高速铁路线下工程变形自动化监测系统的研究与应用

摘要

高速铁路运营期间线下工程变形的常规观测只能在有限的“天窗”时间进行，由于高铁线下工程变形测点密集，测量工作量大，若要迅速反馈测量数据以便及时预警，必将投入大量的人力和财力。因此，在保证测量精度的前提下，研究线下工程变形的远程无线自动化综合监测系统，可以大大减小人力投入和对施工的干扰，实现全天候监测，实时反馈监测信息，有利于运营期间的安全预警，对当前的高速铁路与客运专线建设具有重要的工程意义。
　　本论文依托铁道部科技研究开发计划项目——艰险山区高速铁路线下工程变形远程无线自动化综合监测系统研究(2010G018-E-3)，采用室内、外试验和现场长期监测相结合的方法，对自动化监测系统的总体设计、高铁差异沉降监测仪的研发和标定，提高电水平尺的监测稳定性的措施等，开展了较为深入的研究。主要工作和成果如下:
　　(1)在深入分析国内外高速铁路变形监测现状的基础上，提出了自动化监测系统的总体设计方案。
　　(2)分析用于自动化监测的仪器设备的工作原理、测试精度、长期稳定性和使用寿命等特点，结合各监测项目的变形特点，选取确定与之适应的监测元件、自动化采集装置和远程数据传输系统。
　　(3)针对高铁路基工后沉降量小、差异沉降控制严格的特点，研发了高铁差异沉降监测仪，并对其进行了室内试验，结果表明线性度、稳定性和精确度均满足试验要求。
　　(4)通过在不同环境条件下的8次试验，探讨了影响电水平尺测试稳定性的主要因素及其影响规律，提出了提高电水平尺测试精度的内部结构形式和安装工艺。
　　(5)对远程无线自动化监测系统进行了工程应用，基于监测数据，对路涵过渡段的工后差异沉降规律进行了分析。
　　(6)运用ABAQUS有限元分析软件，建立了路涵过渡段数值分析模型，分析了路涵过渡段路基面的差异沉降规律，和实测结果规律一致。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高速铁路线下工程变形监测

1．2．2 岩土工程自动化监测

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 线下工程变形远程无线自动化监测系统总体设计

2．1 概述

2．2 监测项目与前端元件选择

2．2．1 典型区段选择

2．2．2 监测项目和元件选择

2．3 监测元件的布置

2．3．1 电水平尺布置

2．3．2 高铁差异沉降监测仪布置

2．3．3 单点沉降计布置

2．3．4 静力水准仪布置

2．3．5 元件连接方式

2．4 自动化采集装置

2．5 数据传输系统

2．6 供电系统

2．6．1 常用的供电方式及其优缺点

2．6．2 试验工程供电方案

2．7 本章小结

3 高铁差异沉降监测仪的研发

3．1 概述

3．2 工作原理

3．3 图像传感器的选择与确定

3．3．1 CCD图像传感器

3．3．2 CMOS图像传感器

3．3．3 CMOS与CCD效果对比分析与选用

3．4 激光器的选择

3．5 高铁差异沉降监测仪室内试验

3．5．1 室内调试

3．5．2 线性度试验

3．5．3 稳定性检验

3．5．4 精确度的检验

3．6 本章小结

4 提高大量程电水平尺测试精度和稳定性的研究

4．1 概述

4．2 电水平尺的工作原理

4．2．1 电水平尺的组成

4．2．2 单个元件工作原理

4．2．3 “尺链”的工作原理

4．3 影响大量程电水平尺测试精度的因素分析

4．3．1 支座形式的影响

4．3．2 倾角传感器在水平梁内位置

4．3．3 外力影响

4．3．4 温度变化的影响

4．4 内部结构改造和安装工艺试验

4．4．1 试验一

4．4．2 试验二

4．4．3 试验三

4．4．4 试验四

4．4．5 试验五

4．4．6 试验六

4．4．7 试验七

4．4．8 试验八

4．4．9 试验结果的对比和分析

4．5 本章小结

5 自动化监测系统的工程应用

5．1 自动化监测系统结构

5．2 高铁差异沉降监测仪的安装

5．2．1 安装位置

5．2．2 安装方法

5．2．3 注意事项

5．3 高铁差异沉降监测仪的现场调试

5．3．1 调试时间

5．3．2 调试方法

5．4 电水平尺的现场安装

5．4．1 安装位置

5．4．2 大量程电水平尺安装方法

5．4．3 小量程水平梁式倾斜仪安装

5．4．4 注意事项

5．5 防护罩的安装

5．6 本章小结

6 路涵过渡段工后差异沉降现场实测与数值模拟

6．1 概述

6．2 监测元件布置

6．3 监测数据远程自动化采集和整理

6．3．1 监测数据远程自动化采集

6．3．2 监测数据的整理

6．4 测试结果分析

6．4．1 昼夜测试效果对比

6．4．2 各小量程水平梁式倾斜仪差异沉降随时间变化规律

6．4．3 小量程水平梁式倾斜仪“尺链”的差异沉降曲线

6．5 路涵过渡段的数值模拟

6．5．1 建立计算模型

6．5．2 数值模拟结果分析

6．6 数值模拟与实测结果对比分析

6．7 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要工作和结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研情况

致谢