高速铁路大跨度桥梁运营监测技术
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【摘要】近几年，我国高速铁路建设在发展中取得了较大的进步，在建设过程中由于受环境条件、材质以及车载量等因素的影响，在高速铁路大跨度梁的运营监测中必须应用较高的监测技术。论文主要分析运营监测技术在高速铁路大跨度梁中的应用。
1引言
目前，高速铁路桥梁运行安全问题已成为我国铁路部门一个重要的问题，在实际铁路管理中必须采取一定的措施确保高速铁路桥梁的安全运行，特别是对高速铁路大跨度梁的安全监测必须要做好，因为大跨度桥梁规模较大，结构形式复杂，所以在设计和运营阶段很难掌握其力学性能。应定期实施桥梁结构稳定性监测，以便更好地保证其安全运行的重要条件。
2京沪高速铁路大跨度桥梁监测中存在的问题
2.1沉降观测法不够科学、合理
我国很多大跨度桥梁运营监测一般采用普通三角高程测量、电子桥梁监测系统以及几何水准等，但是在实际监测过程中由于受监测成本、现场地形等方面的限制，很难满足运营监测需求，再加上大跨度桥梁建设地形比较特殊，使现有的运营监测方法很难实现目前铁路桥梁的发展。
2.2桥梁监测系统不健全
在高速铁路电子桥梁监测系统的应用中，一些大的系统都是建立在合成孔径雷达监测等技术上，但是这些技术很难得到绝对沉降量，监测成果可以实际应用的成分并不多，且应用成本较高，没有得到大面积的推广，因此，所有桥梁运营监测仍以传统测量方法为主，但是这种测量方法很难跟上时展的步伐，已不能满足高技术含量的桥梁监测的需求[1]。
3高速铁路大跨度梁运营监测技术
3.1观测元器件的设置
对铁路大跨度梁实施运营监测分析，桥梁岸上基准和三角座的测定是CRTSⅡ型板轨道基准网测钉结构进行测量。选用的材质为不锈钢，规格为：1Cr18Ni9，具体结构形式如图1所示。桥梁岸上基准点高程利用几何水准测量，在测量过程中利用水准适配器保证测量精确度的提高；另外，测量过程中也要将桥梁的顶部圆锥精度控制在0.1mm以内，这样能很好地保障水准适配器作用的发挥，提高观测元器件的监测水平。
3.2科学设置基准点
运营期间，桥梁结构物的变形监测应充分利用精测网的平面控制点和水准基点作为水平和垂直位移监测的工作基点，根据桥梁跨度监测需要，还要在此基础上建立监测期的基准点，并且在测定的过程中与精测网中线路控制点进行联测。根据相关规范及运营经验，制定相应的复测周期，基准点要求建立在沉降变形区以外便于长期保存的稳定地区，便于长期使用分析的需要，并且要进行相应的编号。监测技术必须符合《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897—2006）中的相关规定，只有这样才能更好地提高基准点的监测成果。
3.3仪器设备要求
变形监测手段较多,传统的几何水准监测是当前铁路运营监测的主要手段，广泛应用于多条铁路的运营监测，其测量精度高,但是易受环境的影响，且需要投入大量的人力和物力，且受列车运行影响，只能在夜间有限的时间段内进行，作业效率不高。自动化沉降变形监测技术近年来越来越普遍地得到应用，其特点是监测精度高，人工干预少，受监测条件影响小，例如在合武铁路合肥段，采用ATR自动目标识别和照准功能的全站仪，仪器标称精度不低于规定范围的精度值，在2台全站仪安装的过程中，将首位置安装在特殊的加工反射凌镜中，实现了自动化监测，京沪高铁部分地段使用自动化静力水准仪器，数据远程适时传输。但自动化设备一次性投入成本相对较高。综合考虑各方面条件，运营监测应仍以传统二等水准监测为主，自动化监测为辅；重点难点工程以自动化监测为主，二等水准监测方法为辅。常规二等水准监测与自动化监测优势互补、互为备份，亦可相互校核。
3.4大跨度梁运营监测系统的构建
3.4.1监测点的设置
