高速铁路沉降监测方法的应用探讨

１６　铁道勘察　２０１１年第６期　文章编号：１６７２—７４７９（２０１１）０６—００１６—０３　高速铁路沉降监测方法的应用探讨　李树伟　（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００２５１）　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙｓ　Ｌｉ　Ｓｈｕｗｅｉ　摘　要　常用的沉降监测方法有精密水准测量、精密三角高程测量、液体静力水准测量、ＧＰＳ测量、　ＩＮＳＡＲ技术、地面ＬＩＤＡＲ技术、竖直位移计、深井分层标等。在高速铁路的设计、施工和运营阶段，由于　沉降监测的目的和对象不一致，宜从精度、周期等角度考虑采用相应的沉降监测方法。结合高铁建设的　一些案例，提出建议供实践参考。　关键词　工程测量　高速铁路中图分类号：ＴＢ２２　沉降监测　文献标识码：Ｂ　１　概况　沉降监测是建筑物变形监测中一项重要的监测内　容，目前比较常用的沉降监测方法有精密水准测量、精　密三角高程测量、液体静力水准测量、ＧＰＳ测量、　ＩＮＳＡＲ技术、地面ＬＩＤＡＲ技术、竖直位移计、深井分层　点；线路水准基点按二等水准测量要求施测，水准路线　般１５０　ｋｍ与国家一、二等水准点联测；线路水准基　一点控制网应全线一次布网测量。勘测设计阶段布设的　高程控制网是高速铁路各阶段沉降监测的基础。　在铁路建设施工和运营阶段，要对高程控制网进　行加密和复测。高程控制网复测一方面能够对控制网　标等。高速铁路在勘测设计、施工和运营阶段都会开　展沉降监测工作，由于沉降监测的目的和对象不一致，　所采用的沉降监测也是多种多样，下面对所用到的监　测方法进行探讨。　进行维护，另一方面能够通过复测反映沿铁路线的地　面区域沉降情况，如图１为某客运专线ＤＫ６０一　ＤＫ２２０的地面沉降形变图，蓝色线为控制网布设后第　６个月的复测变形情况，红色线为第７个月的复测变　形情况。图１反映出在ＤＫ１３０和ＤＫ２００处地面有两　２精密水准测量　精密水准测量可以运用在高速铁路建设的各个阶　段，在高速铁路勘测设计阶段，一般采用精密水准测量　建立首级高程控制网，其布网要求是：线路水准基点沿　线路布设成附合路线或闭合环线，每２　ｋｍ布设一个水　个明显的沉降漏斗，经过一次长周期和一次短周期的　复测，表明地面沉降在持续发生。现场调查发现，地面　里程　准基点；在地表沉降不均匀及地质不良地区，宜按每　１０　ｋｍ设置一个深埋水准点，每５０　ｋｍ设置一个基岩水　准点；基岩水准点和深埋水准点应尽量利用国家或者　其他测绘单位埋设的稳固基岩点水准点和深埋水准　作者简介：暑羿　磊　李树伟（１９７３一）），男，　２００８年年毕业于西南交通大学土木工　年年毕业于西南＿父通大字土不上　程专业，工程师。　图１　某客运专线ＤＫ６０一ＤＫ２２０地面沉降形变　１７　１８　铁道勘察　２０１１年第６期　环境。　５　ＧＰＳ测量　ＧＰＳ测量时可以获取三维坐标，对环境适应性强，　可以用于不同地区的高速铁路设计阶段的地面区域沉　降监测，也可以用于不同地区施工阶段的高程传递和　运营阶段的铁路线路三维监测，并可以通过有线或无　线的形式实现自动化监测。　ＧＰＳ用于沉降监测时，由于所测大地高与铁路设　计的正常高是两种不同的高度表示方法，其相互转换　关系又比较复杂，故一般采用大地高进行相对沉降监　测。目前，在一些高速铁路的大型桥梁采用了ＧＰＳ监　测技术，获得的数据及时、便捷，为桥梁的后期维护提　供了准确的数据。