李靜文 劉健娜

摘要：高速鐵路因列車速度快、運(yùn)載量大，對(duì)鐵路橋梁、隧道、路基和軌道等工務(wù)工程有著高平順、高穩(wěn)定性和高可靠性的要求。目前，對(duì)于整體線路工程中包含的橋梁、隧道、路基、軌道結(jié)構(gòu)建立整套健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相對(duì)較少。針對(duì)這一情況，本文依托高速鐵路工務(wù)工程中包含的橋梁、隧道、路基、軌道等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一套完整的運(yùn)營(yíng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;健康監(jiān)測(cè);線路工程。

1 引言

我國(guó)作為全世界運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)，也是高速鐵路在建規(guī)模最大的國(guó)家。目前相關(guān)部門已經(jīng)開(kāi)始對(duì)已建成的高速鐵路工務(wù)工程如何進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)開(kāi)始研究，但是現(xiàn)在的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多數(shù)都是對(duì)于單個(gè)的橋梁、隧道、路基或者軌道的某一部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而對(duì)于整體線路工程建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相對(duì)較少。為此，本文擬結(jié)合高速鐵路工務(wù)工程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方案。

2 高速鐵路的主要特點(diǎn)

高速鐵路線路工程是典型的由不同結(jié)構(gòu)物（橋梁、隧道、路基、軌道）相互串聯(lián)組成一個(gè)集成化、系統(tǒng)化的復(fù)雜系統(tǒng)。高速鐵路有以下特點(diǎn)：

2.1 高速列車為了保證速度快的特點(diǎn)，采用更多的橋梁和隧道來(lái)縮短距離。

2.2 高速列車行車速度快，密度大，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的依賴性能更強(qiáng)。

3 建立高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體目標(biāo)和要求

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體目標(biāo)

3.1.1 獲取橋梁、隧道、路基和軌道結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運(yùn)營(yíng)的特征信息，評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。對(duì)于沿線整體性和關(guān)鍵部位的損傷，對(duì)結(jié)構(gòu)整體做出健康狀態(tài)評(píng)估和安全性評(píng)價(jià)。

3.1.2 評(píng)價(jià)高速鐵路工務(wù)工程中橋梁、隧道和路基、軌道承受動(dòng)、靜荷載的能力和可靠性，為運(yùn)營(yíng)管理與養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)。

3.2 系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體組成框架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸（有線或無(wú)線）、數(shù)據(jù)處理管理、安全評(píng)估和信息顯示等。

3.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊的集成

高速鐵路監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括橋梁、隧道、路基、軌道四大子模塊如圖1所示。再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并通過(guò)監(jiān)控中心的處理與分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估、狀態(tài)評(píng)價(jià)或發(fā)布預(yù)警信息等。

3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

這個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)分為四個(gè)基礎(chǔ)采集總站如圖2，各站包括：橋梁采集總站、隧道采集總站、路基采集總站、軌道采集總站。

4 高速鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本框架和系統(tǒng)的物理分布情況，將軟件系統(tǒng)劃分為6功能模塊，主要分為：（1）模塊1：數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)（2）模塊2：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（3）模塊3：數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（4）模塊4：結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)（5）模塊5：界面顯示系統(tǒng)（6）模塊6：養(yǎng)修決策系統(tǒng)。

4.1 系統(tǒng)界面功能設(shè)計(jì)

高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件主要界面功能菜單見(jiàn)圖6所示，可以看出整個(gè)系統(tǒng)可分為：橋梁監(jiān)測(cè)、隧道監(jiān)測(cè)、路基監(jiān)測(cè)、軌道監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、文檔管理、巡檢養(yǎng)護(hù)、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)管理等十大功能。

4.2 系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，服務(wù)器采用，操作系統(tǒng)采用Windows 2003 SERVER。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用LabView 7.0進(jìn)行設(shè)計(jì)等。軟件儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)包括傳感器采集數(shù)據(jù)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、圖像等多媒體數(shù)據(jù)。界面交互顯示層采用自行開(kāi)發(fā)的專門應(yīng)用于高速鐵路健康監(jiān)測(cè)和數(shù)字化管養(yǎng)的客戶端系統(tǒng)，提供各種查詢和交互操作。軟件特點(diǎn)：（1）整個(gè)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一界面方式運(yùn)行，可以對(duì)橋梁、隧道、路基、軌道各個(gè)子系統(tǒng)無(wú)縫連接的顯示;（2）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能;（3）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集軟件，支持多信號(hào)采集;（4）具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能;（5）界面實(shí)現(xiàn)圖形化，易操作。

5 高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

5.1 工程概況

京滬高速鐵路，線路由北京南站至上海虹橋站，全長(zhǎng)1 318公里。線路中包含的橋梁長(zhǎng)度1 140 km，占正線長(zhǎng)度86.5%;隧道約長(zhǎng)16 km，占正線長(zhǎng)度1.2%;路基長(zhǎng)162 km，占正線長(zhǎng)度12.3%;本文選取位于濟(jì)南段路中的跨濟(jì)兗公路特大橋和西渴馬一號(hào)隧道全長(zhǎng)2.812km以及濟(jì)南西客運(yùn)站（車站路基及軌道）構(gòu)成的一段高路鐵路線路，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立一個(gè)自動(dòng)建立一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。測(cè)區(qū)間段屬于京滬高速鐵路的第三標(biāo)段DIK412+0.62.27-DK667+0.2673正線全長(zhǎng)，地處山東省濟(jì)南市位于黃河以南沖積平原、丘陵及丘間平原，全線最重要的路基工點(diǎn)類型有軟土和松軟土地路基。

5.2 系統(tǒng)軟件的主要界面實(shí)現(xiàn)

高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件主要界面有登錄界面、系統(tǒng)主界面以及軟件的幾種主要功能實(shí)現(xiàn)界面。

5.2.1 登錄界面

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)登錄是在登錄主界面輸入用戶名和密碼確認(rèn)后即可進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行查詢。登錄的界面。

5.2.2 系統(tǒng)功能界面

登錄系統(tǒng)后進(jìn)入主界面，如圖7所示，主界面采用分區(qū)布置，各區(qū)具體功能有：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、用戶管理、系統(tǒng)維護(hù)、巡檢養(yǎng)護(hù)、輔助功能、橋梁監(jiān)測(cè)、路基監(jiān)測(cè)、隧道監(jiān)測(cè)、軌道監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)診斷等。

以橋梁的監(jiān)測(cè)分析為例介紹。下面把撓度的查詢過(guò)程為例進(jìn)行演示。首先通過(guò)界面上橋梁模塊中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)選擇撓度，如圖2所示。再選擇撓度波形查詢條件窗口對(duì)于要查詢的具體時(shí)間段進(jìn)行選擇。最后彈出撓度波形圖窗口，其中顯示了撓度波形圖同時(shí)還記錄了行車的車次、起始時(shí)間和當(dāng)時(shí)的環(huán)境情況。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著高速鐵路的迅速發(fā)展，為了保障高速鐵路的運(yùn)行安全，預(yù)防和避免工務(wù)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施事故發(fā)生，需要建立高速鐵路健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將四大基礎(chǔ)設(shè)備聯(lián)系起來(lái)總體的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，其中包括橋梁、隧道、路基、軌道狀態(tài)的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，并利用數(shù)據(jù)集成平臺(tái)形成數(shù)據(jù)的集中管理、共享和綜合分析，為工務(wù)管理部門和作業(yè)維修部門提供安全監(jiān)測(cè)與管理信息服務(wù)，以保證高速列車的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

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