高速铁路线下工程沉降观测信息化管理与分析

聂延垒 张雨沛

摘 要：本文结合高速铁路沉降观测外业采集测点较多、采集周期长、内业处理复杂烦琐的特点，提出沉降观测信息化管理。以汉十高速铁路沉降观测为实例，从沉降观测数据采集、处理、管理和分析等方面阐述信息化管理方法，为高速铁路施工和沉降观测分析评估提供便利。

关键词：高速铁路；沉降观测；信息化管理；数据分析

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）22-0109-02

Information Management and Analysis of Settlement Observation

for Underline Engineering of High-speed Railway

NIE Yanlei ZHANG Yupei

（Henan Geological and Mineral Exploration and Development Bureau，Zhengzhou Henan 455000）

Abstract： Combined with the characteristics of high speed railway settlement observation， which collected more measuring points， long period and complicated and complicated internal business treatment， this paper put forward the information management of subsidence observation. Taking the settlement observation of Wuhan-Shiyan High-speed Railway as an example， the information management method was expounded from the aspects of settlement observation data collection， processing， management and analysis. It was convenient for the analysis and evaluation of high-speed railway construction and settlement observation.

Keywords： high-speed railway；settlement observation；information management；data analysis

近年来，我国高速铁路迅猛发展。高速铁路作为国家重大建设工程项目之一，其具有投资规模大、技术标准高、质量管控严和建设速度快的特点。高速铁路的高平顺性和高稳定性的要求决定了高速铁路沉降观测的意义和重要性。为了有效、快速地收集和处理观测数据，对数据处理软件和数据管理系统提出了更高的要求。由中铁西南科学研究院有限公司开发的沉降观测终端采集软件将网络平台和手机采集端网络技术融合在一起，实現数据采集、处理、管理和分析等方面的信息化管理，解决了数据繁杂的难题，提高了作业效率。

1 沉降观测信息化管理系统概述

沉降观测信息化管理系统依托于“互联网+”和移动网络等相关技术，将互联网的B/S（浏览器/服务器）与C/S（客户机/服务器）相结合，实现观测数据自动化采集、处理、分析和反馈，以达到远程查询操控、溯源管理沉降观测数据的目的。沉降观测信息化管理系统是《客运专线铁路变形观测评估技术手册》（第2版）和《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）的共同体现。沉降观测信息化管理系统包括网络平台（铁路工程管理平台）及手机采集端（沉降观测终端采集软件）两部分。

汉十铁路HSSG-5标位于湖北省枣阳市境内，起讫里程为：DK200+200～233+198.91，线路正线长33.066km，其中路基17.836km，桥梁15.230km，途经枣阳站。主要工程内容包括：HSSG-5标段范围内站前工程及接口工程（包括无砟道床施工；本标段及1标范围内的箱梁预制及架设）。

2 沉降观测外业数据采集

按照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）[1]、《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）和《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）等的规定要求，结合工程的实际情况对沉降观测的基准点、工作基点和沉降观测的变形观测点（沉降板、沉降观测标、沉降监测桩）进行量测，外业观测数据是通过手机采集端采集的，观测人员使用预装有采集软件的手机操控电子水准仪量测数据，测量完成后进行自动平差计算处理，并在有网络的条件下上传至数据服务器。

当完成整个水准线路测量后，系统提醒完成测量，将结束本次测量，对已观测数据进行自动平差处理，自动平差后显示闭合差合格与不合格情况，完成整个平差计算后，可以分享原始数据和平差结果。借助手机采集端进行外业数据采集，可以实现沉降观测数据获取和平差自动化处理，并能将合格的数据上传到网络平台，避免了常规沉降观测外业结束后对沉降观测数据记录、计算、整理等烦琐的工序，提高了外业作业效率，实现了信息化同步管理。

