浅谈临近铁路营业线施工中高铁桥墩变形监测系统

王瑞 李双义

摘要 随着我国交通建设的持续推进和高速铁路运营里程的快速增加，临近既有高速铁路营业线施工建设需求与工程数量日益增多，在临近既有高速铁路营业线施工过程中，可能会引起既有高速铁路运营设备设施变形，为保证高速铁路安全运营，需要在临近高速铁路营业线施工过程中对高速铁路运营设备的影响进行监测。文章在G0512线成都至乐山高速公路扩容改造项目青神连接线下穿成贵客专交叉点，采用基于前端数据采集器的监测系统对可能受施工影响的高铁桥梁、桥墩进行全方位的实时监测，从而为既有高速鐵路正常运营和在建项目的顺利推进提供技术保障，并阐述了基于前端数据采集器的监测系统的工作原理、过程及方法，可为类似工程建设提供技术参考。

关键词 成乐高速;成贵客专;桥墩;实时监测

中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0010-03

0 引言

高速铁路是国家的关键基础设施，为社会经济社会快速发展提供重要保障和支撑，在高速铁路运营过程中，动车组列车行车速度非常快，对线下基础设施如桥梁、路基的稳定性要求极高，否则将会严重影响到高速铁路行车安全和运行速度，尤其在临近既有高速铁路营业线施工过程中，对既有高速铁路设备设施进行实时检测将显得尤为重要。

该文以G0512线成都至乐山高速公路扩容改造项目青神连接线下穿既有成贵客专为实例，通过对成贵客专可能受施工影响的高铁桥墩设置监测系统进行全方位的实时监测，阐述了该监测系统的工作原理、检测过程及方法。

1 项目概况

G0512线成都至乐山高速公路扩容建设项目青神连接线设计时速为80 km，单幅道路宽12.75 m，单向两车道。道路采用桥梁结构分左、右线下穿成贵客专K106+593马槽寺1号大桥，左线道路由铁路桥3#～4#墩下穿，右线道路由铁路桥4#～5#墩下穿。项目与铁路位置关系见图1所示。

2 监测系统原理及内容

该系统前端设备采用基于高精度的前端数据采集器，主要采用DCM竖向位移监测物位计和自动全向传感水平位移计，对成贵客专K106+593马槽寺1号大桥3#、4#、5#桥墩进行竖向位移、水平位移（横向、纵向水平位移）监测等各项指标进行实时监测。

3 监测系统组成

监测系统主要由四级结构组成，分别为前端数据采集器、远程监测单元（RTU）、监测管理中心设备和客户终端。前端数据采集器采集桥墩的沉降、倾角和桥墩处的温、湿度等数据。远程监测单元（RTU）通过有线连接方式接收由前端数据采集器传送的数据并对接收到的数据进行分析处理，然后将处理后的数据通过通信传输网络送至监测管理中心。监测管理中心对接收到的数据进行统一的存储、处理、分发，最后监测人员通过客户端界面查询、处理数据，系统结构图见图2。

3.1 前端数据采集器

在成贵客专马槽寺1号大桥受影响的3#、4#、5#桥墩处设置前端数据采集器，在铁路线路运行影响区外埋设基准点，实时采集桥墩几何形态，气象环境情况等数据。前端数据采集器包括竖向位移监测物位计、自动全向传感水平位移计和气象前端数据采集器。竖向位移监测物位前端数据采集器设置在桥墩墩顶和墩身，实时监测桥墩的几何形态中垂直度状态，自动全向前端数据采集器设置在桥墩墩顶实时监测桥墩几何姿态中的水平位移状态，通过测点数据与基准点数据的对比，实时监测桥墩的倾角状态以及沉降状态;设置在桥墩顶的环境前端数据采集器，采集桥墩周围环境信息参数，如风速、风向、环境温湿度等，结合其他前端数据采集器监测到的位移变化、垂直度变化等数据，可以对桥墩的状态进行分析，前端数据采集器平面布置图见图3[1]。

3.2 远程监测单元（RTU）

在马槽寺1号大桥的施工监测系统中，在施工影响区外设置远程监测单元（RTU），远程监测单元（RTU）对设置在高铁桥墩上的各个前端数据采集器进行管理，并分析处理其采集到的数据，处理后的数据通过通信传输网络传送至监测管理中心。远程监测单元（RTU）按设定好的频率向监测管理中心发送实时的监测数据，为监测人员及时了解桥墩的状态提供信息。除此之外远程监测单元（RTU）对达到报警要求的数据向监测管理中心发送报警信息，提醒监测人员关注现场施工是否对桥墩的稳定性造成影响。

