鐵路路基監(jiān)測方案

1、溫州某鐵路路基監(jiān)測方案投標(biāo)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(jì)的原則、依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)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(biāo)2第二章立體監(jiān)測設(shè)計(jì)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(dòng)化監(jiān)測6固定測斜深部位移監(jiān)測10靜力水準(zhǔn)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(jì)的原則、依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)1.1概況和監(jiān)測目的本監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)集結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)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(biāo)則是在新鐵路路基的施工過程中，對(duì)原鐵路鐵軌和周邊區(qū)域進(jìn)行沉降位移觀測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程主要是打樁對(duì)原鐵路路基產(chǎn)生的影響。一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)值達(dá)到或者超過預(yù)警值，采取相應(yīng)的措施進(jìn)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(yùn)，維護(hù)國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2監(jiān)測依據(jù)1.客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南（鐵建設(shè)2006158號(hào)）；2.高速鐵路工程測量規(guī)范（TB10601-2009）；3國家一、二等水準(zhǔn)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(yùn)專線竣工驗(yàn)收暫行辦法（鐵建設(shè)2007183號(hào)）

3、；6客運(yùn)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(yùn)專線無砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南（鐵建設(shè)函2005754號(hào)）；11鐵道部有關(guān)規(guī)定。1.3系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)1) 各監(jiān)測點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間最快可為幾分鐘一次，系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置；2) 各監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測精度達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)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(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)管理員可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置等操作；4) 用戶可根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)位置的地質(zhì)情況分別設(shè)置預(yù)警值，如果某監(jiān)測點(diǎn)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(dòng)報(bào)警給相關(guān)人員；5) 數(shù)據(jù)分析軟件可自動(dòng)分析各監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)與歷史變化情況，從而對(duì)鐵路及路基目前的情況進(jìn)行評(píng)估，為現(xiàn)場施工人員提供比較準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。第二章 立體監(jiān)測設(shè)計(jì)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(zhǔn)、測斜儀和梁式測斜儀這四種設(shè)備對(duì)鐵路進(jìn)行監(jiān)測，GPS部分可以根據(jù)情況由全站儀進(jìn)行替換，布設(shè)的GPS點(diǎn)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(diǎn)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(shí)時(shí)高精度表面位移監(jiān)測，數(shù)量10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中兩側(cè)各放置5個(gè)GPS監(jiān)測點(diǎn)，選擇穩(wěn)定區(qū)域安裝1個(gè)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(gè)測斜孔，每個(gè)孔深約5米，放置3個(gè)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(zhǔn)監(jiān)測，鐵路兩邊的路肩上的走線槽邊上布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，每隔約100米1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，鐵路每側(cè)都需要架設(shè)1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)的位置可以選在監(jiān)測區(qū)域的橋墩上，共計(jì)32個(gè)點(diǎn)。b) 水平梁式測斜儀，在鐵軌的枕木上安裝，每

6、隔50米一個(gè)，共計(jì)30個(gè)，可以測出鐵軌的沉降。2) 數(shù)據(jù)傳輸部分：考慮到通訊實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，并結(jié)合現(xiàn)場情況，本次監(jiān)測項(xiàng)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(jìn)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(jī)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(jī)柜、外場機(jī)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(dòng)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(jī)3部分組成。經(jīng)過20多年的研究和試驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)于1994年完全投入使用。在地球上任何位置、任何時(shí)刻GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動(dòng)態(tài)的三維位置、三維速度和時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)全球、全天候的連續(xù)實(shí)時(shí)導(dǎo)航、定位和授時(shí)。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(diǎn)上建立無人值守的GPS觀測站，同時(shí)將在穩(wěn)固區(qū)域建立基準(zhǔn)站，同時(shí)將這兩