3 沉降观测内业数据管理

传统的内业数据管理模式采用人工导入专门软件进行计算、处理、分析和反馈，不仅耗时费工，而且工作效率低下。较传统的内业数据管理，由中铁西南科学研究院有限公司开发的沉降观测终端采集系统实现了自动化和信息化管理，其将工程基础信息单元分级别建立，通过系统内嵌的电子记录手薄和计算公式，自动计算每期沉降变化值和累计变化值，并自动生成数据沉降曲线图，汇总多期沉降监测数据，可进行进一步回归分析及研究。

3.1 内业数据查询检索汇总

用户可通过PC机网页端登录平台查询检索观测数据、断面的沉降信息和超限信息等，并且可通过沉降数据曲线直观显示出来。不仅可以检索查询单个沉降断面的信息，还可以查看整条线路的沉降趋势，可以查看单个断面的沉降观测信息，如监测期数、填土高度、观测阶段、观测时间、成果值、修正量、测点状态、两次观测时间间隔、累计监测天数、本次沉降量、累计沉降量和沉降速率等。此外，还可以查看该沉降测点观测记录信息，如仪器型号、天气、温度和司镜人员等。沉降观测信息可以通过沉降观测曲线图反映出来，使沉降观测更直观、形象。当观测数据超出沉降观测设计值，或者观测延误时，系统将会预警显示超限信息，用户可以分析超限的原因，并提出应对管理决策。系统可自动对内业数据进行统计汇总，生成表格，便于管理 。

3.2 内业数据输出管理

该系统可以自动生成监测成果（沉降监测数据和沉降监测曲线图），并支持不同格式的输出，便于用户存储、打印和共享。此外，该系统还可以自动生成沉降观测记录手簿、原始观测数据、成果数据、观测记录、测量信息，并生成Excel表格数据，这将为线下工程沉降观测评估和数据入库提供原始数据。

4 沉降观测数据结果分析和预评估

沉降观测数据分析评估工作是确保高速铁路无砟轨道铺设质量的关键环节。一般情况下，观测数据烦琐复杂，影响评估工作的顺利开展。而该系统集成了多种回归分析方法，对监测和评估工作提供了极大的便利。高速铁路线下沉降监测评估按照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）进行。

4.1 沉降观测评估标准

①桥梁、涵洞主体施工完成后，变形观测一般应不少于6个月的沉降观测数据确定沉降变形趋势，曲线回归的相关系数应不低于0.92，且近3个月沉降量应小于2mm。

②路基表层工程施工完成后，变形观测一般不应少于6个月的沉降观测数据确定沉降变形趋势，曲线回归的相关系数应不低于0.92，且近3个月沉降量应小于2mm。

③当沉降同时满足下列条件时，可以判定工后沉降满足评估通过条件。沉降曲线趋于收敛，最后几次沉降观测数据未出现连续下沉现象；预测的主体工程工后沉降值[?S]不大于15mm；沉降预测的可靠性应通过验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值小于5mm；主体工程施工完成后，最终的沉降预测时间应满足式（1）所示的条件：

[StS t=∞≥75%] （1）

式中：[St]表示预测沉降观测值；[S t=∞]表示预测的最终沉降量。

4.2 沉降观测预评估

系统提供的沉降观测预评估的方法有双曲线法、三点法、抛物线法和指数曲线法等。可以将桥梁、涵洞主体施工完成后或者路基表层工程施工完成后6个月沉降观测数据按照不同的方法进行拟合计算，得出沉降观测曲线回归的相关系数，以判定该测点在该阶段沉降是否收敛，并预测以后的沉降观测累计变化值 。

高速铁路沉降监测信息化借助现代化的通讯设备和高精度测量仪器设备，以网络平台为载体，实现了现场量测数据采集上传、软件自动化分析处理、及时预警、及时处理并远程监控，并系统平台的运用使沉降观测方法、观测行为和数据处理反馈更为规范化和标准化，实现沉降监测管理工作的自動化、信息化。信息化管理平台满足了不同监管人员和观测人员的不同需求，在规避项目安全风险、提高项目管理水平方面起到推动作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁道部.客运专线无轧轨道铺设条件评估指南铁建设（铁建设[2006]158号）[M].北京：中国铁道出版社，2006.