分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统的制作方法

本发明涉及铁路技术领域，具体地说，特别涉及一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统。

背景技术：

随着我国高铁运营线路向西南、西北地区不断发展，高铁轨道运行区间桥隧比高，周边区域环境各种复杂地质构造、地形气候环境的影响及危害，对高铁运营安全构成的威胁也在增大。通常的做法是在可能会产生灾害或危害的区域或场所实施24小时现场有人值守、值班人员定时巡检及人工报告制度，但由于地质灾害、地形气候及雷电雨雾等环境的影响，不能做到实时监控与防范，且危害多在无预兆(或预兆不明显)发生，安全隐患仍然存在，这就要求现场值守与巡查人员无时无刻不提高警惕，早发现，早防备、早处置。

高速铁路路基沉降及路基周边地质地形环境沉降的观测对控制高速列车安全运营质量，确保轨道运行区间工后工程质量及沉降满足设计要求，这就对其高平顺、高精度、高稳定指标实现远程实时检测和控制提出更高要求。时速达200km/h以上的高速动车组，其路基、轨道和桥梁的不平顺性对列车动力作用远大于普通铁路，且引起的列车振动以及对轨道的振动冲击也远比相同条件下普通速度的列车严重。为确保高速动车运行的安全平稳，对高铁路基沉降观测的精度及实时性提出较高的要求，按照规定，高速铁路等对路基沉降控制标准仅为1～2cm的高测量精度的要求，沉降测量的误差应不大于超过1/10～1/20。

对路基沉降观测技术和要求现有技术存在以下缺点：

现有的路基沉降变形监测装置，精确度较低、且稳定性好。采用一般仪器，比如：①精密水准仪人工水准观测；②水平测斜仪；③磁环沉降仪；④用激光观测或位移计类仪器观测。由于受到高速铁路沿线地形地质及气候环境的影响，以上这些沉降观测方法存在：①路基施工填筑体分层、路基深部和工后期的沉降观测无法采用仅能观测外露表面沉降的人工水准观测；②工后期的变形量测和地基深部的变形，无法通过水平测斜仪对布置的特别测点的分层沉降实施精度量测(观测方法的实际精度在cm级)；③工后期的分层沉降变形可以由磁环沉降仪实现，但观测方法的实际精度在cm级；④用激光观测或位移计类仪器观测时，其精度虽较高，但价格昂贵，而且存在与水准测量相同的不足之处。传统路基沉降测量方法存在测量误差大、人为误差大、测量劳动强度大，费工费时、路堤填筑施工存留质量缺陷等缺点。从现有技术中尚未见有关对高速铁路路基进行实时沉降观测的任何方法以及可以用于类似实时监测的仪器。

技术实现要素：

为了解现有技术的问题，本发明实施例提供了一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，包括：以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置，配置rs485总线组网的实时监测数据的存储转发接口，使所述智能单点沉降检测装置与监测监控中心计算机服务器连接，所述监测监控中心计算机服务器对所接收到的数据进行实时分析比对，并将所述数据在监控中心显示屏显示，对出现数据超差的情况予以实时告警，并可通过设置在现场的高清摄像装置进行图像视频观察分析/判断；

对以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，配置rs485总线的实时监测数据的存储转发接口，使所述智能单点沉降检测装置能够实现阵列布局与组网；

以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置安装在需要测量的路堤、填筑层或不同地质地形层面的分层沉降变形处。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置通过钻孔或通过专设的监控沉降监测井设置于待测量的分层沉降变形处，并通过精准调测后予以封闭遮盖。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置包括沉降板、电测位移传感器、测杆、金属软管、灌浆管、锚头、三通、导电浆管、直通、底层锚头、专用导电浆；

所述底层锚头固定在所述钻孔的底部；所述底层锚头与所述直通的一端连接，所述直通的另一端与所述导电浆管的一端连接；所述导电浆管的另一端与所述三通的一端连接，所述三通的另外两端分别连接所述灌浆管和所述底层锚头；所述导电浆通过所述灌浆管灌入并将所述底层锚头固定；所述底层锚头与所述测杆连接；所述测杆与所述电测位移传感器连接；所述电测位移传感器与所述沉降板连接；所述金属软管套在所述测杆周围。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置配有两种测杆，当s≤20m时选用直径为φ16mm的不锈钢测杆；当s≥30m时选用直径为φ22mm的不锈钢测杆。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置设置有四档量程；

所述四档量程为：100mm、200mm、300mm、400mm。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置的测量误差为：0.1％fs，绝对误差≤±0.3mm；灵敏度为：0.01％fs，长期稳定性：0.5％fs。