8、者觀測的衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)浇馑阒行?，通過軟件控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測解算和變形分析、預(yù)報(bào)。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?fù)鋱D：圖3-3 GPS監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D圖3-4監(jiān)測區(qū)域GPS分布點(diǎn)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(diǎn)，同時(shí)遠(yuǎn)離大功率的發(fā)射源（高壓塔等）。可以考慮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(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)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(shí)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(jì)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(zhǔn)點(diǎn)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(shí)基準(zhǔn)為孔內(nèi)的最后一個(gè)傳感器；本次采用以孔口為基準(zhǔn)的方法。在鐵路路肩內(nèi)布設(shè)固定測斜儀來實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)觀測。以下為該子系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖和拓?fù)鋱D：圖3-9 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)拓?fù)鋱D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(xiàng)目采用的固定式測斜儀是采用了世界上頂尖級(jí)伺服加速度計(jì)制造而成，具有測量范圍寬、高分辨率等優(yōu)異性能。有堅(jiān)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(shí)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(jī)構(gòu)嚴(yán)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(biāo)距”。多只傳感器串聯(lián)使用時(shí)，需按圖三所示將單只傳感器分別用同時(shí)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(zhǔn)沉降監(jiān)測靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)是測量兩點(diǎn)間或多點(diǎn)間相對(duì)高程變化的精密儀器

11、。本次監(jiān)測的靜力水準(zhǔn)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(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)，作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，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(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)分布圖3.3.1.1工作原理靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)又稱連通管水準(zhǔn)儀，系統(tǒng)至少由兩個(gè)觀測點(diǎn)組成，每個(gè)觀測點(diǎn)安裝一套靜力水準(zhǔn)儀。靜力水準(zhǔn)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(gè)大地水準(zhǔn)面上O，此時(shí)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(diǎn)1作為基準(zhǔn)點(diǎn)，測點(diǎn)2的地基下沉，測點(diǎn)3的地

12、基上升，測點(diǎn)4的地基不變等等，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)液面達(dá)到平衡靜止后形成新的水準(zhǔn)面i0，則各測點(diǎn)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(diǎn)的液位由靜力水準(zhǔn)儀傳感器測得，各測點(diǎn)液位變化量分別計(jì)算為：h1=H1-H10、h2=H2-H20、h3=H3-H30、h4=H4-H40hi=Hi-Hi0。其中計(jì)算結(jié)果：hi為正值表示該測點(diǎn)貯液容器內(nèi)的液面升高，hi為負(fù)值表示該測點(diǎn)貯液容器內(nèi)的液面降低，如圖示。在此，選定測點(diǎn)1為基準(zhǔn)點(diǎn)，則其它各測點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直位移(沉降量)為：H2=h1-h2、H3=h1-h3、H4=h1-h4、Hi=h1-hi。其中計(jì)算結(jié)果：Hi為正值表示該測點(diǎn)地

13、基抬高，Hi為負(fù)值表示該測點(diǎn)地基沉降，如圖示。如果知道兩測點(diǎn)間的水平距離L，則兩測點(diǎn)間相對(duì)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(zhǔn)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(qiáng)等特點(diǎn)。用于測量土石壩、廊道、梁柱等構(gòu)建物多測點(diǎn)之間不均勻微量沉降的可靠儀器。主要技術(shù)指標(biāo)：測點(diǎn)數(shù)量：2 30 點(diǎn)（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(diǎn)是能在建筑物或面板壩原有固定角度的基礎(chǔ)上進(jìn)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(diǎn)后再進(jìn)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(shí)也不影響鐵路的運(yùn)行。根據(jù)鐵路的長度，設(shè)置50米一個(gè)，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?yàn)楸O(jiān)測的鐵路路段還在運(yùn)行階段，不能夠影響到鐵路的正常運(yùn)營，所以施工時(shí)間只能夠選擇在夜間11點(diǎn)到凌晨3點(diǎn)之間。1、 GPS參考站可以在鐵路護(hù)欄外的合適區(qū)域建造，只要不超過5KM的范圍內(nèi)的堅(jiān)固區(qū)域都可以進(jìn)行選擇，白天即可施工，不影響鐵路運(yùn)行；鐵路路肩上的GPS監(jiān)測點(diǎn)需要差不多兩百米的距離選擇一個(gè)點(diǎn)，白天可以在現(xiàn)場選點(diǎn)，晚上進(jìn)行施工，具體方案還是建造永久性觀測墩，參考第