高速鐵路大跨度橋梁運營監測技術
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【摘要】近幾年，我國高速鐵路建設在發展中取得了較大的進步，在建設過程中由于受環境條件、材質以及車載量等因素的影響，在高速鐵路大跨度梁的運營監測中必須應用較高的監測技術。論文主要分析運營監測技術在高速鐵路大跨度梁中的應用。
1引言
目前，高速鐵路橋梁運行安全問題已成為我國鐵路部門一個重要的問題，在實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行，特別是對高速鐵路大跨度梁的安全監測必須要做好，因為大跨度橋梁規模較大，結構形式復雜，所以在設計和運營階段很難掌握其力學性能。應定期實施橋梁結構穩定性監測，以便更好地保證其安全運行的重要條件。
2京滬高速鐵路大跨度橋梁監測中存在的問題
2.1沉降觀測法不夠科學、合理
我國很多大跨度橋梁運營監測一般采用普通三角高程測量、電子橋梁監測系統以及幾何水準等，但是在實際監測過程中由于受監測成本、現場地形等方面的限制，很難滿足運營監測需求，再加上大跨度橋梁建設地形比較特殊，使現有的運營監測方法很難實現目前鐵路橋梁的發展。
2.2橋梁監測系統不健全
在高速鐵路電子橋梁監測系統的應用中，一些大的系統都是建立在合成孔徑雷達監測等技術上，但是這些技術很難得到絕對沉降量，監測成果可以實際應用的成分并不多，且應用成本較高，沒有得到大面積的推廣，因此，所有橋梁運營監測仍以傳統測量方法為主，但是這種測量方法很難跟上時展的步伐，已不能滿足高技術含量的橋梁監測的需求[1]。
3高速鐵路大跨度梁運營監測技術
3.1觀測元器件的設置
對鐵路大跨度梁實施運營監測分析，橋梁岸上基準和三角座的測定是CRTSⅡ型板軌道基準網測釘結構進行測量。選用的材質為不銹鋼，規格為：1Cr18Ni9，具體結構形式如圖1所示。橋梁岸上基準點高程利用幾何水準測量，在測量過程中利用水準適配器保證測量精確度的提高；另外，測量過程中也要將橋梁的頂部圓錐精度控制在0.1mm以內，這樣能很好地保障水準適配器作用的發揮，提高觀測元器件的監測水平。
3.2科學設置基準點
運營期間，橋梁結構物的變形監測應充分利用精測網的平面控制點和水準基點作為水平和垂直位移監測的工作基點，根據橋梁跨度監測需要，還要在此基礎上建立監測期的基準點，并且在測定的過程中與精測網中線路控制點進行聯測。根據相關規范及運營經驗，制定相應的復測周期，基準點要求建立在沉降變形區以外便于長期保存的穩定地區，便于長期使用分析的需要，并且要進行相應的編號。監測技術必須符合《國家一、二等水準測量規范》（GB/T12897—2006）中的相關規定，只有這樣才能更好地提高基準點的監測成果。
3.3儀器設備要求
變形監測手段較多,傳統的幾何水準監測是當前鐵路運營監測的主要手段，廣泛應用于多條鐵路的運營監測，其測量精度高,但是易受環境的影響，且需要投入大量的人力和物力，且受列車運行影響，只能在夜間有限的時間段內進行，作業效率不高。自動化沉降變形監測技術近年來越來越普遍地得到應用，其特點是監測精度高，人工干預少，受監測條件影響小，例如在合武鐵路合肥段，采用ATR自動目標識別和照準功能的全站儀，儀器標稱精度不低于規定范圍的精度值，在2臺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，實現了自動化監測，京滬高鐵部分地段使用自動化靜力水準儀器，數據遠程適時傳輸。但自動化設備一次性投入成本相對較高。綜合考慮各方面條件，運營監測應仍以傳統二等水準監測為主，自動化監測為輔；重點難點工程以自動化監測為主，二等水準監測方法為輔。常規二等水準監測與自動化監測優勢互補、互為備份，亦可相互校核。
3.4大跨度梁運營監測系統的構建
3.4.1監測點的設置
