高速鐵路運營監測的必要性分析

王 春 田

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142)

高速鐵路運營監測的必要性分析

王 春 田

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142)

對高速鐵路運營監測進行了分析，從保障安全運輸、養護維修、促進設計和施工水平、國家法令和行業規則的要求等方面進行了論述，提出了建立監測大數據中心的建議方案，對提高高速鐵路養護維修水平，保障高速鐵路的運營安全具有一定的借鑒作用。

工程測量，高速鐵路，運營監測

我國高速鐵路建設范圍廣、結構形式多樣、運營時間較短、所處地理環境復雜，高速鐵路運營速度快，對軌道平順性要求高，如何確保高速鐵路安全運營，如何確保高速鐵路百年使用壽命，需要對運營期高速鐵路的穩定狀態進行監測和評估，并系統查找、深入分析影響高速鐵路穩定狀態的因素，制定行之有效的高速鐵路養護維修措施，以確保高速鐵路長期安全運營。

1 運營監測是保證高速鐵路安全運輸的需要

1.1 高速鐵路對軌道的平順性要求高

高速鐵路運行速度快，為滿足列車運行的平穩和旅客的舒適，那么就要求軌道的高平順性，軌道平順性精度需要達到毫米級水平。軌道的線下基礎由橋梁、路基、隧道等構成，線下結構的穩定性有很高的要求。

1.2 多種風險威脅高速鐵路正常運營

由于我們國家各地區地形、地質、氣候、水文等條件各異，在不同的地區，由于自然條件變化、建設活動影響等，可能會對鐵路沿線或鐵路本身造成較為嚴重的影響。如某運營高速鐵路全線范圍內四個路基段中，較為穩定的是1號路基和4號路基，年沉降值小于10 mm/年；2號路基和3號路基的絕對沉降值都比較大，大于50 mm/年，2號、3號路基中的路橋過渡段均出現了不同程度的差異沉降，且差異沉降值以5 mm/年的速度發展，如不及時維護，將會引起限速運行。某北方高速鐵路軌道鋪設完成后，通過對其進行周期性的監測，發現個別中期段落在冬季有明顯的凍脹變化。部分段落出現的垂直變形，有些地方下陷，有些地方隆起，成為波浪型路基。自2012年4月份軌道精調以來，某客專全線新發現亂堆亂放、建房、改河、下穿道路施工等引起軌道線路偏移多處，最大偏移量6 mm，最大偏移長度200 m。

考慮到高速鐵路沿線的復雜環境，尤其像軟土路基、黃土路基地區的沉降非常嚴重，為準確及時的發現地面沉降對構筑物的影響，保證高速鐵路的運營安全，實施運營監測是非常必要的。

2 運營監測能促進設計和施工水平的提高

通過“引進—吸收—再創新”，我國初步形成了高速鐵路建設的理論化標準體系，還需要在運營實踐中繼續完善。通過運營監測，可以驗證設計的科學性和施工的合理性，為提升我國高速鐵路設計和施工水平積累驗證數據，促進我國高速鐵路建設水平的提高。通過近幾年的監測數據，發現在區域沉降或黃土地區，采用特設路基遠不如采用橋梁更有利于行車，并且在實際監測中發現，無砟軌道在有些地區也存在明顯的不適應性，這些地區沉降明顯，變形量大，無砟軌道維修困難，只能采取限速行駛的安全措施。

同時，隨著監測技術的進步，所獲取的監測數據更為全面和直觀，如采用移動測量技術的點云數據，不僅包含軌道板、軌道信息，同時也可獲取接觸網數據、鐵路邊坡數據，可以通過數據分析，發現接觸網、鐵路邊坡的動態變化，提高鐵路養護維修效率。

3 運營監測能為養護維修提供依據

高速鐵路建設費用高，維修困難，通過運營監測，能夠發現影響鐵路工程穩定性的風險或隱患，為運營養護維修提供依據。

某高速鐵路運營監測時發現某段路基存在明顯沉降，且在路橋附近存在較為明顯的路橋差異沉降。工務維修部門依據運營監測數據，分析沉降原因并及時采取了維修措施，保證了行車安全。

考慮到高速鐵路沿線的復雜環境，自然變化和人文活動都可能對高鐵工程造成不良影響，通過運營監測，能夠發現各種因素對構筑物的影響，進而發現高速鐵路安全運營的風險或隱患，為工務維修部門及時分析原因并采取限速、適時養護維修等措施提供必要的依據。

