鐵路路基監(jiān)測方案

1、溫州某鐵路路基監(jiān)測方案投標單位：上海華測導(dǎo)航技術(shù)有限公司目錄第一章監(jiān)測設(shè)計的原則、依據(jù)和技術(shù)指標21.1概況和監(jiān)測目的21.2監(jiān)測依據(jù)21.3系統(tǒng)技術(shù)指標2第二章立體監(jiān)測設(shè)計42.1監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容4第三章現(xiàn)場子系統(tǒng)63.1 現(xiàn)場監(jiān)測各子系統(tǒng)63.1.1 GPS自動化監(jiān)測6固定測斜深部位移監(jiān)測10靜力水準沉降監(jiān)測13梁式測斜儀沉降監(jiān)測17第四章現(xiàn)場施工19第一章 監(jiān)測設(shè)計的原則、依據(jù)和技術(shù)指標1.1概況和監(jiān)測目的本監(jiān)測系統(tǒng)是一個集結(jié)構(gòu)分析計算、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程，監(jiān)測范圍主要是溫州南站部分線路，長約1.5KM，該區(qū)域兩側(cè)需要修建新的鐵路軌道線路

2、。本監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測目標則是在新鐵路路基的施工過程中，對原鐵路鐵軌和周邊區(qū)域進行沉降位移觀測，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程主要是打樁對原鐵路路基產(chǎn)生的影響。一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)值達到或者超過預(yù)警值，采取相應(yīng)的措施進行處理，停止施工或者采取加固措施，保障溫州南站這部分鐵路路段的正常營運，維護國家和人民的生命財產(chǎn)安全。1.2監(jiān)測依據(jù)1.客運專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)2006158號）；2.高速鐵路工程測量規(guī)范（TB10601-2009）；3國家一、二等水準測量規(guī)范（GB128972006）；4建筑沉降變形測量規(guī)程（JGJ/T8-2007）；5鐵路客運專線竣工驗收暫行辦法（鐵建設(shè)2007183號）

3、；6客運專線無砟軌道鐵路施工技術(shù)指南（TZ216-2007）；7工程測量規(guī)范（GB002693）；8全球定位系統(tǒng)（GPS）鐵路測量規(guī)程（TB1005497）；9客運專線無砟軌道鐵路設(shè)計指南（鐵建設(shè)函2005754號）；11鐵道部有關(guān)規(guī)定。1.3系統(tǒng)技術(shù)指標1) 各監(jiān)測點的響應(yīng)時間最快可為幾分鐘一次，系統(tǒng)可根據(jù)需要進行設(shè)置；2) 各監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測精度達到國內(nèi)先進水平：表面位移監(jiān)測水平3-5mm，內(nèi)部位移監(jiān)測精度1.5（量程不同，精度不同）等。3) 系統(tǒng)完全是自動運行，系統(tǒng)管理員可對系統(tǒng)進行遠程控制、參數(shù)設(shè)置等操作；4) 用戶可根據(jù)各監(jiān)測點位置的地質(zhì)情況分別設(shè)置預(yù)警值，如果某監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果超過預(yù)

4、警值，系統(tǒng)則通過短消息、聲光或者E-mail的方式自動報警給相關(guān)人員；5) 數(shù)據(jù)分析軟件可自動分析各監(jiān)測點的實時與歷史變化情況，從而對鐵路及路基目前的情況進行評估，為現(xiàn)場施工人員提供比較準備的數(shù)據(jù)進行參考。第二章 立體監(jiān)測設(shè)計本次監(jiān)測鐵路線路長為1.5Km，主要監(jiān)測內(nèi)容為鐵路兩側(cè)的路肩的位移和沉降、鐵路周邊內(nèi)部位移和鐵路軌道的沉降。2.1監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容監(jiān)測系統(tǒng)主要由：野外傳感器采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)和監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)三大部分組成。根據(jù)現(xiàn)場情況，我們主要采用GPS、靜力水準、測斜儀和梁式測斜儀這四種設(shè)備對鐵路進行監(jiān)測，GPS部分可以根據(jù)情況由全站儀進行替換，布設(shè)的GPS點由砧板替代。具體布設(shè)圖如下：圖

5、2-1鐵路斷面監(jiān)測點布設(shè)圖1) 野外傳感器部分：（1） 鐵路路肩表面位移監(jiān)測（水平和沉降）a) 基于GPS實時高精度表面位移監(jiān)測，數(shù)量10個監(jiān)測點，其中兩側(cè)各放置5個GPS監(jiān)測點，選擇穩(wěn)定區(qū)域安裝1個基站；（2） 內(nèi)部監(jiān)測：a) 固定測斜監(jiān)測，數(shù)量12套，在監(jiān)測鐵路的兩側(cè)間隔約300米一個測斜孔，每個孔深約5米，放置3個測斜儀，按照0.5米，2米，5米的深度放置；（3） 鐵路軌道監(jiān)測：a) 靜力水準監(jiān)測，鐵路兩邊的路肩上的走線槽邊上布設(shè)監(jiān)測點，每隔約100米1個監(jiān)測點，鐵路每側(cè)都需要架設(shè)1個基準點，基準點的位置可以選在監(jiān)測區(qū)域的橋墩上，共計32個點。b) 水平梁式測斜儀，在鐵軌的枕木上安裝，每

