铁路线下工程沉降观测信息化管理技术与运用

王腾华

摘 要：文章立足于铁路工程质量管理，以互联网+和移动网络相关技术为依托，建立以“监测数据自动采集传输、自动处理、自动反馈”为特征的铁路线下工程沉降观测信息化系统，实现沉降观测自动化、信息化管理。

关键词：线下工程；沉降观测；信息化

1 概述

铁路建设最重要的两个特点是线路的高平顺性和高稳定性，从而决定了线下工程沉降观测工作的重要性。根据以往经验，沉降观测管理的发展方向在于防止人为因素对數据真实性的干预，建立及时的数据信息反馈机制，方便和简化管理者掌握结构物沉降数值，确定沉降观测的重点，为控制线下工程质量提供依据。

沉降观测信息化系统（以下简称系统）采用.NET开发平台和基于互联网的B/S（浏览器/服务器）与C/S（客户机/服务器）相结合的技术构架，具有数据回归分析与预测功能。根据不同监测项目，内嵌不同的监测公式，包括单曲线回归和双曲线回归。采用规范统一的报表生成技术、可复用软件构建技术、java技术、XML集成技术、协同技术、silverlight技术、WPF技术、工作流技术、数据库技术等。是集线下工程沉降观测数据采集、分析、超限提示和远程监控为一体的信息化管理系统。实现了数据采集、平差、自动上传，自动计算分析、自动反馈和超限提示，终结内业资料人工处理模式。

在观测数据成果评估使用方面，评估单位可自系统选择下载成果数据或原始数据开展评估工作，通过对系统数据的拟合分析，预评估测点或断面的沉降曲线图，直观准确掌握结构物后续沉降变化。

2 目标

系统突破传统管理模式，建立由数据采集端、远程数据处理服器端和客户端三个软件模块共同组成的、B/S与C/S架构混合应用于工程管理的线下工程沉降观测信息化管理平台，实现沉降观测数据自动采集传输、自动处理、自动反馈和超限提示，观测数据及处理结果远程实时查询、溯源管理。

3 系统思路

系统集数据采集及分析处理、远程监控于一体，由数据采集端软件、服务器端软件平台、客户端数据处理（PC机和手机）软件三部分组成，包括现场数据采集端、远程服务器端和客户端。

4 系统特点

系统最大程度地解决了路基、桥梁、隧道等构建物沉降观测数据采集、处理、反馈、超限提示的准确性和及时性问题，实现了数据传输、处理、反馈及超限提示自动化。同时通过互联网+技术和移动网络技术的运用，满足管理者对沉降观测实施过程及超限处理的适时管理需求。

4.1 避免人工干预，保证数据真实

传统管理模式中，沉降观测数据采集通过水准仪获取，临时存储于仪器，或手工记录以保存数据，再通过手工导入或录入平差软件等可用于数据处理的软件中进行人工数据处理分析，数据处理全程处于人工干预状态。随着网络技术的发展，互联网上充斥着大量来源不明的自动编写虚假沉降观测数据软件，导致数据真实性难以保证。

系统分级建立工程基础信息，内嵌不同监测项目的监测电子记录薄和计算公式，自动计算变化值、累计值，生成数据变化趋势图，通过内嵌的预警策略，及时自动超限提示，可做进一步回归分析及研究。数据的唯一入口来自手机采集端加密数据库，数据库中的原始数据来自水准仪测量，无法进行人工录入和修改操作。

系统的技术创新性集中表现在：实现了通过电子水准仪和蓝牙传输功能直接获取观测数据，自动平差处理后及时上传，并通过信息化系统自动处理数据、反馈处理结果，自动超限提示。数据采集模块及处理模块规避人为干预，保证数据真实。

4.2 实现沉降观测标准化、信息化

传统管理模式在数据采集、数据处理和信息反馈过程中，由于受观测水平、观测方法、观测行为等诸多因素影响，数据成果反馈不及时，不利于工程质量管理。

系统支持莱卡、天宝等多种型号规格的电子水准仪，利用外接蓝牙与专用手机配对，即可下载获取服务器工程基础资料。现场完成数据采集后，经过自动平差，可立即验证观测数据是否符合要求，决定是否需要重测。观测完成后，将对应观测桩的观测成果数据直接通过手机网络自动传输至服务器，客户端通过访问服务器进行数据查询和下载工作。

系统实现了网页、手机版本（安卓平台）的软件开发，使管理者可适时查询观测数据和处理结果，开展专业管理。

系统监测成果（数据及数据趋势图）支持不同的格式输出，便于用户存储、打印及共享。按工程项目管理需求输出日报、周报、月报。设置用户访问权限，满足观测人员和管理者工作需求。建立线下工程沉降观测数据库，为同类工程提供数据支撑。具备超限提示手机短信推送功能，有助于管理者及时掌握线下工程变形异常情况，制定工程措施加以控制。

系统的运用使沉降观测方法、观测行为和数据处理反馈更为规范和标准，实现了沉降观测管理工作自动化、信息化。

4.3 提高沉降观测工作效率

传统管理模式在完成数据采集后，人工导入软件进行数据处理、分析和反馈，工作效率低下。

系统可实现数据采集完成即可获得成果数据，具有逐个测点校验功能，自动平差，适时查询测量成果是否满足要求。自动分析处理数据，自动打印纸质报表，降低内业处理时间，极大提高了工作效率。