可选地，还包括分层沉降实时监测装置；

所述分层沉降检测装置包括多个所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和安装套件；所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置通过所述安装套件连接。

可选地，所述分层沉降监测装置内置电子标签。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，开发出能对复杂背景环境下的分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，系统中所研制的以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和分层沉降检测装置精确度高、稳定性好，对需要采集的数据采用自动采集方式，可以进行实时长期观测。对监测所获得的数据传输到监测监控中心，经监测监控中心服务器对数据经行分析比对，以数据表格形式在监测监控显示屏上显示，对超警超限的数据将显示告警信息，对告警信息可由监测监控中心的值班巡视人员通过调动布置在以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和分层沉降检测装置阵列周边的摄像装置观察现场状况，并可通知维修人员到现场及时处置。本系统可替代人工现场巡查，可实现对沉降区域高精度远程无人长效实时监测与控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统的示意图；

图2是本发明实施例的一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供了一种分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，如图1所示，包括：以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100，配置rs485总线组网的实时监测数据的存储转发接口，使所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100与监测监控中心计算机服务器200连接，所述监测监控中心计算机服务器200对所接收到的数据进行实时分析比对，并将所述数据在监控中心显示屏300显示，对出现数据超差的情况予以实时告警，并可通过设置在现场的高清摄像装置进行图像视频观察分析/判断，并派专业人员到现场巡查；

对以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，配置rs485总线的实时监测数据的存储转发接口，使所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100能够实现阵列布局与组网；

以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置安装在需要测量的路堤、填筑层或不同地质地形层面的分层沉降变形处。

具体地，该系统采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，能对复杂地质地形环境下的铁路路基沉降变形实现无人巡查及监控，并实现长期高精度远程实时监测与告警。

主要是测定轨道区间路基成型后的地基沉降和整体水平位移及路堤本身及周边测点的沉降值，具体步骤如下：

(1)布设水准基点和工作基点，建立沉降观测阵列并组网；

把水准基点作为已知点，工作基点为未知点，组成沉降变形观测平面控制网。

按照国家二等水准测量的精度要求和运行测量方法观测工作基点的水平值和高程值。沉降变形观测过程中，工作基点定期与水准基点进行校核。并随时对产生沉降观测数据超差的测点，通过所布置高清摄像装置对阵列布置的沉降超差测点进行视频(观察)判定。

(2)观测点布置的原则及方法

一般情况下沿线路方向间隔不大于20m布设一个观测断面(地基条件不复杂、地形起伏不大可以30m布设一个断面)，一个沉降观测单元(连续路基沉降观测区段为一个单元)设置不少于2个观测断面，两侧路肩各设变形观测桩1个，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处。

a.路桥过渡段：

路肩两侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处，其埋设应能牢固可靠。每个路桥过渡段设置3个观测断面，分别设置于与桥台连接处、距离桥台5～10m、20～30m处。

b.路涵过渡段：

每个路基观测断面应布设一组组合式沉降板，于路肩两侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，其埋设应能牢固可靠。每个路涵过渡段路基设置6个观测断面，分别设置于涵洞与路基交界处、距离涵洞5～10m处，距离涵洞10～20m处。

c.路堤与路堑过渡段：

路堤与路堑过渡段分别在距离填挖分界点5～10m处设置路堤、路堑观测断面各一处。

可选的，如图2所示，本实施例中，采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，开发出能对复杂背景环境下的分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100包括沉降板1、电测位移传感器2、测杆3、金属软管4、灌浆管5、锚头6、三通7、导电(胶)浆管8、直通9、底层锚头10、专用导电(胶)浆11和回填土12；

本实施例中，采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，开发出能对复杂背景环境下的分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100用钻孔的方式安装在需要测量的路堤、填筑层或不同地质层面的分层沉降变形处；所述底层锚头10固定在所述钻孔的底部；所述底层锚头10与所述直通9的一端连接，所述直通9的另一端与所述导电(胶)浆管8的一端连接；所述导电(胶)浆管8的另一端与所述三通7的一端连接，所述三通7的另外两端分别连接所述灌浆管5和所述底层锚头10；所述专用导电(胶)浆11通过所述灌浆管5灌入并将所述底层锚头10固定；所述底层锚头10与所述测杆3连接；所述测杆3与所述电测位移传感器2连接；所述电测位移传感器2与所述沉降板1连接；所述金属软管4套在所述测杆3周围。所述回填土12将所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置100回填掩埋覆盖。

