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【摘要】近幾年，我國(guó)高速鐵路建設(shè)在發(fā)展中取得了較大的進(jìn)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(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)中必須應(yīng)用較高的監(jiān)測(cè)技術(shù)。論文主要分析運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)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(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)

1引言

目前，高速鐵路橋梁運(yùn)行安全問題已成為我國(guó)鐵路部門一個(gè)重要的問題，在實(shí)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(yùn)行，特別是對(duì)高速鐵路大跨度梁的安全監(jiān)測(cè)必須要做好，因?yàn)榇罂缍葮蛄阂?guī)模較大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，所以在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)階段很難掌握其力學(xué)性能。應(yīng)定期實(shí)施橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，以便更好地保證其安全運(yùn)行的重要條件。

2京滬高速鐵路大跨度橋梁監(jiān)測(cè)中存在的問題

2.1沉降觀測(cè)法不夠科學(xué)、合理

我國(guó)很多大跨度橋梁運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)一般采用普通三角高程測(cè)量、電子橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及幾何水準(zhǔn)等，但是在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中由于受監(jiān)測(cè)成本、現(xiàn)場(chǎng)地形等方面的限制，很難滿足運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)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(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)方法很難實(shí)現(xiàn)目前鐵路橋梁的發(fā)展。

2.2橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不健全

在高速鐵路電子橋梁監(jiān)測(cè)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(dá)監(jiān)測(cè)等技術(shù)上，但是這些技術(shù)很難得到絕對(duì)沉降量，監(jiān)測(cè)成果可以實(shí)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(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)仍以傳統(tǒng)測(cè)量方法為主，但是這種測(cè)量方法很難跟上時(shí)展的步伐，已不能滿足高技術(shù)含量的橋梁監(jiān)測(cè)的需求[1]。

3高速鐵路大跨度梁運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1觀測(cè)元器件的設(shè)置

對(duì)鐵路大跨度梁實(shí)施運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)分析，橋梁岸上基準(zhǔn)和三角座的測(cè)定是CRTSⅡ型板軌道基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)釘結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)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(zhǔn)點(diǎn)高程利用幾何水準(zhǔn)測(cè)量，在測(cè)量過程中利用水準(zhǔn)適配器保證測(cè)量精確度的提高；另外，測(cè)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(zhǔn)適配器作用的發(fā)揮，提高觀測(cè)元器件的監(jiān)測(cè)水平。

3.2科學(xué)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)

運(yùn)營(yíng)期間，橋梁結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)充分利用精測(cè)網(wǎng)的平面控制點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)作為水平和垂直位移監(jiān)測(cè)的工作基點(diǎn)，根據(jù)橋梁跨度監(jiān)測(cè)需要，還要在此基礎(chǔ)上建立監(jiān)測(cè)期的基準(zhǔn)點(diǎn)，并且在測(cè)定的過程中與精測(cè)網(wǎng)中線路控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，制定相應(yīng)的復(fù)測(cè)周期，基準(zhǔn)點(diǎn)要求建立在沉降變形區(qū)以外便于長(zhǎng)期保存的穩(wěn)定地區(qū)，便于長(zhǎng)期使用分析的需要，并且要進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)。監(jiān)測(cè)技術(shù)必須符合《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)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(zhǔn)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)成果。

3.3儀器設(shè)備要求

變形監(jiān)測(cè)手段較多,傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前鐵路運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的主要手段，廣泛應(yīng)用于多條鐵路的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)，其測(cè)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(yùn)行影響，只能在夜間有限的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，作業(yè)效率不高。自動(dòng)化沉降變形監(jiān)測(cè)技術(shù)近年來越來越普遍地得到應(yīng)用，其特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)精度高，人工干預(yù)少，受監(jiān)測(cè)條件影響小，例如在合武鐵路合肥段，采用ATR自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和照準(zhǔn)功能的全站儀，儀器標(biāo)稱精度不低于規(guī)定范圍的精度值，在2臺(tái)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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，京滬高鐵部分地段使用自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)儀器，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程適時(shí)傳輸。但自動(dòng)化設(shè)備一次性投入成本相對(duì)較高。綜合考慮各方面條件，運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)應(yīng)仍以傳統(tǒng)二等水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)為主，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為輔；重點(diǎn)難點(diǎn)工程以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，二等水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)方法為輔。常規(guī)二等水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互為備份，亦可相互校核。