ＧＰＳ由于需要观测卫星，不适用于　隧道或观测卫星困难的地段。　６　ｌＮＳＡＲ技术　在高速铁路勘察设计阶段有一项重要工作是查明　设计线路所经地区的区域地面沉降情况，以前主要靠　收集高程控制点资料和地质资料进行分析，现在开始　采用ＩＮＳＡＲ技术，如Ｄ—ＩｎＳＡＲ是ＩｎＳＡＲ技术的一项重　要应用，它是利用遥感卫星多时相的复雷达图像相干　信息进行地表垂直形变量的提取，其精度已达ｍｍ级，　其应用已经在国内外的工程技术刊物中多见报道。　Ｄ－ＩｎＳＡＲ用于地面沉降监测有很多优点：大面积获取　数据、空间分辨率高、相对成本低等。利用几十景影像　就可以监测十多年的地表形变，节省了布置长期地面　ＧＰＳ观测站和布设水准测量的时间和费用，而精度几　乎与这两种测量技术相同。　ＩｎＳＡＲ技术发展于２０世纪６０年代末，它是利用　合成孔径雷达ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ）的相位　信息提取地表的三维信息和高程变化信息的一项技　术，目前被广泛用于获取地面起伏的信息。高速铁路　设计时根据线路位置、监测精度及ＳＡＲ影像覆盖区　域，选择合适的轨道数据，采用Ｄ—ＩｎＳＡＲ技术及Ｐｓ技　术进行数据处理及相关分析，主要流程为复型影像数　据的配准、干涉条纹图的生成、相位解缠、高程计算，可　以得到如图５所示的设计线路地面区域沉降分布。　７其他沉降监测技术　在高速铁路大型桥梁健康监测时，用到了地面　导昌。　ｉ寻　啐墨虽呈曼星寸　０　Ｉ　　ＩＩ　ＩＩＩＩＩ鸯Ｉ量Ｉ　Ｉ　黑Ｉ　图５某设计高速铁路２００７年至２０１０年３年间　区域地面沉降分布　ＬＩＤＡＲ技术，通过周期性的观测，获得大量的桥体数　据，可以分析出桥体随时间、温度、荷载等发生的变形　情况；在部分高速铁路线路附近布设了深井分层标，用　于监测地下水位的变化和地面的沉降。这些技术应用　的范围尚不广泛。　８　结束语　精密水准测量是目前高速铁路沉降监测采用的主　要方法，精密三角高程测量是精密水准测量的补充，这　两种方法在铁路建设各阶段不仅仅是用于沉降监测，　更是高程测量的主要手段，但在地面区域沉降监测和　自动化监测方面存在不足。　高速铁路的沉降监ｉ贝４范围大，需要考虑的因素复　杂，在不同阶段宜采用不同的方法。在设计阶段，应大　力推广采用ＩＮＳＡＲ技术对线路所经区域进行地面区　域沉降监测和分析，并结合其他地质资料，使所选线路　设计满足地表和地下两个方面的要求；在施工阶段，还　是主要采用精密水准测量方法，但在大型车站基坑开　挖等施工时，可以考虑采用静力水准测量方法，以保证　施工安全；在铁路运营阶段，应对存在较大区域沉降、　较大差异沉降、较大地质病害等重点地段采用ＧＰＳ或　静力水准的测量方式，以实现自动化监测，能够及时反　应运营铁路的健康状况，为行车安全提供信息保障。　参考文献　［１］ＴＢ１０６０１－－２００９高速铁路工程测量规范［ｓ］　［２］　工管技［２００９］７７号客运专线铁路变形观测评估技术手册［ｓ］　［３］ＤＤ２００６－－０２地面沉降监测技术要求［ｓ］　［４］黄声享，尹晖，蒋征．变形监测数据处理［Ｍ］．武汉：武汉大学　出版社，２００３　［５］ＧＢ／Ｔ　１８３１４－－２００９全球定位系统（ＧＰＳ）测量规范［Ｓ　Ｊ　［６］　戴加东，王艳玲，褚伟洪．静力水准自动化监测系统在某工程中的　应用［Ｊ］．工程勘察，２００９（５）　『７］　胡波，蒋弥，等．Ｄ—ＩｎｓＡＲ三轨法监测城市地表沉降的研究　『Ｊ１．测绘工程，２００９（４）