。对高速列车在隧道等复杂环境下车地高速数据传输、铁路灾害车地协同监控预警、铁路灾害危情自动识别预警等关键技术进行阐述，并完成车地协同监控灾害技术验证。结果表明，该系统可提升高速列车司机面对突发灾害的应急处置技术水平，增强铁路突发灾害的应对和防灾减灾能力，有效避免司乘人员伤亡，有助于推进铁路防洪点无人化值守进程。总结该系统的应用与验证情况，可为我国铁路防洪防灾工作提供参考。     

中铁西北科学研究院铁路工程地质世纪成就回顾

本文扼要回顾作为铁道部特殊地质路基与地质灾害防治技术专业研究单位,历经40多年的创业、发展,在滑坡防治、冻土、盐湖、黄土路基与地基、裂土(膨胀土)及防沙治沙等特殊地质领域以及文物保护、环保方面所取得的成就,为铁路运营安全和新线建设、国家防灾减灾作出的贡献.     

既有铁路地质灾害信息系统研究

滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害是影响山区铁路正常运营最常见的自然灾害,本文论述了利用航空遥感、地质信息系统进行铁路地质灾害调查和建立灾害信息系统的技术路线与方法,并以宝鸡-天水铁路为研究区,讨论了灾害数据库的建库流程、灾害查询、灾害分析模型以及灾害制图等问题.     

运营铁路隧道防灾救援监控与报警一体化技术研究

为提高铁路隧道防灾救援效率,完善铁路隧道运营安全体系,探索运营铁路隧道灾害监测报警及救援疏散的一体化解决方案,通过对运营铁路隧道灾害危险源研究及灾害风险分析,针对火灾、水灾、有害气体等主要灾害,结合运营铁路隧道防灾救援存在问题和运营维护需求,提出铁路隧道防灾救援监控与报警一体化系统总体架构、分级分层设备配置、报警及联动控制救援功能,提升铁路隧道防灾救援系统性能,并对一体化技术发展做出展望。     

铁路遥感地质勘察技术体系研究

研究目的:铁路工程地质勘察过程中存在人工调查范围窄、外业劳动强度大、工作进度缓慢、质量难以保证的问题,遥感技术可以弥补地面调查的不足,辅助地质调绘和勘探布置,作用显著。但实际应用中由于遥感手段单一、目视解译精度有限而造成后期勘察阶段应用不深的现状,需要建立遥感勘察技术体系,达到精细指导地质测绘,提高铁路选线质量,减少外业工作量的目的。研究结论:(1)铁路遥感地质勘察技术体系由遥感图像选取、多源资料管理、图像解译、遥感评价和综合勘察等九大模块组成,形成了以遥感调查为主的新型工程地质勘察模式;(2)借助现代遥感多尺度对地观测技术和大比例尺解译技术,能够准确获取具有现势性的地质灾害、地表变化、人工活动等有效信息,补充了区域地质资料的不足;(3)铁路遥感地质勘察技术体系具有信息化、标准化和系统化的特点,可形成行业技术标准和作业程序;(4)本文的研究成果可适用于铁路选线、工程地质调查和勘探布置工作。     

“普查分级+重点监测”的滑坡监测方案研究

为解决滑坡地质灾害监测区域范围过大、隐患点普查难度和成本高、预警分析准确率低等难题,提出“普查分级+重点监测”的滑坡监测方案。首先,采用“InSAR+无人机”遥感技术对大范围滑坡隐患区域进行普查,通过分析InSAR和无人机遥感影像数据,确定滑坡体方位并计算其坡度、高差和长宽比等结构特征参数,进而确定其灾害发生概率和危险性,并据此对监测区域进行分级,以划定重点监测区。然后基于北斗/GNSS观测站、钻孔测斜仪、雨量计等多种设备自动化获取重点监测区滑坡体全方位、立体化的形变数据,综合分析判定滑坡体警戒状态。研究表明,通过多种测绘技术的综合设计与利用,实现了滑坡地质灾害“不重不漏、重点监测”的监测目标。     

基于复杂网络的艰险山区铁路崩滑流灾害链全过程风险评估

艰险山区铁路沿线崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害频发,为保障山区铁路安全建设和安全运营,对山区铁路典型灾害链进行全过程风险评估意义重大。基于复杂网络理论,对山区铁路灾害事件的孕灾环境、致灾因子、承灾体特征及链式演化规律展开研究,分析山区铁路典型崩塌滑坡泥石流灾害链成灾机理,构建山区铁路崩滑流灾害链网络模型,利用网络节点出入度、子网数、支链数、介数中心度、边介数、连通度和平均路径长度7个评价指标,综合评估灾害网络节点的重要度和边的脆弱性。结果表明:在山区铁路崩滑流灾害演化网络中,淤埋线路、车站、桥涵和隧道,行车中断或瘫痪是风险控制的关键点。研究成果为艰险山区铁路崩滑流灾害链预防、断链减灾工作做出决策支持。     

宜万铁路边坡危岩落石监测光纤光栅传感技术研究与应用

以宜万铁路五爪观隧道口边坡危岩落石监测项目的实施为背景,利用光纤光栅传感特有的技术优点,研发了一种边坡危岩落石实时监测报警系统,该系统可有效提高铁路边坡防护工程的减灾防灾效果。     

川藏铁路(康定至林芝段)沿线滑坡风险分析

根据川藏铁路康定至林芝段穿越区域滑坡灾害的孕灾环境、诱发条件耦合铁路线路承灾体的暴露性、属性特征和成灾恢复力等5个方面选取地层岩性、铁道类型等14个风险评价指标,构建基于贡献率法的的风险评价模型,并开展川藏铁路沿线滑坡风险定量分析评价及制图,在此基础上对拟建铁路沿线的滑坡灾害可接受风险水平开展定量分析。结果表明:处于高和较高风险度区的铁路线路为131.13km(10.7%),处于可容忍风险水平线上的线路长度为85.14km(8.47%),因此规划线路总体上较好地规避了滑坡灾害风险,但线路局部高风险线路的选线尚有调整空间,在工程建设和运营维护时应采取相应的滑坡灾害防控措施以规避、转移和降低风险,提升其抗灾性能。本方法可为川藏铁路及类似拟建重大线性工程的选线设计和沿线滑坡灾害的风险控制提供参考依据。