6、隔50米一個，共計30個，可以測出鐵軌的沉降。2) 數(shù)據(jù)傳輸部分：考慮到通訊實時性和穩(wěn)定性，并結(jié)合現(xiàn)場情況，本次監(jiān)測項目采用GPRS或者光纖的通訊方式。具體采用何種方式可以現(xiàn)場確定，距離超過3KM以上可以采用GPRS通訊方式，距離在3KM以下可以考慮光纖。通過各種傳輸方式將傳感器數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心，進行統(tǒng)一解算和處理。3) 數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)：由布置在監(jiān)控中心的小型機系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成；4) 輔助支持系統(tǒng)：包括外場機柜、外場機箱、配電及UPS、防雷等子系統(tǒng)。第三章 現(xiàn)場子系統(tǒng)3.1 現(xiàn)場監(jiān)測各子系統(tǒng)3.1.1 GPS自動化監(jiān)測3.1.1.1工作原理全球定位系統(tǒng)(global po

7、sitioning system，縮寫為GPS)，是美國國防部于1973年11月授權(quán)開始研制的海陸空三軍共用的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機3部分組成。經(jīng)過20多年的研究和試驗，整個系統(tǒng)于1994年完全投入使用。在地球上任何位置、任何時刻GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)的三維位置、三維速度和時間信息，實現(xiàn)全球、全天候的連續(xù)實時導(dǎo)航、定位和授時。目前、GPS已在大地測量、精密工程測量、地殼形變監(jiān)測、石油勘探等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。具體定位原理如下圖：圖3-2 GPS差分示意圖我們采用的方案是：在監(jiān)測點上建立無人值守的GPS觀測站，同時將在穩(wěn)固區(qū)域建立基準站，同時將這兩

8、者觀測的衛(wèi)星信號傳輸?shù)浇馑阒行模ㄟ^軟件控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測解算和變形分析、預(yù)報。3.1.1.2 GPS監(jiān)測GPS監(jiān)測總體分為三大部分，即傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、輔助支持系統(tǒng)三大部分組成，下圖為現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的拓撲圖：圖3-3 GPS監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖圖3-4監(jiān)測區(qū)域GPS分布點圖A. GPS參考站GPS參考站的建設(shè)主要包括站址選擇、基建、儀器設(shè)備的選擇及設(shè)備安裝：1) 參考站位置的選擇本次參考站要求建立在地基穩(wěn)定的地點，同時遠離大功率的發(fā)射源（高壓塔等）?？梢钥紤]在鐵路沿線附近選擇地基穩(wěn)固的地方建立參考站。2) 參考站基建圖3-4參考站觀測墩示意圖B. 監(jiān)測點監(jiān)測點建設(shè)和基站差不多，需要在選擇

9、的位置建造永久性的觀測墩，同時安裝GPS設(shè)備。圖紙參考如下，觀測墩的高度可以根據(jù)現(xiàn)場確定，1-1.5米高。圖3-5 觀測墩設(shè)計圖圖3-6監(jiān)測站設(shè)備安裝示意圖3.2.1固定測斜深部位移監(jiān)測固定測斜的基準點有孔底和孔口兩種取法，孔底法是孔深打到穩(wěn)定的基巖上，此時基準為孔內(nèi)的最后一個傳感器；本次采用以孔口為基準的方法。在鐵路路肩內(nèi)布設(shè)固定測斜儀來實現(xiàn)連續(xù)自動觀測。以下為該子系統(tǒng)設(shè)計示意圖和拓撲圖：圖3-9 子系統(tǒng)設(shè)計拓撲圖圖3-10測斜孔分布和側(cè)面圖1) 固定傾斜儀的選擇和安裝本項目采用的固定式測斜儀是采用了世界上頂尖級伺服加速度計制造而成，具有測量范圍寬、高分辨率等優(yōu)異性能。有堅固的不銹鋼外殼，并

10、有良好的密封性能，適用于測斜管內(nèi)安裝，監(jiān)測各類建筑物結(jié)構(gòu)的傾斜角度和位移量。配套設(shè)備JTM-G7600B型高精度ABS測斜管。 固定式測斜儀外形 高精度ABS測斜管外形圖3-12 固定測斜和測斜管實物圖2) 固定式測斜儀主要技術(shù)參數(shù)：(1) 安裝圖3-13 固定測斜儀的安裝固定式測斜儀測斜管內(nèi)安裝方法如圖三所示，每只測斜傳感器與安裝附件連接好。傳感器的導(dǎo)向定位機構(gòu)嚴格處于同一平面內(nèi)。兩導(dǎo)輪之間的間距即為測斜儀的“標距”。多只傳感器串聯(lián)使用時，需按圖三所示將單只傳感器分別用同時連接配件連接固定可靠，順舉放入測斜管中。3.3.1靜力水準沉降監(jiān)測靜力水準系統(tǒng)是測量兩點間或多點間相對高程變化的精密儀器