考慮自動化監測的需要，監測點的設置一般通過有限的傳感器獲取整個系統的運行狀況信息，從而獲取更加準確的監測信息。目前，這種方式的應用一般是憑借經驗進行處理，由于受外界環境等多方面因素的影響，這種監測方式并不能完全確保傳感器精確地完成監測任務。當數據異常時，需要介入傳統的人工監測，檢核自動監測數據，所以監測點的布設還要考慮傳統監測的需要，以滿足人工監測要求；其次，要根據橋梁監測的具體內容測定各個部位的信息，同時確定最大應力分布和可能產生的應力集中位置；再次，在有限元分析過程中，要做好系統的優化分析，設計人員設計時必須將安全問題和質量問題放在首要位置，只有這樣才能更好地進行評估，依據監測內容和測點布置原則，對大跨度橋梁實施測點布置，要依據沉降變形發生的程度和動態監測資料適時動態地進行調整，后期在重點段落有可能需要增加監測點，既要考慮高監測效率與成本，還要滿足運營維護的需要。同時，橋墩監測標利用原各周期的沉降監測的既有點，普查后對丟失和破壞的點在原位進行補設。補設時要考慮大跨度梁的特征部位，將其納入運營監測系統中[2]。
3.4.2數據分析技術數據分析
技術的應用必須建立在數據分析處理系統下，并由布置在監控中心的服務器在相關技術的配合下完成整個系統的任務。在這個過程中，服務器可以自動檢測分系統的數據，并對數據實施全智能分析和處理。數據處理中的信號處理必須側重數據的提取，這樣能得到比較全面的數據信號，可以在此基礎上對原始數據信號進行處理，以便完成整個系統的科學監測。在數據分析過程中,對數據進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據工作狀態，并對異常數據實時處理，結合傳統監測數據，查找原因。各期監測數據均應與前期數據進行對比分析，結合長期數據，主要分析差異沉降的變化量和變形速率，提出后期的維護解決方案。同時還應綜合分析線上線下數據，及時、準確地分析判斷橋梁結構變形特征。
3.4.3支座位移監測數據分析
支座位移和系統的結構溫度有一定的關聯性，他們之間的關系如圖2所示。從圖2中可以看出結構溫度和支座位置之間有緊密的相關性，這種情況下比較容易出現問題和產生支座位移，從而從側面分析出整個系統的特性，還可以從數據分析結果看出：系統支座位置與結構溫度之間的斜率變化可以較準確地反映出整個系統的制作工作性能的好壞，在統計支座位移的過程中我們能比較科學地安排制作的維修和養護，從而提高橋梁支座的承載能力，延長支座的使用壽命。
3.4.4振動監測數據技術
在系統分析過程中，我們對振動監測數據的分析首先必須實施相應的濾波處理，而后在高科技技術的應用下對數據實時分解重構分析，同時要剔除振動數據中的趨勢項；最后，在數據分析的過程中利用傅里葉原理進行實時頻譜分析，依據分析結果得出監測數據的副頻特性，同時在分析的過程中必須剔除橋梁相應的階振動頻率，而此振動頻率的實施主要是評價整個橋梁的動力性特點，為整個系統的穩定性監測提供科學的依據，具體的振動信號副頻特性如圖3所示
3.4.5數據管理技術分析
這里我們說的數據管理技術主要是指數據管理分析的技術形式，在橋梁信息數據分析的技術上，利用這種技術形式能使橋梁管理工作更加科學、全面，并實現數據管理的信息化、科學化，促進橋梁管理的水平。并為用戶提出橋梁養護和維護建議。大橋檢測體系中各種類型的數據量比較大，而且類型復雜，管理過程中必須構建完整的數據庫系統，這種技術必須包含存儲技術、查詢技術和調用技術。在數據分析的情況下，快速完成整個橋梁狀態信息的提取和分析，使得到的數據信息更加圖文并茂，直觀、全面地展現在用戶眼前。數據庫管理的主要技術形式包含數據查詢、結構狀態、狀態監控、系統維護以及系統管理等方面的技術形式，這些技術共同作用于橋梁運行監測系統中，能在很大程度上提高橋梁運營監測工作質量和效率。
4結語
隨著現代橋梁建設的不斷加劇，在進行運營設備的安全管理中，為保證橋梁結構的安全穩定，需要從多個角度，進一步確保列車行車的安全指數。而在這個過程中，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，為滿足對跨度中點上的安全防護，可針對安全管理的科學管理依據，進行檢測數據分析處理。而對于結構的溫度影響變化的控制管理，也可以結合相應的應力結構變化進行結構強度上的合理監管。
【參考文獻】
【1】藺愛軍.高速鐵路大跨度橋梁水中墩變形監測技術研究[J].鐵道標準設計,2012(11):48-52.
【2】余志祥.高速鐵路大型客站建筑風荷載及流固耦合作用研究[D].成都:西南交通大學,2011.
作者:劉天亮 單位:中鐵第六勘察設計院集團有限公司