3.4大跨度梁運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建

3.4.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

考慮自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的需要，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置一般通過有限的傳感器獲取整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況信息，從而獲取更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)信息。目前，這種方式的應(yīng)用一般是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(cè)方式并不能完全確保傳感器精確地完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)，需要介入傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)，檢核自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所以監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)還要考慮傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)的需要，以滿足人工監(jiān)測(cè)要求；其次，要根據(jù)橋梁監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容測(cè)定各個(gè)部位的信息，同時(shí)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(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行評(píng)估，依據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置原則，對(duì)大跨度橋梁實(shí)施測(cè)點(diǎn)布置，要依據(jù)沉降變形發(fā)生的程度和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料適時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，后期在重點(diǎn)段落有可能需要增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)，既要考慮高監(jiān)測(cè)效率與成本，還要滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需要。同時(shí)，橋墩監(jiān)測(cè)標(biāo)利用原各周期的沉降監(jiān)測(cè)的既有點(diǎn)，普查后對(duì)丟失和破壞的點(diǎn)在原位進(jìn)行補(bǔ)設(shè)。補(bǔ)設(shè)時(shí)要考慮大跨度梁的特征部位，將其納入運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)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(gè)系統(tǒng)的任務(wù)。在這個(gè)過程中，服務(wù)器可以自動(dòng)檢測(cè)分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施全智能分析和處理。數(shù)據(jù)處理中的信號(hào)處理必須側(cè)重?cái)?shù)據(jù)的提取，這樣能得到比較全面的數(shù)據(jù)信號(hào)，可以在此基礎(chǔ)上對(duì)原始數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，以便完成整個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)監(jiān)測(cè)。在數(shù)據(jù)分析過程中,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)異常數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，結(jié)合傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，查找原因。各期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均應(yīng)與前期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合長(zhǎng)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(hù)解決方案。同時(shí)還應(yīng)綜合分析線上線下數(shù)據(jù)，及時(shí)、準(zhǔn)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(cè)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(gè)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(zhǔn)確地反映出整個(gè)系統(tǒng)的制作工作性能的好壞，在統(tǒng)計(jì)支座位移的過程中我們能比較科學(xué)地安排制作的維修和養(yǎng)護(hù)，從而提高橋梁支座的承載能力，延長(zhǎng)支座的使用壽命。

3.4.4振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)技術(shù)

在系統(tǒng)分析過程中，我們對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析首先必須實(shí)施相應(yīng)的濾波處理，而后在高科技技術(shù)的應(yīng)用下對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分解重構(gòu)分析，同時(shí)要剔除振動(dòng)數(shù)據(jù)中的趨勢(shì)項(xiàng)；最后，在數(shù)據(jù)分析的過程中利用傅里葉原理進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析，依據(jù)分析結(jié)果得出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的副頻特性，同時(shí)在分析的過程中必須剔除橋梁相應(yīng)的階振動(dòng)頻率，而此振動(dòng)頻率的實(shí)施主要是評(píng)價(jià)整個(gè)橋梁的動(dòng)力性特點(diǎn)，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)提供科學(xué)的依據(jù)，具體的振動(dòng)信號(hào)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(xué)、全面，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的信息化、科學(xué)化，促進(jìn)橋梁管理的水平。并為用戶提出橋梁養(yǎng)護(hù)和維護(hù)建議。大橋檢測(cè)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(kù)系統(tǒng)，這種技術(shù)必須包含存儲(chǔ)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(gè)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(kù)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(hù)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(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，能在很大程度上提高橋梁運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量和效率。

4結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代橋梁建設(shè)的不斷加劇，在進(jìn)行運(yùn)營(yíng)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(gè)角度，進(jìn)一步確保列車行車的安全指數(shù)。而在這個(gè)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(duì)跨度中點(diǎn)上的安全防護(hù)，可針對(duì)安全管理的科學(xué)管理依據(jù)，進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理。而對(duì)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(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上的合理監(jiān)管。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

作者:劉天亮 單位:中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司