一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统及方法与流程

本发明属于路基监测相关，尤其涉及一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统及方法。

背景技术：

1、采空区是地下矿层开采后，空间围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的区域及范围。采空区的面积不断增大，越来越多的工程建设不可避免地面临着采空区影响的问题，利用废旧老采空区场地进行工程建设的实例日益增多，高速铁路网的逐渐扩大使得其不得不通过采空区，但采空区易产生不均匀沉降变形，对高速铁路行车安全、人民生命财产造成严重威胁。因此，对采空区沉降和水平变形进行准确的监测和预测对于行车安全具有重要意义。

2、目前沉降监测的方法有很多，比如人工水准测量、沉降板法、电磁式分层沉降仪法、水平测斜仪法、激光位移测量等，传统的沉降监测仪器多为点式监测，存在漏检、监测误差较大，自动化水平较低，工作量大等弊端。同时现有监测手段大部分为人工传统监测，人为影响因素较大，监测频率不足，满足不了高精度监测要求，监测存在滞后性。由于测量范围广，数据多且繁杂，天气等环境因素，使得传统的监测方法不能满足实时精准监测；针对监测维度来说，目前高铁路基沉降分析主要是对路基进行整体分析，忽略了对深层沉降分析，无法得到覆岩内部深层结构的沉降情况。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统及方法，结合gnss沉降测量技术、阵列式位移计沉降测量技术、分布式光纤沉降测量技术对采空区形成对地表和覆岩深层两个维度的监测，避免了深层发生沉降，而整体采空区看不出沉降影响的情况发生。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，包括：

3、监控预警终端以及与监控预警终端通信连接的gnss沉降采集装置、阵列式位移计采集装置、分布式光纤采集装置；

4、gnss沉降采集装置包括设置在采空区地表移动边缘外的gnss发射机和设置在采空区监测点的gnss接收机，对采空区域监测点的沉降进行监测测量；

5、所述阵列式位移计采集装置包括铺设在高速铁路路基沿线关键失稳断面的位移计，对采空区地表沉降进行监测测量；

6、所述分布式光纤采集装置包括设置在高速铁路路基关键失稳点处的分布式光纤，对采空区覆岩内部深层沉降进行监测测量；

7、所述监控预警终端接收gnss沉降采集装置、阵列式位移计和分布式光纤采集装置的监测测量数据并处理，实现对采空区多维度的沉降监测预警。

8、本发明的第二个方面一种采空区高速铁路路基沉降监测预警方法，包括：

9、获取多类型的沉降监测采集数据，包括gnss沉降采集装置在采空区区域监测点的采集数据、阵列式位移计采集装置在高速铁路路基关键失稳断面的采集数据、分布式光纤采集装置在高速铁路路基关键失稳点处采集数据；

10、对所获取的多类型的采集数据通过沉降解算模型计算沉降值；

11、根据所得到的沉降值与预设的沉降阈值进行比较，进行监测预警。

12、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

13、在本发明中，结合gnss沉降测量技术、阵列式位移计沉降测量技术、分布式光纤沉降测量技术对采空区形成对一体化多方位的监测，避免了深层发生沉降，而整体采空区看不出沉降影响的情况发生。多种测量技术的使用能够减少漏检的情况，且可以有效地在各种自然环境变化复杂路段内为行驶的列车提供安全保障，具有广泛的实用性。

14、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，还包括倾角计，所述倾角计布置高速铁路路基关键失稳点处，对关键失稳点的倾角进行测量。

3.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，还包括水准仪，所述水准仪设置在高速铁路路基关键失稳点处以及沿铁路路线间隔设置，对地表沉降进行监测。

4.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，采用概率积分法确定地表剩余下沉值和剩余水平变形值，基于所述剩余下沉值或剩余水平变形值是否超过预设阈值确定关键失稳点。

5.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，所述监测点位置为铁路路线与采空区周界的交点或采空区沉降漏斗中心点处。

6.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，所述监控预警终端根据所接收的所述gnss沉降采集装置、阵列式位移计采集装置、分布式光纤采集装置的监测数据进行判断，进行分级预警，并显示预警区域对应的地理位置。

7.如权利要求1所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统，其特征在于，所述阵列式位移计包括多个测量单元，所述测量单位包括管道以及设置在管道内的位移计，所述位移计横向铺设在地表，与列车行驶方向垂直，用于竖直沉降监测和水平位移监测。

8.一种采空区高速铁路路基沉降监测预警方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警方法，其特征在于，所述关键失稳断面为关键失稳断点与铁路轨道线垂直的面，所述关键失稳点是通过概率积分法所计算的地表剩余下沉值、剩余水平变形值的大小所确定的。

10.如权利要求8所述的一种采空区高速铁路路基沉降监测预警方法，其特征在于，所述gnss沉降采集装置采集的数据通过自适应算法、rtk高频算法得到相对应的沉降值。

技术总结
本发明提出了一种采空区高速铁路路基沉降监测预警系统及方法，结合GNSS沉降测量技术、阵列式位移计沉降测量技术、分布式光纤沉降测量技术对采空区形成对一体化多方位的监测，避免了深层发生沉降，而整体采空区看不出沉降影响的情况发生，多种测量技术的使用能够减少漏检的情况。

技术研发人员：田月峰,庄培芝,张海凤,曹乾桂,张玉玉,王元景,谷存雷,童加柱,姚希磊,钱远顺
受保护的技术使用者：山东铁路投资控股集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13