考虑自动化监测的需要，监测点的设置一般通过有限的传感器获取整个系统的运行状况信息，从而获取更加准确的监测信息。目前，这种方式的应用一般是凭借经验进行处理，由于受外界环境等多方面因素的影响，这种监测方式并不能完全确保传感器精确地完成监测任务。当数据异常时，需要介入传统的人工监测，检核自动监测数据，所以监测点的布设还要考虑传统监测的需要，以满足人工监测要求；其次，要根据桥梁监测的具体内容测定各个部位的信息，同时确定最大应力分布和可能产生的应力集中位置；再次，在有限元分析过程中，要做好系统的优化分析，设计人员设计时必须将安全问题和质量问题放在首要位置，只有这样才能更好地进行评估，依据监测内容和测点布置原则，对大跨度桥梁实施测点布置，要依据沉降变形发生的程度和动态监测资料适时动态地进行调整，后期在重点段落有可能需要增加监测点，既要考虑高监测效率与成本，还要满足运营维护的需要。同时，桥墩监测标利用原各周期的沉降监测的既有点，普查后对丢失和破坏的点在原位进行补设。补设时要考虑大跨度梁的特征部位，将其纳入运营监测系统中[2]。
3.4.2数据分析技术数据分析
技术的应用必须建立在数据分析处理系统下，并由布置在监控中心的服务器在相关技术的配合下完成整个系统的任务。在这个过程中，服务器可以自动检测分系统的数据，并对数据实施全智能分析和处理。数据处理中的信号处理必须侧重数据的提取，这样能得到比较全面的数据信号，可以在此基础上对原始数据信号进行处理，以便完成整个系统的科学监测。在数据分析过程中,对数据进行诊断和异常分析也是非常有必要的，从而能比较全面地诊断数据工作状态，并对异常数据实时处理，结合传统监测数据，查找原因。各期监测数据均应与前期数据进行对比分析，结合长期数据，主要分析差异沉降的变化量和变形速率，提出后期的维护解决方案。同时还应综合分析线上线下数据，及时、准确地分析判断桥梁结构变形特征。
3.4.3支座位移监测数据分析
支座位移和系统的结构温度有一定的关联性，他们之间的关系如图2所示。从图2中可以看出结构温度和支座位置之间有紧密的相关性，这种情况下比较容易出现问题和产生支座位移，从而从侧面分析出整个系统的特性，还可以从数据分析结果看出：系统支座位置与结构温度之间的斜率变化可以较准确地反映出整个系统的制作工作性能的好坏，在统计支座位移的过程中我们能比较科学地安排制作的维修和养护，从而提高桥梁支座的承载能力，延长支座的使用寿命。
3.4.4振动监测数据技术
在系统分析过程中，我们对振动监测数据的分析首先必须实施相应的滤波处理，而后在高科技技术的应用下对数据实时分解重构分析，同时要剔除振动数据中的趋势项；最后，在数据分析的过程中利用傅里叶原理进行实时频谱分析，依据分析结果得出监测数据的副频特性，同时在分析的过程中必须剔除桥梁相应的阶振动频率，而此振动频率的实施主要是评价整个桥梁的动力性特点，为整个系统的稳定性监测提供科学的依据，具体的振动信号副频特性如图3所示
3.4.5数据管理技术分析
这里我们说的数据管理技术主要是指数据管理分析的技术形式，在桥梁信息数据分析的技术上，利用这种技术形式能使桥梁管理工作更加科学、全面，并实现数据管理的信息化、科学化，促进桥梁管理的水平。并为用户提出桥梁养护和维护建议。大桥检测体系中各种类型的数据量比较大，而且类型复杂，管理过程中必须构建完整的数据库系统，这种技术必须包含存储技术、查询技术和调用技术。在数据分析的情况下，快速完成整个桥梁状态信息的提取和分析，使得到的数据信息更加图文并茂，直观、全面地展现在用户眼前。数据库管理的主要技术形式包含数据查询、结构状态、状态监控、系统维护以及系统管理等方面的技术形式，这些技术共同作用于桥梁运行监测系统中，能在很大程度上提高桥梁运营监测工作质量和效率。
4结语
随着现代桥梁建设的不断加剧，在进行运营设备的安全管理中，为保证桥梁结构的安全稳定，需要从多个角度，进一步确保列车行车的安全指数。而在这个过程中，桥梁车辆的行车安全，主要集中在加速度以及横向振幅等方面，为满足对跨度中点上的安全防护，可针对安全管理的科学管理依据，进行检测数据分析处理。而对于结构的温度影响变化的控制管理，也可以结合相应的应力结构变化进行结构强度上的合理监管。
【参考文献】
【1】蔺爱军.高速铁路大跨度桥梁水中墩变形监测技术研究[J].铁道标准设计,2012(11):48-52.
【2】余志祥.高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D].成都:西南交通大学,2011.
作者:刘天亮 单位:中铁第六勘察设计院集团有限公司