4.4 应用成本低廉

系统可与主流电子水准仪通讯，主要通讯设备采用普通安卓系统手机，利用现有设备即可完成，不需要重新投入设备，应用成本低廉。

4.5 实现评估工作透明化

评估单位从系统服务器直接下载成果数据（可下载成果数据、也可下载满足平差条件的原始数据）进行评估工作，实现了评估工作透明化。

5 系统组成与运行

5.1 基础技术条件

网络支持（含有线、无线公共网络）；硬件平台和操作系统，包括服务器、客户端PC机、移动智能终端（手机、平板、E人E本等）；服务器端操作系统为Win2003以上版本；客户端PC机操作系统为32位及64位Windows版本；移动智能终端操作系统为Andriod4.0以上；服务器端数据处理应用程序、PC机和手机客户端数据处理应用程序和便携设备端（如手机）数据采集应用程序。

5.2 配套设备

（1）系统运行服务器及网络

单独配置主流服务器1台（独立运行），专人管理与维护； 软、硬件防火墙； 网络带宽10～20M（独享，远端支持internet或VPN连接）；

（2）管理终端设备

智能手机、E人E本等（Android4.0以上操作系统，4.0 以上屏显）； PC机及网络（满足网页登录查询功能，基本配置CPU（Intel 1.8GHz以上，内存2GB及以上，硬盘160GB以上，操作系统WindowsXP或Win7版本，浏览器IE8以上版本。网络2M以上独享带宽）。

（3）观测仪器及配套设备

用于观测的电子水准仪及配套数据线；一对一专用便携采集端设备（手机及SIM卡）：Android4.0以上操作系统，4.0吋以上屏显，开通2G、3G或4G，具备WIFI功能。

（4）内业数据处理PC机及网络

CPU（Intel 1.8GHz以上），内存2GB及以上，浏览器IE8以上版本，网络2M以上独享带宽。

5.3 系统流程（如图2）

（1）设置工程基础信息

通过PC机客户端添加测段，设置测段示意图，添加观测桩，设置观测桩示意图等工程基础信息。（如图3、图4）

（2）上傳工程基础信息

通过PC机客户端将设置完成的工程基础信息上传至服务器平台。（如图5）

（3）下载工程基础信息

现场数据采集前，利用手机等便携式通讯设备自服务器平台下载拟测段的工程基础信息，作好数据采集准备。（如图6）

（4）采集观测数据

观测人员使用预装采集软件的便携设备（手机）控制测试电子水准仪进行数据采集，读取观测数据，自动完成平差计算，成果数据暂存于便携设备，并经便携设备在网络条件下上传至服务器平台。

完成本测段数据采集，经便携设备端（手机）自动计算后，便携设备端（手机）将生成原始数据和平差结果。其中，原始数据同时支持其他软件进行单独平差，支持共享平差结果和原始数据。

（5） 上传观测数据

通过手机将成果数据和原始数据上传至服务器平台。（如图11）

（6）数据管理与运用

管理者和评估单位可通过手机客户端登陆查询数据、超限提示等信息。也可通过PC机网页或客户端软件登陆查询观测数据、超限提示等信息，利用系统数据处理成果开展沉降评估工作。

实现便携设备端（手机）数据成果查询、超限查询、超限统计等功能，使管理者适时了解工程情况。

实现PC机通过网页或客户端软件登陆查询标段线路走向、测段布设图、横纵断面图及各种超限情况的处理，使数据、信息查询更直观，更形象。

（7）数据内业处理

通过PC端软件下载数据成果，开展评估工作，形成评估报告。系统支持根据评估工作需求定制输出其他格式成果资料。

6 系统运用实例

本文以新建宝兰客专线下工程为例，通过系统的运用，及时发布沉降超限提示，适时掌握线下工程变形情况，查找原因、采取措施防患于未然。

实例一：宝兰客专IDK740+145～IDK742+881段路基沉降处理。

该段路基自2014年4月23日开始沉降观测，共计22个测点发生累计沉降值超限，其中路基5个测点发生累计沉降值超限，涵洞17个测点发生累计沉降值超限，如表1：

依据系统数据及超限提示，结合现场实际情况分析原因，结论：该段路基属正常沉降，下沉趋于收敛，但仍继续发展。措施：延长堆载预压期和沉降观测期。如图22：

实例二：宝兰客专上庄隧道沉降处理。

该隧道自2014年11月30日起开始沉降观测，通过系统运用，发现仰供沉降变化异常，下沉（上浮）不稳定。其中，系统发布累计变化量>5mm超限提示点见表2：

依据系统数据及超限提示，结合现场实际情况分析原因，结论：

（1）依据每期测量数据显示：在仰供混凝土施做后，前期呈现上浮现象。衬砌混凝土施做完成后，呈现下沉现象。

（2）上庄隧道为泥岩、沙层，富含水，泥岩极具膨胀性。因各阶段施工荷载变化，造成仰供下沉或上浮，稳定性差。如图23：

措施：

（1）由设计院委托地质勘察院，与施工单位测量组进行1次/1周的平行观测，每周（月）对沉降观测数据进行分析比较。

（2）设计院现场埋设应力监测设备，对围岩沉降变形进行监测，实时获取相关数据。

（3）设计院依据沉降观测数据及应力监测数据，设置专项处理方案指导后续施工。

7 结束语

通过沉降观测信息化系统的运用，更直观准确地反映结构物真实的沉降值，为后续的无砟轨道施工提供了重要的基础保障。在系统运用过程中，应考虑配套管理办法的合理使用，促使管理者充分利用系统成果数据和超限提示，分析沉降异常原因，制定工程处理措施及时消除工程质量隐患，发挥好系统对工程质量管理的预控作用。

参考文献

[1]客运专线铁路变形观测评估技术手册[Z].工管技[2009]77.

[2]关宝树.隧道工程设计要点集[M].人民交通出版社，2011，8.

[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2011，7.