4 高速鐵路運營監測是國家法令和行業規則的要求

高速鐵路運營監測是必要的、重要的基礎性工作，為此，原鐵道部、鐵路總公司出臺了系列技術要求和管理辦法。我國TB 10621—2014高速鐵路設計規范、TB 10601—2009高速鐵路工程測量規范、TB 10754—2010高速鐵路軌道工程施工質量驗收標準等高速鐵路規范對設計、施工和運營提出的要求中包含運營監測方面的指標和要求?！陡咚勹F路運營沉降監測管理辦法》(運基線路[2010]554號)和《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》(鐵運[2012]83號)對高速鐵路運營監測提出較為具體的作業要求。為規范高速鐵路運營期精密測量控制網的維護管理工作和高速鐵路運營期基礎變形監測管理工作，2015年4月，鐵路總公司印發《運營高速鐵路精密測量控制網管理辦法》和《運營高速鐵路基礎變形監測管理辦法》，規定了開展高速鐵路精測網維護工作和基礎變形監測的職責分工和技術要求。京津城際、京滬高速鐵路、京石客運專線、大西客運專線等公司組織開展了高速鐵路運營監測工作，有效保證了高速鐵路的運營安全。

5 建立運營監測大數據中心的建議

5.1 高速鐵路運營監測數據數量大

高速鐵路運營期監測需要開展精密控制網復測、結構物監測等工作，監測周期長，監測數據量大，需要使用大數據管理平臺進行管理。高速鐵路運營監測具有下列特點：

1)數據種類多。包括沉降監測、凍脹監測、平面位移監測、梁體變形監測等，隨著新技術的成熟應用，三維激光掃描、傾斜攝影測量、機載激光雷達、合成孔徑雷達掃描測量等技術將逐步應用到高速鐵路運營監測中，監測數據量將呈幾何數量級增加。

2)監測區域廣。高速鐵路運營監測區域覆蓋全國所有運營高鐵線路，預計到2020年，將達到3萬km。

3)監測期次多。每條高速鐵路全線通常一年監測一次，重點段落通常一、兩個月監測一次，采用自動化監測技術的則幾分鐘就可以采集一次，如此密集的監測數據，需要依托大數據中心的高速帶寬和處理速度才能實現數據的集中。

高速鐵路運營監測特點決定了監測數據量龐大、數據復雜，造成了數據管理、數據查詢難度較大，這就需要一個有效的方法來解決大數據的存儲管理與查詢分析。大數據通常采用數據中心的方式進行管理，由多個服務器并行式運行，以保證數據查詢、分析的效率。

5.2 運營監測數據是未來最重要的資源

大數據應用是一項長期持續的過程，是一項系統性工程，不可能一蹴而就，需要立足當前、放眼長遠。除要建立大數據存儲、處理、分析、展示等應用功能外，與長期的數據積累、模型算法的修正調整以及相關信息系統的優化完善密不可分，將是一個迭代發展和螺旋式上升的過程。高速鐵路線橋結構、軌道幾何狀態等方面的變化一般是緩慢地持續性變化，其變化規律需要通過長期、定時監測并采用科學的數學分析方法才能確定。比如凍脹監測在每年冬季進行，通過幾年的監測數據才能分析出凍脹的機理，從而優化設計和施工方案，或者提出可行的運營維護措施。對長期保存的大量監測數據進行定量分析，可以優化設計，提高我國高速鐵路設計、建造和運營水平。

5.3 運營監測數據應該建立統一的標準體系

我國規劃了“八縱八橫”的高速鐵路網，運營監測工作量大，監測數據分散在不同的單位、部門，但高速鐵路運營監測數據關乎運營安全，屬于敏感信息，應通過大數據中心統一管理和使用，避免泄密或丟失。統一管理的數據對各高鐵公司、鐵路局、總公司按照管理職責開放使用權限，可方便各級機構調用。在發生突發情況時，也方便各級管理機構及時決策。同時，隨著數據管理水平的改進，也利于實現對高速鐵路運營監測數據的實時、動態、數字管理，不斷提高和改進高速鐵路運營監測管理水平。

6 結語

高速鐵路運營監測是確定高速鐵路狀態穩定與否和制定高速鐵路養護維修措施的基礎性工作。通過對高速鐵路加強結構物本身及其沿線環境的普查和監測，及早掌握其變化狀況和規律，積累基礎數據，有針對性地進行預防和預測，甚至采取一定的措施，以保證高速鐵路軌道的平順性及運營的安全。并總結高速鐵路運營監測經驗，制定技術標準，建立數據處理中心，有利于我國高速鐵路養護維修水平的提高，保障高速鐵路的運營安全。

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Analysisonnecessityforoperationmonitoringofhigh-speedrailway

WangChuntian

(ChinaRailwayDesignCorporation,Tianjin300142,China)

Monitoring in stage of operation for high-speed railway has been analyzed in this paper. The guaranteeing of safe transportation, repair and maintenance, promoting the design and construction technical level, the requirements of national laws and industry regulations have also been discussed. A proposal of setting up big data center for monitoring has been put forward. This paper can be used as reference to improve the repair and maintenance technical level for high-speed railway, and to ensure the safety of high-speed railway operation.

engineering survey, high-speed railway, monitoring in stage of operation

2017-10-27

王春田(1973- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0153-02

F530.7

A