高速鐵路線下工程沉降觀測信息化管理與分析

聶延壘 張雨沛

摘 要：本文結(jié)合高速鐵路沉降觀測外業(yè)采集測點較多、采集周期長、內(nèi)業(yè)處理復(fù)雜煩瑣的特點，提出沉降觀測信息化管理。以漢十高速鐵路沉降觀測為實例，從沉降觀測數(shù)據(jù)采集、處理、管理和分析等方面闡述信息化管理方法，為高速鐵路施工和沉降觀測分析評估提供便利。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；沉降觀測；信息化管理；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：U446 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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

近年來，我國高速鐵路迅猛發(fā)展。高速鐵路作為國家重大建設(shè)工程項目之一，其具有投資規(guī)模大、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量管控嚴(yán)和建設(shè)速度快的特點。高速鐵路的高平順性和高穩(wěn)定性的要求決定了高速鐵路沉降觀測的意義和重要性。為了有效、快速地收集和處理觀測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理軟件和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提出了更高的要求。由中鐵西南科學(xué)研究院有限公司開發(fā)的沉降觀測終端采集軟件將網(wǎng)絡(luò)平臺和手機采集端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、管理和分析等方面的信息化管理，解決了數(shù)據(jù)繁雜的難題，提高了作業(yè)效率。

1 沉降觀測信息化管理系統(tǒng)概述

沉降觀測信息化管理系統(tǒng)依托于“互聯(lián)網(wǎng)+”和移動網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）與C/S（客戶機/服務(wù)器）相結(jié)合，實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)自動化采集、處理、分析和反饋，以達到遠程查詢操控、溯源管理沉降觀測數(shù)據(jù)的目的。沉降觀測信息化管理系統(tǒng)是《客運專線鐵路變形觀測評估技術(shù)手冊》（第2版）和《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）的共同體現(xiàn)。沉降觀測信息化管理系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)平臺（鐵路工程管理平臺）及手機采集端（沉降觀測終端采集軟件）兩部分。

漢十鐵路HSSG-5標(biāo)位于湖北省棗陽市境內(nèi)，起訖里程為：DK200+200～233+198.91，線路正線長33.066km，其中路基17.836km，橋梁15.230km，途經(jīng)棗陽站。主要工程內(nèi)容包括：HSSG-5標(biāo)段范圍內(nèi)站前工程及接口工程（包括無砟道床施工；本標(biāo)段及1標(biāo)范圍內(nèi)的箱梁預(yù)制及架設(shè)）。

2 沉降觀測外業(yè)數(shù)據(jù)采集

按照《客運專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2006]158號）[1]、《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2006]189號）和《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）等的規(guī)定要求，結(jié)合工程的實際情況對沉降觀測的基準(zhǔn)點、工作基點和沉降觀測的變形觀測點（沉降板、沉降觀測標(biāo)、沉降監(jiān)測樁）進行量測，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)是通過手機采集端采集的，觀測人員使用預(yù)裝有采集軟件的手機操控電子水準(zhǔn)儀量測數(shù)據(jù)，測量完成后進行自動平差計算處理，并在有網(wǎng)絡(luò)的條件下上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

當(dāng)完成整個水準(zhǔn)線路測量后，系統(tǒng)提醒完成測量，將結(jié)束本次測量，對已觀測數(shù)據(jù)進行自動平差處理，自動平差后顯示閉合差合格與不合格情況，完成整個平差計算后，可以分享原始數(shù)據(jù)和平差結(jié)果。借助手機采集端進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，可以實現(xiàn)沉降觀測數(shù)據(jù)獲取和平差自動化處理，并能將合格的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺，避免了常規(guī)沉降觀測外業(yè)結(jié)束后對沉降觀測數(shù)據(jù)記錄、計算、整理等煩瑣的工序，提高了外業(yè)作業(yè)效率，實現(xiàn)了信息化同步管理。

3 沉降觀測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)管理

傳統(tǒng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)管理模式采用人工導(dǎo)入專門軟件進行計算、處理、分析和反饋，不僅耗時費工，而且工作效率低下。較傳統(tǒng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)管理，由中鐵西南科學(xué)研究院有限公司開發(fā)的沉降觀測終端采集系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化和信息化管理，其將工程基礎(chǔ)信息單元分級別建立，通過系統(tǒng)內(nèi)嵌的電子記錄手薄和計算公式，自動計算每期沉降變化值和累計變化值，并自動生成數(shù)據(jù)沉降曲線圖，匯總多期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，可進行進一步回歸分析及研究。