远程监测单元（RTU）系统主要由数据采集系统、电源系统、CDMA无线数据传输终端、防雷器件、接线与通信接口、防水工业机箱等组成。

信号模块按顺序接收由数据采集系统提供的各种前端信号，信号经由防雷板处理后，进入DT采集器采集通道，CDMA无线数据传输终端通过串口和采集的数据连接后，与监测管理中心按TCP/IP协议远程进行无线通信[2]。

远程监测单元工作、结构示意图见图4。

3.3 监测管理中心

项目前端设备安装调试完成后接入已建成监测管理中心计算机系统，系统主要包括主服务器、应用服务器、前置通信和数据交换服务器、报表服务器、网管服务器、系统测试服务器、存储系统、工作站、打印机、防火墙、路由器等组成监测管理中心，获取从远程监测单元（RTU）传输来的数据，并将其存到中心数据服务器上。同时，监测管理中心应及时分析每天的监测数据，发现监测桥墩，周边环境等被监测对象变形、受力异常应分析原因，还需要监视运行数据，对历史数据可以查询分析等并对组织结构、终端用户、监测工点等进行管理[3]。

（1）数据库系统。主服务器：负责数据的采集，实现数据管理。

（2）应用系统。应用服务器：用于相关前端数据采集器参数的修改，系统资源配置管理，存储一定时期内相关的历史数据，并进行数据比较等。报表服务器：负责报表和报表管理。网管服务器：管理并监视系统服务器和网络设备的运行状态。

（3）通信系统。通信前置和数据交换服务器：所有对外的通信均通过通信服务器处理并传送出去，对外部系统数据的格式转换。

（4）存储和备份系统。在监测管理中心计算机系统可采用SAN存储方式。设置互为备用的两台SAN存储交换机。同时此系统还可进行系统数据的备份管理和制定备份策略。

（5）系统测试服务器。在监测管理中心设置测试服务器，用于对后续项目接入，软件更新，重要系统参数的修改，新增设备的测试和维修设备的模拟测试。

（6）防火墙、路由器。系统通过防火墙、路由器与清分系统进行互联及数据传输。

（7）工作站和打印机。在监测管理中心设置业务管理、网管等工作站，以及相应的打印输出设备，提供系统运营管理的人机接口。

3.4 客户端

在铁路管理公司相关部门、监测管理中心等地设置客户端，用多种传输方式，显示高铁桥墩竖向位移、水平位移的实时状态及周围环境等监测数据，并具备信息查询和管理的功能。客户端还应对出现异常情况的桥墩发出警告提示，以及告警后的工作预案。

4 监测结果

监测过程历时152天，现场设备处于稳定狀态，数据传输稳定，远程监测单元（RTU）能及时向监测管理中心反馈监测桥墩状态数据及现场温湿度情况，监测管理中心及客户端设备均运行稳定，可以满足在临近高速铁路营业线施工过程中，对可能会引起高速铁路运营设备设施变形的监测要求，有效保障了高速铁路运输安全和顺利推动了项目施工进展，监测数据曲线图见图5和图6。

5 结语

该文阐述了基于前端数据采集器实时检测系统对临近既有运营线成贵客专交叉点桥梁工点的变形进行了实时检测，通过实时检测可能受施工影响的桥墩沉降、变形竖向位移和水平位移数据，能够提前预知临近施工过程中及施工后一段时间内高铁运营过程中可能出现的变形风险，以便及时提出解决措施，为既有高速铁路正常运营和在建项目的顺利推进提供技术保障。

参考文献

[1]涂仁盼， 冷伍明， 聂如松， 等. 朔黄重载铁路某桥路过渡段沉降监测及预测[J]. 铁道科学与工程学报， 2019（6）： 1412-1419.

[2]王宝贤. 融合通信参量的网络系统跟踪性能极限研究[D]. 武汉：华中科技大学， 2012.

[3]陈云峰. 高速铁路运营线路路基沉降监测系统[J]. 铁道勘察， 2017（3）： 24-27.