高速铁路运营监测的必要性分析

王 春 田

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300142)

高速铁路运营监测的必要性分析

王 春 田

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300142)

对高速铁路运营监测进行了分析，从保障安全运输、养护维修、促进设计和施工水平、国家法令和行业规则的要求等方面进行了论述，提出了建立监测大数据中心的建议方案，对提高高速铁路养护维修水平，保障高速铁路的运营安全具有一定的借鉴作用。

工程测量，高速铁路，运营监测

我国高速铁路建设范围广、结构形式多样、运营时间较短、所处地理环境复杂，高速铁路运营速度快，对轨道平顺性要求高，如何确保高速铁路安全运营，如何确保高速铁路百年使用寿命，需要对运营期高速铁路的稳定状态进行监测和评估，并系统查找、深入分析影响高速铁路稳定状态的因素，制定行之有效的高速铁路养护维修措施，以确保高速铁路长期安全运营。

1 运营监测是保证高速铁路安全运输的需要

1.1 高速铁路对轨道的平顺性要求高

高速铁路运行速度快，为满足列车运行的平稳和旅客的舒适，那么就要求轨道的高平顺性，轨道平顺性精度需要达到毫米级水平。轨道的线下基础由桥梁、路基、隧道等构成，线下结构的稳定性有很高的要求。

1.2 多种风险威胁高速铁路正常运营

由于我们国家各地区地形、地质、气候、水文等条件各异，在不同的地区，由于自然条件变化、建设活动影响等，可能会对铁路沿线或铁路本身造成较为严重的影响。如某运营高速铁路全线范围内四个路基段中，较为稳定的是1号路基和4号路基，年沉降值小于10 mm/年；2号路基和3号路基的绝对沉降值都比较大，大于50 mm/年，2号、3号路基中的路桥过渡段均出现了不同程度的差异沉降，且差异沉降值以5 mm/年的速度发展，如不及时维护，将会引起限速运行。某北方高速铁路轨道铺设完成后，通过对其进行周期性的监测，发现个别中期段落在冬季有明显的冻胀变化。部分段落出现的垂直变形，有些地方下陷，有些地方隆起，成为波浪型路基。自2012年4月份轨道精调以来，某客专全线新发现乱堆乱放、建房、改河、下穿道路施工等引起轨道线路偏移多处，最大偏移量6 mm，最大偏移长度200 m。

考虑到高速铁路沿线的复杂环境，尤其像软土路基、黄土路基地区的沉降非常严重，为准确及时的发现地面沉降对构筑物的影响，保证高速铁路的运营安全，实施运营监测是非常必要的。

2 运营监测能促进设计和施工水平的提高

通过“引进—吸收—再创新”，我国初步形成了高速铁路建设的理论化标准体系，还需要在运营实践中继续完善。通过运营监测，可以验证设计的科学性和施工的合理性，为提升我国高速铁路设计和施工水平积累验证数据，促进我国高速铁路建设水平的提高。通过近几年的监测数据，发现在区域沉降或黄土地区，采用特设路基远不如采用桥梁更有利于行车，并且在实际监测中发现，无砟轨道在有些地区也存在明显的不适应性，这些地区沉降明显，变形量大，无砟轨道维修困难，只能采取限速行驶的安全措施。

同时，随着监测技术的进步，所获取的监测数据更为全面和直观，如采用移动测量技术的点云数据，不仅包含轨道板、轨道信息，同时也可获取接触网数据、铁路边坡数据，可以通过数据分析，发现接触网、铁路边坡的动态变化，提高铁路养护维修效率。

3 运营监测能为养护维修提供依据

高速铁路建设费用高，维修困难，通过运营监测，能够发现影响铁路工程稳定性的风险或隐患，为运营养护维修提供依据。

某高速铁路运营监测时发现某段路基存在明显沉降，且在路桥附近存在较为明显的路桥差异沉降。工务维修部门依据运营监测数据，分析沉降原因并及时采取了维修措施，保证了行车安全。

考虑到高速铁路沿线的复杂环境，自然变化和人文活动都可能对高铁工程造成不良影响，通过运营监测，能够发现各种因素对构筑物的影响，进而发现高速铁路安全运营的风险或隐患，为工务维修部门及时分析原因并采取限速、适时养护维修等措施提供必要的依据。

