路基沉降全方位監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)的研究.pdf

1、高速、重載鐵路的建設(shè)，對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)鐵路設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等提出了新的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)路基、橋梁和軌道沉降變形的要求顯著提高。路基沉降檢測(cè)是鐵路檢測(cè)中不可或缺的一項(xiàng)，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)鐵路線路路基的沉降與變形，及時(shí)對(duì)不符合要求的路基進(jìn)行維護(hù);通過(guò)分析沉降與變形的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究不同條件下路基沉降與變形的規(guī)律，采取不同施工方式來(lái)控制其沉降量與變形量。現(xiàn)有路基沉降檢測(cè)方法普遍存在測(cè)量參數(shù)不全面、測(cè)量基準(zhǔn)設(shè)置困難、各測(cè)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立難以得到整體沉降情況等缺點(diǎn)，傳

2、統(tǒng)檢測(cè)方法依靠人工作業(yè)，還存在耗時(shí)、耗力、低效等不足。
　　針對(duì)以上缺點(diǎn)與不足，本論文基于對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的全面剖析，主要開(kāi)展多參數(shù)、全方位路基沉降測(cè)量方法的研究，并以自動(dòng)檢測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為宗旨，建立一套全新的路基沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人工干預(yù)情況下，客觀、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)路基的各種沉降，滿足我國(guó)鐵路建設(shè)快速發(fā)展對(duì)鐵路監(jiān)測(cè)提出的新要求。
　　本論文取得的創(chuàng)新成果包括:
　　1)提出一種基于星點(diǎn)法的路基表面沉降測(cè)量方法。該方法利

3、用隨路基一同沉降的紅外LED在基準(zhǔn)點(diǎn)的線陣CCD上成像光斑的移動(dòng)來(lái)測(cè)量表面沉降。為克服成像比例系數(shù)誤差對(duì)測(cè)量的影響，提出了成像比例自動(dòng)標(biāo)定技術(shù)，以固定間距的兩個(gè)LED作為測(cè)標(biāo)，測(cè)量與標(biāo)定同時(shí)進(jìn)行，無(wú)需測(cè)量物距，提高沉降測(cè)量精度;為消除環(huán)境雜散光的影響，提出了背景自動(dòng)去除技術(shù)，增加了表面沉降測(cè)量的適應(yīng)范圍;改進(jìn)了加權(quán)質(zhì)心法，提出了適合于表面沉降測(cè)量的目標(biāo)自動(dòng)定位方法。
　　2)提出了基于傾角測(cè)量的分層垂直沉降與橫向位移同時(shí)測(cè)量方法以

4、及路基剖面沉降自動(dòng)測(cè)量方法，并研制了相應(yīng)的系統(tǒng)。通過(guò)建立模型，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中一些重要問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，并給出相應(yīng)的解決方案。主要有:分層垂直沉降磁環(huán)中永磁體的最佳排列方式;分層垂直沉降差動(dòng)霍爾元件的放置方式;剖面沉降中不同測(cè)量范圍對(duì)應(yīng)的最佳步長(zhǎng)等。
　　3)研制出路基沉降自動(dòng)檢測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基于星點(diǎn)法的路基表面沉降測(cè)量子系統(tǒng)、基于傾角測(cè)量的分層垂直沉降與橫向位移同時(shí)測(cè)量子系統(tǒng)、路基剖面沉降自動(dòng)測(cè)量子系統(tǒng)等三個(gè)測(cè)量子系

5、統(tǒng)以及一個(gè)無(wú)線傳輸子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了路基沉降高精度、多參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性和有效性。
　　除上述創(chuàng)新性成果以外，本論文的主要工作還包括:
　　1)設(shè)計(jì)路基表面沉降測(cè)量系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室搭建相應(yīng)的試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)、成像比例自動(dòng)標(biāo)定、穩(wěn)定性測(cè)量等實(shí)驗(yàn)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和分析，以驗(yàn)證星點(diǎn)法測(cè)量路基表面沉降的可行性。
　　2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用要求，對(duì)分層沉降與橫向變形同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)以及剖面

6、沉降變形測(cè)量系統(tǒng)各種元器件以及各個(gè)儀器進(jìn)行調(diào)研、選型;機(jī)械加工以及電路調(diào)試完成后，進(jìn)行了分層垂直沉降與剖面沉降模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方案的可行性。
　　3)開(kāi)展了數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸方案和自動(dòng)監(jiān)測(cè)方案的研究，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的路基沉降全方位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);通過(guò)紅外、無(wú)線數(shù)傳模塊、GPRS DTU模塊等無(wú)線傳輸方法構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，與研制的各種功能模塊傳感器數(shù)字化接口連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè);介紹了方便用戶進(jìn)行管理的監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)。
　　4)在京滬高鐵濟(jì)南西客