CN104807434A - 一种高速铁路路基沉降变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路路基沉降变形监测方法，涉及交通工程领域，该方法包括以下步骤：选择相应数量的钢管，在每根钢管内固定1个倾角仪，将所有钢管沿轨道的延伸方向设置于轨道板的一侧；通过每根钢管内的倾角仪，测量对应的路基断面位置的倾角数据；根据每个倾角仪所测量的倾角数据求出对应路基沉降的数值。本发明能够有效监测高速铁路路基是否沉降变形，并能够计算出高速铁路路基沉降变形的程度。

Description

一种高速铁路路基沉降变形监测方法

技术领域

本发明涉及交通工程领域，具体是涉及一种高速铁路路基沉降变形监测方法。

背景技术

高速铁路对轨道平顺性的高标准要求和对线下工程施工后沉降的严格限制不仅给无砟轨道线下基础设计和施工带来了许多新的技术问题，也给高铁运营期的沉降控制带来了新的挑战。目前对高速铁路施工期沉降均进行了测试与评估，而路基服役期沉降是一个长期过程，需要进行长期监测。高速铁路运营期沉降(尤其是不均匀沉降)对高速行车的舒适性、安全性构成巨大威胁，其发展机理、监测评估技术是世界各国面临的重要技术难题之一。我国现有高铁运营网沿线地质情况复杂，桥隧比例较大，路基过渡段位置由于刚度突变，较容易产生路基沉降，影响行车安全及舒适度。因此，需对此进行长期在线监测，便于管理部门及时掌握线下路基沉降数据，作为快速管养决策的依据，对铁路管理部门制定高铁养护维修计划，完善我国高铁安全保障技术具有重要意义。

市场上现有的路基沉降变形监测的方法较多，如现在常用的有水准仪、全站仪、百分表、连通管、GPS(Global Positioning System全球定位系统)、激光测量等，以上各种测量技术及方法均在不同的领域取得了实际可行的工程运用，如基于光学测试技术的测量技术广泛运用于施工测量中，其精度高、操作简便，适合短期测量操作；百分表、千分表的位移计在室内模型试验及现场易设置参考点时，测试精度较高，测点布置较方便，但在高速铁路路基沉降监测应用中实用性较差；光电图像及基于激光原理的测量技术在特殊场合也取得了较大的实用性，但光路对天气和环境振动敏感，长期使用过程中会带来大量问题；GPS精度较低，调试复杂；基于连通管测试机理的沉降及变形监测技术目前是土木工程领域长期监测的主要测试手段，但是其精度、稳定性以及作用机理还存在较大的问题。

申请号为CN103676844A的专利申请公开了一种高速铁路轨道基础沉降监控系统及监控方法，其总通信模块和各个子通信模块均为无线通信模块，在长期监测过程中，子模块与总模块之间的信号易受外界干扰较大，很难得到长期连续保障，容易出现中断的情况，势必会导致大量数据丢失，特别在偏远山区及超长隧道的情况下，无线传输数据量和传输距离都受到较大制约，并且无线传输的模块能耗较大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种高速铁路路基沉降变形监测方法，通过倾角仪测量高速铁路路基断面位置的倾角数据，通过微型计算机采集倾角数据，能够有效监测高速铁路路基是否沉降变形，并通过倾角数据能够计算出高速铁路路基沉降变形的程度。

本发明提供一种高速铁路路基沉降变形监测方法，包括以下步骤：

A、根据需要监测的高速铁路路基长度选择相应数量的钢管，在每根钢管内固定1个倾角仪，将所有钢管沿轨道的延伸方向设置于轨道板的一侧；通过每根钢管内的倾角仪，测量对应的路基断面位置的倾角数据，转到步骤B；

B、设所有倾角仪的数量为n，n个倾角仪距离需要监测路基起点的距离依次为x₁,x₂,…,x_n，n个倾角仪所测量的倾角数据依次为y₁′,y₂′,…,y_n′，则有：矩阵其中1≤i≤n；

将矩阵与y_i′相乘得到矩阵Y_i，再对矩阵Y_i求和得到矩阵Y；

将矩阵转置得到转置矩阵将转置矩阵与矩阵x_i相乘得到矩阵X_i，再对矩阵X_i求和得到矩阵X；

设未知数A、B、C和D，将矩阵X和矩阵Y代入公式：X[A,B,C,D]^T＝Y^T，其中[A,B,C,D]^T为矩阵[A,B,C,D]的转置矩阵，Y^T为矩阵Y的转置矩阵；

求解X[A,B,C,D]^T＝Y^T，得到A、B、C和D，将A、B、C和D的值代入路基线形公式： $y=\frac{A}{4}{x}^4+\frac{B}{3}{x}^3+\frac{C}{2}{x}^2+\mathrm{Dx},$ x取x₁～x_n中任意值，求出对应路基沉降的数值y，结束。

在上述技术方案的基础上，步骤A之后B之前还包括以下步骤：在需要监测的高速铁路路基附近设置微型计算机，微型计算机连接有无线数据发射器，将所有倾角仪均与微型计算机连接，通过微型计算机采集每个倾角仪侧量的倾角数据，并将采集的倾角数据通过无线数据发射器发送到互联网，再通过微型计算机或互联网读取倾角数据。