4 高速铁路运营监测是国家法令和行业规则的要求

高速铁路运营监测是必要的、重要的基础性工作，为此，原铁道部、铁路总公司出台了系列技术要求和管理办法。我国TB 10621—2014高速铁路设计规范、TB 10601—2009高速铁路工程测量规范、TB 10754—2010高速铁路轨道工程施工质量验收标准等高速铁路规范对设计、施工和运营提出的要求中包含运营监测方面的指标和要求。《高速铁路运营沉降监测管理办法》(运基线路[2010]554号)和《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》(铁运[2012]83号)对高速铁路运营监测提出较为具体的作业要求。为规范高速铁路运营期精密测量控制网的维护管理工作和高速铁路运营期基础变形监测管理工作，2015年4月，铁路总公司印发《运营高速铁路精密测量控制网管理办法》和《运营高速铁路基础变形监测管理办法》，规定了开展高速铁路精测网维护工作和基础变形监测的职责分工和技术要求。京津城际、京沪高速铁路、京石客运专线、大西客运专线等公司组织开展了高速铁路运营监测工作，有效保证了高速铁路的运营安全。

5 建立运营监测大数据中心的建议

5.1 高速铁路运营监测数据数量大

高速铁路运营期监测需要开展精密控制网复测、结构物监测等工作，监测周期长，监测数据量大，需要使用大数据管理平台进行管理。高速铁路运营监测具有下列特点：

1)数据种类多。包括沉降监测、冻胀监测、平面位移监测、梁体变形监测等，随着新技术的成熟应用，三维激光扫描、倾斜摄影测量、机载激光雷达、合成孔径雷达扫描测量等技术将逐步应用到高速铁路运营监测中，监测数据量将呈几何数量级增加。

2)监测区域广。高速铁路运营监测区域覆盖全国所有运营高铁线路，预计到2020年，将达到3万km。

3)监测期次多。每条高速铁路全线通常一年监测一次，重点段落通常一、两个月监测一次，采用自动化监测技术的则几分钟就可以采集一次，如此密集的监测数据，需要依托大数据中心的高速带宽和处理速度才能实现数据的集中。

高速铁路运营监测特点决定了监测数据量庞大、数据复杂，造成了数据管理、数据查询难度较大，这就需要一个有效的方法来解决大数据的存储管理与查询分析。大数据通常采用数据中心的方式进行管理，由多个服务器并行式运行，以保证数据查询、分析的效率。

5.2 运营监测数据是未来最重要的资源

大数据应用是一项长期持续的过程，是一项系统性工程，不可能一蹴而就，需要立足当前、放眼长远。除要建立大数据存储、处理、分析、展示等应用功能外，与长期的数据积累、模型算法的修正调整以及相关信息系统的优化完善密不可分，将是一个迭代发展和螺旋式上升的过程。高速铁路线桥结构、轨道几何状态等方面的变化一般是缓慢地持续性变化，其变化规律需要通过长期、定时监测并采用科学的数学分析方法才能确定。比如冻胀监测在每年冬季进行，通过几年的监测数据才能分析出冻胀的机理，从而优化设计和施工方案，或者提出可行的运营维护措施。对长期保存的大量监测数据进行定量分析，可以优化设计，提高我国高速铁路设计、建造和运营水平。

5.3 运营监测数据应该建立统一的标准体系

我国规划了“八纵八横”的高速铁路网，运营监测工作量大，监测数据分散在不同的单位、部门，但高速铁路运营监测数据关乎运营安全，属于敏感信息，应通过大数据中心统一管理和使用，避免泄密或丢失。统一管理的数据对各高铁公司、铁路局、总公司按照管理职责开放使用权限，可方便各级机构调用。在发生突发情况时，也方便各级管理机构及时决策。同时，随着数据管理水平的改进，也利于实现对高速铁路运营监测数据的实时、动态、数字管理，不断提高和改进高速铁路运营监测管理水平。

6 结语

高速铁路运营监测是确定高速铁路状态稳定与否和制定高速铁路养护维修措施的基础性工作。通过对高速铁路加强结构物本身及其沿线环境的普查和监测，及早掌握其变化状况和规律，积累基础数据，有针对性地进行预防和预测，甚至采取一定的措施，以保证高速铁路轨道的平顺性及运营的安全。并总结高速铁路运营监测经验，制定技术标准，建立数据处理中心，有利于我国高速铁路养护维修水平的提高，保障高速铁路的运营安全。

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Analysisonnecessityforoperationmonitoringofhigh-speedrailway

WangChuntian

(ChinaRailwayDesignCorporation,Tianjin300142,China)

Monitoring in stage of operation for high-speed railway has been analyzed in this paper. The guaranteeing of safe transportation, repair and maintenance, promoting the design and construction technical level, the requirements of national laws and industry regulations have also been discussed. A proposal of setting up big data center for monitoring has been put forward. This paper can be used as reference to improve the repair and maintenance technical level for high-speed railway, and to ensure the safety of high-speed railway operation.

engineering survey, high-speed railway, monitoring in stage of operation

2017-10-27

王春田(1973- )，男，工程师

1009-6825(2017)35-0153-02

F530.7

A