11、。本次監(jiān)測的靜力水準監(jiān)測主要分布在鐵軌兩側(cè)的走線槽位置，每一側(cè)固定一臺基準點，作為標準點，可以選在鐵路沿線的一處橋墩處，比較穩(wěn)固且不受施工的影響。圖3-14安裝方式示意圖圖3-15靜力水準監(jiān)測點分布圖3.3.1.1工作原理靜力水準系統(tǒng)又稱連通管水準儀，系統(tǒng)至少由兩個觀測點組成，每個觀測點安裝一套靜力水準儀。靜力水準儀的貯液容器相互用通液管完全連通，貯液容器內(nèi)注入液體，當(dāng)液體液面完全靜止后系統(tǒng)中所有連通容器內(nèi)的液面應(yīng)同在一個大地水準面上O，此時每一容器的液位由傳感器測出，即初始液位值分別為：H10、H20、H30、H40、Hi0，如圖示。假設(shè)被測物體測點1作為基準點，測點2的地基下沉，測點3的地

12、基上升，測點4的地基不變等等，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)液面達到平衡靜止后形成新的水準面i0，則各測點連通容器內(nèi)的新液位值分別為：H1、H2、H3、H4Hi，如圖示。系統(tǒng)各測點的液位由靜力水準儀傳感器測得，各測點液位變化量分別計算為：h1=H1-H10、h2=H2-H20、h3=H3-H30、h4=H4-H40hi=Hi-Hi0。其中計算結(jié)果：hi為正值表示該測點貯液容器內(nèi)的液面升高，hi為負值表示該測點貯液容器內(nèi)的液面降低，如圖示。在此，選定測點1為基準點，則其它各測點相對基準點的垂直位移(沉降量)為：H2=h1-h2、H3=h1-h3、H4=h1-h4、Hi=h1-hi。其中計算結(jié)果：Hi為正值表示該測點地

13、基抬高，Hi為負值表示該測點地基沉降，如圖示。如果知道兩測點間的水平距離L，則兩測點間相對傾斜的變化也可算得，如圖示3。圖3-15原理圖圖3-16原理圖2JTM-U8000A 型磁致式靜力水準儀是應(yīng)用“磁致伸縮”技術(shù)研制而成。具有精度高、分辨率高、重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、非接觸式測量、壽命長、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強等特點。用于測量土石壩、廊道、梁柱等構(gòu)建物多測點之間不均勻微量沉降的可靠儀器。主要技術(shù)指標：測點數(shù)量：2 30 點（根據(jù)用戶需要） 測量范圍：100mm、200mm （根據(jù)用戶需要）分 辨 力：0.01 FS 不重復(fù)度：0.01 FS 非線性誤差：0.01 FS供電電壓：12VDC輸出形

14、式：5VDC、RS485工作環(huán)境溫度： 25 +703.4.1梁式測斜儀沉降監(jiān)測圖3-15梁式測斜儀分布圖梁式傾斜儀的最大特點是能在建筑物或面板壩原有固定角度的基礎(chǔ)上進行精密測量；換言之，就是把建筑物或面板壩原有固定角度調(diào)整為本梁式傾斜儀的零點后再進行傾斜的測量。本次監(jiān)測采用梁式測斜儀主要是固定在枕木的上面，能夠非常精確地測量鐵軌一端的沉降情況，同時也不影響鐵路的運行。根據(jù)鐵路的長度，設(shè)置50米一個，監(jiān)測密度足夠了。主要技術(shù)參數(shù)測量范圍X15（0.26g）X30（0.5g）X60（1.0g）X90（1.0g）分辨率0.0030.0060.0120.018精度0.010.020.030.04頻率

15、響應(yīng)（Hz）28282828抗沖擊20000（g）工作溫度-4085極限工作溫度-55125注：X為建筑物或面板壩原有固定角度，由用戶確定。此值為本儀器的零位。埋設(shè)與安裝梁式傾斜儀的使用場合很多，儀器的工作及施工條件不完全相同，所以埋設(shè)安裝的方法也不完全一樣，一般安裝示意圖如下。如安裝在枕木上，可以選擇用樹脂膠粘貼在枕木表面或者枕木邊上。第四章 現(xiàn)場施工因為監(jiān)測的鐵路路段還在運行階段，不能夠影響到鐵路的正常運營，所以施工時間只能夠選擇在夜間11點到凌晨3點之間。1、 GPS參考站可以在鐵路護欄外的合適區(qū)域建造，只要不超過5KM的范圍內(nèi)的堅固區(qū)域都可以進行選擇，白天即可施工，不影響鐵路運行；鐵路路肩上的GPS監(jiān)測點需要差不多兩百米的距離選擇一個點，白天可以在現(xiàn)場選點，晚上進行施工，具體方案還是建造永久性觀測墩，參考第