在上述技术方案的基础上，所述微型计算机还连接有太阳能电池板，太阳能电池板用于为微型计算机供电。

在上述技术方案的基础上，所有钢管均为方形钢管。

在上述技术方案的基础上，所有钢管的长度均为0.4～0.8m。

在上述技术方案的基础上，所有钢管沿轨道的延伸方向等距设置于轨道板的一侧。

在上述技术方案的基础上，相邻两个倾角仪的间距均为10～50m。

在上述技术方案的基础上，所有倾角仪均选用光纤陀螺仪。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中通过倾角仪测量高速铁路路基断面位置的倾角数据，通过微型计算机采集倾角数据，能够有效监测高速铁路路基是否沉降变形，并通过倾角数据能够计算出高速铁路路基沉降变形的程度。

(2)本发明在监测高速铁路路基是否沉降变形时，倾角数据通过微型计算机实时采集，通过无线数据发射器实时传输，不但能够实现远程监测，而且能够有效防止倾角数据丢失，提高监测的准确性。

(3)本发明中采用一定长度的方形钢管来对倾角仪和高速铁路路基沉降进行变形匹配，克服路基表面局部不平整带来的误差，保证监测的准确性。

(4)本发明中的倾角仪选用光纤陀螺仪，能够有效提高倾角数据测量的精度，提高动态采样的频率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种高速铁路路基沉降变形监测方法，包括以下步骤：

S1、根据需要监测的高速铁路路基长度选择相应数量的钢管，在每根钢管内固定1个倾角仪，将所有钢管沿轨道的延伸方向设置于轨道板的一侧；通过每根钢管内的倾角仪，测量对应的路基断面位置的倾角数据，转到步骤S2。

S2、在需要监测的高速铁路路基附近设置微型计算机，微型计算机连接有无线数据发射器，将所有倾角仪均与微型计算机连接，通过微型计算机采集每个倾角仪侧量的倾角数据，并将采集的倾角数据通过无线数据发射器发送到互联网，再通过微型计算机或互联网读取倾角数据，转到步骤S3。

S3、设所有倾角仪的数量为n，n个倾角仪距离需要监测路基起点的距离依次为x₁,x₂,…,x_n，n个倾角仪所测量的倾角数据依次为y₁′,y₂′,…,y_n′，则有：矩阵其中1≤i≤n；

将矩阵与y_i′相乘得到矩阵Y_i，再对矩阵Y_i求和得到矩阵Y；

将矩阵转置得到转置矩阵将转置矩阵与矩阵x_i相乘得到矩阵X_i，再对矩阵X_i求和得到矩阵X；

设未知数A、B、C和D，将矩阵X和矩阵Y代入公式：X[A,B,C,D]^T＝Y^T，其中[A,B,C,D]^T为矩阵[A,B,C,D]的转置矩阵，Y^T为矩阵Y的转置矩阵；

求解X[A,B,C,D]^T＝Y^T，得到A、B、C和D，将A、B、C和D的值代入路基线形公式： $y=\frac{A}{4}{x}^4+\frac{B}{3}{x}^3+\frac{C}{2}{x}^2+\mathrm{Dx},$ x取x₁,x₂,…,x_n中任意值，求出对应路基沉降的数值y，结束。

本实施例中，微型计算机还连接有太阳能电池板，太阳能电池板用于为微型计算机供电。所有钢管均为方形钢管，钢管的长度均为0.4～0.8m，所有钢管沿轨道的延伸方向等距设置于轨道板的一侧，相邻两个倾角仪的间距均为10～50m，所有倾角仪均选用光纤陀螺仪。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、根据需要监测的高速铁路路基长度选择相应数量的钢管，在每根钢管内固定1个倾角仪，将所有钢管沿轨道的延伸方向设置于轨道板的一侧；通过每根钢管内的倾角仪，测量对应的路基断面位置的倾角数据，转到步骤B；

B、设所有倾角仪的数量为n，n个倾角仪距离需要监测路基起点的距离依次为x₁,x₂,…,x_n，n个倾角仪所测量的倾角数据依次为y₁′,y₂′,…,y_n′，则有：矩阵其中1≤i≤n；

将矩阵与y_i′相乘得到矩阵Y_i，再对矩阵Y_i求和得到矩阵Y；

将矩阵转置得到转置矩阵将转置矩阵与矩阵x_i相乘得到矩阵X_i，再对矩阵X_i求和得到矩阵X；

设未知数A、B、C和D，将矩阵X和矩阵Y代入公式：X[A,B,C,D]^T＝Y^T，其中[A,B,C,D]^T为矩阵[A,B,C,D]的转置矩阵，Y^T为矩阵Y的转置矩阵；

求解X[A,B,C,D]^T＝Y^T，得到A、B、C和D，将A、B、C和D的值代入路基线形公式： $y=\frac{A}{4}{x}^4+\frac{B}{3}{x}^3+\frac{C}{2}{x}^2+\mathrm{Dx},$ x取x₁～x_n中任意值，求出对应路基沉降的数值y，结束。

2.如权利要求1所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：步骤A之后B之前还包括以下步骤：在需要监测的高速铁路路基附近设置微型计算机，微型计算机连接有无线数据发射器，将所有倾角仪均与微型计算机连接，通过微型计算机采集每个倾角仪侧量的倾角数据，并将采集的倾角数据通过无线数据发射器发送到互联网，再通过微型计算机或互联网读取倾角数据。

3.如权利要求2所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：所述微型计算机还连接有太阳能电池板，太阳能电池板用于为微型计算机供电。

4.如权利要求1所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：所有钢管均为方形钢管。

5.如权利要求1所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：所有钢管的长度均为0.4～0.8m。

6.如权利要求5所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：所有钢管沿轨道的延伸方向等距设置于轨道板的一侧。

7.如权利要求6所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：相邻两个倾角仪的间距均为10～50m。

8.如权利要求1至7任一项所述的高速铁路路基沉降变形监测方法，其特征在于：所有倾角仪均选用光纤陀螺仪。