具体的，以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置的安装如下：

a.安装：

a-1.配接测杆：根据造孔深度配备测杆长度。考虑电测位移传感器本身的长度配接测杆长度(接伸后的总长度)。

a-2.将自锚式锚头灌注导电(胶)浆后连接测杆，逐步放入孔内，将连接直螺纹拧紧。注意不能让测杆掉入孔内。

a-3.以阵列布局布置的每个智能单点沉降检测装置自动获取并由电缆向监测监控中心上传位移值，初始安装时根据实际孔深配备多根2m长的测杆以及1m、0.5m、0.2m长的测杆各一根调节测杆长度，其设定显示的绝对位移值应在满量程值的90％左右。

a-4.锚头一定要达到孔底，并使导电(胶)浆注入孔底，根据回填高度夯实细沙并逐步抽出钢管。使用水泥沙浆将沉降盘浇注后，用原土覆盖使路基恢复原状。

a-5.将测试引线保护管(钢丝波纹管)套好，保护管要放置于沉降盘的下方，防止沉降盘沉降时剪断导线。

a-6.导线在保护管内应尽量使其松驰防止路基沉降时拉断导线。

b.注意事项

b-1.准确记录造孔深度

b-2.根据深度配接测杆。配接测杆时应考虑传感器部分本身的长度和量程。

b-3.遇泥浆时应清孔。

b-4.遇软基、流沙层有塌孔现象时应加护管造孔。单点沉降装置安装到位且完成锚固、回填细沙80％后拨出护管。

可选地，以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置配有两种测杆，当s≤20m时选用直径为φ16mm的不锈钢测杆；当s≥30m时选用直径为φ22mm的不锈钢测杆。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置设置有四档量程；

所述四档量程为：100mm、200mm、300mm、400mm。

沉降板、沉降(监测)测点等所有标高测量应达到二级水准测量标准，

方向观测水平角误差为±2″，路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，位移观测测距误差±2mm。

可选地，所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置的测量误差为：0.1％fs，绝对误差≤±0.2mm；灵敏度为：0.01％fs，长期稳定性：0.5％fs。

可选地，还包括分层沉降监测装置；

分层沉降检测装置包括多个所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和安装套件；所述以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置通过所述安装套件连接。

可选地，所述分层沉降监测装置内置电子标签。

分层沉降检测装置可以直接输出物理量，并可存储2000条数据。

具体的，分层沉降检测装置主要用于测量软基的分层沉降变形情况；对于填土工程，采用分层预埋方式安装；对工后工程采用钻孔预埋。分层沉降检测装置由多个单点沉降装置通过安装套件串联组成，内置电子标签，也可自设编号，直接输出物理量，并可进行存储2000条数据，主要用于铁路路基的基础沉降变形测量。

高速铁路路基工程及路基周边地质地形环境沉降变形观测以路基面沉降观测和周边地质地形环境地基沉降观测为主，并根据高铁运营过程中掌握的地形、地质变化以及不同的路基条件、不同的结构部位等情况调整或增设路基沉降观测断面。

(1)基底沉降监测:监测断面分设以20m段一处，桥路过渡段起始位置各设一个观测断面。

(2)路基面沉降监测：在路基面中心及左右两侧路肩处每30m设一个监测断面，且每测点至少有一个观测断面。

(3)地表沉降观测:基础地基段沉降观测断面沿线纵向设以30m段设一处，每测点不小于2个观测断面，桥路过渡段起始位置各设一个观测断面。

(4)路基及周边地质地形环境与不同结构物的连接处设置沉降观测断面。路桥过渡段、路基横向结构物两侧均设置沉降观测断面。

(5)一个沉降观测测点设置不少于2个观测断面。

(6)对大于1:5地形横向坡度或地层横向厚度变化的地段布设横向观测断面，且不少于1个测点。

(7)沿线路纵向每隔20～50m，在软土及松软土路堤两侧坡脚外约2m、10m处设水平位移观测测点。

以上，各个观测(监测)测点处设置以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置，通过钻孔设置于待测量的分层沉降变形处，并通过回填土回填掩埋覆盖。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的一种采用模组二次开发优化技术、数字处理技术，开发出能对复杂背景环境下的分层分布远程铁路路基沉降变形实时监测和控制系统，系统中所研制的以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和分层沉降检测装置精确度高、稳定性好，对需要采集的数据采用自动采集方式，可以进行长期观测。对监测所获得的数据传输到监测监控中心，经监测监控中心服务器对数据经行分析比对，以数据表格形式在监测监控显示屏上显示，对超警超限的数据将显示告警信息，对告警信息可由监测监控中心的值班巡视人员通过调动布置在以阵列布局布置的智能单点沉降检测装置和分层沉降检测装置阵列周边的摄像装置观察现场状况，并可通知维修人员到现场及时处置。本系统可替代人工现场巡查，可实现对沉降区域高精度远程无人长效实时监测与控制。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。