3.1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)查詢檢索匯總

用戶可通過PC機網(wǎng)頁端登錄平臺查詢檢索觀測數(shù)據(jù)、斷面的沉降信息和超限信息等，并且可通過沉降數(shù)據(jù)曲線直觀顯示出來。不僅可以檢索查詢單個沉降斷面的信息，還可以查看整條線路的沉降趨勢，可以查看單個斷面的沉降觀測信息，如監(jiān)測期數(shù)、填土高度、觀測階段、觀測時間、成果值、修正量、測點狀態(tài)、兩次觀測時間間隔、累計監(jiān)測天數(shù)、本次沉降量、累計沉降量和沉降速率等。此外，還可以查看該沉降測點觀測記錄信息，如儀器型號、天氣、溫度和司鏡人員等。沉降觀測信息可以通過沉降觀測曲線圖反映出來，使沉降觀測更直觀、形象。當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超出沉降觀測設(shè)計值，或者觀測延誤時，系統(tǒng)將會預(yù)警顯示超限信息，用戶可以分析超限的原因，并提出應(yīng)對管理決策。系統(tǒng)可自動對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總，生成表格，便于管理 。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)輸出管理

該系統(tǒng)可以自動生成監(jiān)測成果（沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和沉降監(jiān)測曲線圖），并支持不同格式的輸出，便于用戶存儲、打印和共享。此外，該系統(tǒng)還可以自動生成沉降觀測記錄手簿、原始觀測數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)、觀測記錄、測量信息，并生成Excel表格數(shù)據(jù)，這將為線下工程沉降觀測評估和數(shù)據(jù)入庫提供原始數(shù)據(jù)。

4 沉降觀測數(shù)據(jù)結(jié)果分析和預(yù)評估

沉降觀測數(shù)據(jù)分析評估工作是確保高速鐵路無砟軌道鋪設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般情況下，觀測數(shù)據(jù)煩瑣復(fù)雜，影響評估工作的順利開展。而該系統(tǒng)集成了多種回歸分析方法，對監(jiān)測和評估工作提供了極大的便利。高速鐵路線下沉降監(jiān)測評估按照《客運專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2006]158號）進行。

4.1 沉降觀測評估標(biāo)準(zhǔn)

①橋梁、涵洞主體施工完成后，變形觀測一般應(yīng)不少于6個月的沉降觀測數(shù)據(jù)確定沉降變形趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)應(yīng)不低于0.92，且近3個月沉降量應(yīng)小于2mm。

②路基表層工程施工完成后，變形觀測一般不應(yīng)少于6個月的沉降觀測數(shù)據(jù)確定沉降變形趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)應(yīng)不低于0.92，且近3個月沉降量應(yīng)小于2mm。

③當(dāng)沉降同時滿足下列條件時，可以判定工后沉降滿足評估通過條件。沉降曲線趨于收斂，最后幾次沉降觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象；預(yù)測的主體工程工后沉降值[?S]不大于15mm；沉降預(yù)測的可靠性應(yīng)通過驗證，間隔不少于3個月的兩次預(yù)測最終沉降的差值小于5mm；主體工程施工完成后，最終的沉降預(yù)測時間應(yīng)滿足式（1）所示的條件：

[StS t=∞≥75%] （1）

式中：[St]表示預(yù)測沉降觀測值；[S t=∞]表示預(yù)測的最終沉降量。

4.2 沉降觀測預(yù)評估

系統(tǒng)提供的沉降觀測預(yù)評估的方法有雙曲線法、三點法、拋物線法和指數(shù)曲線法等?？梢詫蛄骸⒑粗黧w施工完成后或者路基表層工程施工完成后6個月沉降觀測數(shù)據(jù)按照不同的方法進行擬合計算，得出沉降觀測曲線回歸的相關(guān)系數(shù)，以判定該測點在該階段沉降是否收斂，并預(yù)測以后的沉降觀測累計變化值 。

高速鐵路沉降監(jiān)測信息化借助現(xiàn)代化的通訊設(shè)備和高精度測量儀器設(shè)備，以網(wǎng)絡(luò)平臺為載體，實現(xiàn)了現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)采集上傳、軟件自動化分析處理、及時預(yù)警、及時處理并遠程監(jiān)控，并系統(tǒng)平臺的運用使沉降觀測方法、觀測行為和數(shù)據(jù)處理反饋更為規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)沉降監(jiān)測管理工作的自動化、信息化。信息化管理平臺滿足了不同監(jiān)管人員和觀測人員的不同需求，在規(guī)避項目安全風(fēng)險、提高項目管理水平方面起到推動作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.客運專線無軋軌道鋪設(shè)條件評估指南鐵建設(shè)（鐵建設(shè)[2006]158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.