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：本文結合高速鐵路沉降觀測外業采集測點較多、采集周期長、內業處理復雜煩瑣的特點，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，從沉降觀測數據采集、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。

關鍵詞：高速鐵路；沉降觀測；信息化管理；數據分析

中圖分類號：U446 文獻標識碼：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展。高速鐵路作為國家重大建設工程項目之一，其具有投資規模大、技術標準高、質量管控嚴和建設速度快的特點。高速鐵路的高平順性和高穩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據，對數據處理軟件和數據管理系統提出了更高的要求。由中鐵西南科學研究院有限公司開發的沉降觀測終端采集軟件將網絡平臺和手機采集端網絡技術融合在一起，實現數據采集、處理、管理和分析等方面的信息化管理，解決了數據繁雜的難題，提高了作業效率。

1 沉降觀測信息化管理系統概述

沉降觀測信息化管理系統依托于“互聯網+”和移動網絡等相關技術，將互聯網的B/S（瀏覽器/服務器）與C/S（客戶機/服務器）相結合，實現觀測數據自動化采集、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據的目的。沉降觀測信息化管理系統是《客運專線鐵路變形觀測評估技術手冊》（第2版）和《國家一、二等水準測量規范》（GB/T 12897—2006）的共同體現。沉降觀測信息化管理系統包括網絡平臺（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標位于湖北省棗陽市境內，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，途經棗陽站。主要工程內容包括：HSSG-5標段范圍內站前工程及接口工程（包括無砟道床施工；本標段及1標范圍內的箱梁預制及架設）。

2 沉降觀測外業數據采集

按照《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》（鐵建設[2006]158號）[1]、《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規定》（鐵建設[2006]189號）和《國家一、二等水準測量規范》（GB/T 12897—2006）等的規定要求，結合工程的實際情況對沉降觀測的基準點、工作基點和沉降觀測的變形觀測點（沉降板、沉降觀測標、沉降監測樁）進行量測，外業觀測數據是通過手機采集端采集的，觀測人員使用預裝有采集軟件的手機操控電子水準儀量測數據，測量完成后進行自動平差計算處理，并在有網絡的條件下上傳至數據服務器。

當完成整個水準線路測量后，系統提醒完成測量，將結束本次測量，對已觀測數據進行自動平差處理，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，可以分享原始數據和平差結果。借助手機采集端進行外業數據采集，可以實現沉降觀測數據獲取和平差自動化處理，并能將合格的數據上傳到網絡平臺，避免了常規沉降觀測外業結束后對沉降觀測數據記錄、計算、整理等煩瑣的工序，提高了外業作業效率，實現了信息化同步管理。

3 沉降觀測內業數據管理

傳統的內業數據管理模式采用人工導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。較傳統的內業數據管理，由中鐵西南科學研究院有限公司開發的沉降觀測終端采集系統實現了自動化和信息化管理，其將工程基礎信息單元分級別建立，通過系統內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，并自動生成數據沉降曲線圖，匯總多期沉降監測數據，可進行進一步回歸分析及研究。

3.1 內業數據查詢檢索匯總

用戶可通過PC機網頁端登錄平臺查詢檢索觀測數據、斷面的沉降信息和超限信息等，并且可通過沉降數據曲線直觀顯示出來。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，如監測期數、填土高度、觀測階段、觀測時間、成果值、修正量、測點狀態、兩次觀測時間間隔、累計監測天數、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。當觀測數據超出沉降觀測設計值，或者觀測延誤時，系統將會預警顯示超限信息，用戶可以分析超限的原因，并提出應對管理決策。系統可自動對內業數據進行統計匯總，生成表格，便于管理 。

3.2 內業數據輸出管理

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

4 沉降觀測數據結果分析和預評估

沉降觀測數據分析評估工作是確保高速鐵路無砟軌道鋪設質量的關鍵環節。一般情況下，觀測數據煩瑣復雜，影響評估工作的順利開展。而該系統集成了多種回歸分析方法，對監測和評估工作提供了極大的便利。高速鐵路線下沉降監測評估按照《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》（鐵建設[2006]158號）進行。

4.1 沉降觀測評估標準

①橋梁、涵洞主體施工完成后，變形觀測一般應不少于6個月的沉降觀測數據確定沉降變形趨勢，曲線回歸的相關系數應不低于0.92，且近3個月沉降量應小于2mm。

②路基表層工程施工完成后，變形觀測一般不應少于6個月的沉降觀測數據確定沉降變形趨勢，曲線回歸的相關系數應不低于0.92，且近3個月沉降量應小于2mm。

③當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據未出現連續下沉現象；預測的主體工程工后沉降值[?S]不大于15mm；沉降預測的可靠性應通過驗證，間隔不少于3個月的兩次預測最終沉降的差值小于5mm；主體工程施工完成后，最終的沉降預測時間應滿足式（1）所示的條件：

[StS t=∞≥75%] （1）

式中：[St]表示預測沉降觀測值；[S t=∞]表示預測的最終沉降量。

4.2 沉降觀測預評估

系統提供的沉降觀測預評估的方法有雙曲線法、三點法、拋物線法和指數曲線法等。可以將橋梁、涵洞主體施工完成后或者路基表層工程施工完成后6個月沉降觀測數據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系數，以判定該測點在該階段沉降是否收斂，并預測以后的沉降觀測累計變化值 。

高速鐵路沉降監測信息化借助現代化的通訊設備和高精度測量儀器設備，以網絡平臺為載體，實現了現場量測數據采集上傳、軟件自動化分析處理、及時預警、及時處理并遠程監控，并系統平臺的運用使沉降觀測方法、觀測行為和數據處理反饋更為規范化和標準化，實現沉降監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管人員和觀測人員的不同需求，在規避項目安全風險、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條件評估指南鐵建設（鐵建設[2006]158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.