【摘 要】沉降观测作为高铁的建设、运营重要指标，在高铁技术的发展中占有重要的地位。随着我国高铁技术进步，无人化的观测、采集、自动化的分析是该项技术的发展方向。
【关键词】高铁；沉降观测；自动化；应用
1.高速铁路是当代高新技术的发展结果，代表着当今世界铁路的方向
高速铁路要求的是高速度、高平顺性、高舒适性和高安全性。它的这些特点就要求铁路自身的高平顺性，其中重要一项就是保证工后的“零”沉降。因为高铁采用的是与普通铁路不同的无砟轨道，其维修、养护的成本要远远高于普通铁路，如果出现严重沉降变形，将会对运营带来不可估量的损失。因此做好沉降观测工作就是我们保证高铁顺畅运营的必要条件。那么，我国现在的高铁沉降观测是怎样的一种状况呢？下面结合本人参加郑西、武广、兰新高铁建设的情况谈一下目前我国沉降观测的应用情况及发展方向。
2.沉降观测仪器应用情况
我国在引进高铁技术同时也引进了高铁的测量技术，结合自身也做出了大量的修改及研发。我国高铁目前使用的沉降观测仪器有剖面沉降管、沉降观测板、半球型观测标。
（1）剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头导轮卡至于剖面沉降管的十字导槽内，从一段按一定间隔依次读数，起始端管口标高采用水平仪按照国家一等精密水准测量方法进行测量，再通过数据处理计算出不同位置处理地基的沉降量。此种方法主要运用于我国前期修建的高铁中，郑西高铁及武广高铁前期都有使用。
（2）沉降观测板是由钢底板（约40cm×40cm，厚1cm）、连接金属杆（？准40mm厚镀锌钢管）及外套PVC保护套管组成。这种沉降观测板是目前我国高铁沉降观测中使用最多、最广泛的元器件。
（3）半球形观测标主要运用于桥梁、涵洞及隧道等混凝土结构物的变形观测，是由不锈钢材质加工而成。目前在建铁路的结构物变形量测几乎全部采用此种方法。
3.目前沉降观测存在的问题
剖面沉降管由于其埋设和测试过程复杂，对于观测人员技术水平要求高，实际应用和观测的效果较差，更为重要的是剖面沉降管的测量精度较低，30m的测量误差可达8mm，达不到高铁的误差要求，实际操作中，测量的误差远大于实际沉降值，无法正确反映路基的沉降，因此剖面沉降管在实际引用中没有推广的意义，其可行性在郑西及武广高铁的建设中已得到了否定。
前面已经说过沉降观测板是运用最为广泛的一种观测原件，其存在必然有其优越性，首先是元器件本身比较经济，可以批量生产。其次因为直接埋设在路基基床底层，能够直接反应路基的沉降量、观测方便，所以在运用中得到了大量推广。但是，大量推广并不代表其就是没有弊端的，只能说在目前的情况下它是一种比较好的选择。那么他都有哪些弊端呢？我就结合现场的施工情况说一下：
（1）埋设的不方便性：沉降观测板要在路基处理完毕时方能埋设，而原件本身比较沉重，体积较大，必须等一段路基基础全部处理完才能集中一次埋设。因搬运困难，埋设不方便。
（2）影响施工：我们知道沉降观测板的连接杆是一直伸出路基表面的，它必须有外套PVC套管保护其能自由沉降。假如PVC管破坏，连接杆接触路基填料就会影响其自由沉降，不能真实反映路基沉降量，甚至被卡死而不能沉降。这就要求我们在施工沉降板周围路基时要小心翼翼，专人看守。观测桩周围的路基要采用人工摊平及小型机具碾压，不能采用大型机械推土及碾压。这就严重影响了我们的施工进度，特便是过渡段施工，观测桩较多，大型机械不能开展作业面，既影响了施工速度，也不能保证施工质量。
（3）保护困难：在路基施工过程中，难免有各种机械、车辆的通行，这时候观测桩的保护就成了最麻烦的问题。
（4）观测困难：沉降观测板全部埋设在路基的只能中间，而铁路的水准基点都在路基以外，观测时就要走较长的路线。而且根据规范要求基准点之间距离不宜超过1Km，加大了观测的繁琐度。遇上路基有堆载预压的情况，同一段路基就要分三条路线观测，因堆载土极为松软，为观测带来极大麻烦。
（5）施测干扰大：为保证观测精度，此种沉降观测要求采用的是二等水准，这就对观测条件提出了非常苛刻的条件，经历了兰新线施工的人都知道，大风条件对他们来说就是挥不去的梦魇，兰新铁路穿越百里风区、达坂城风区、三十里风区，特别是百里风区，年均超过8级以上大风的天数多达208天，二等水准测量几乎难以实施。
（6）人力物力浪费巨大：前面已经提到了，对于沉降观测采用观测板这种元器件来说在前期的投入的确比较经济，但是因为线路长、观测密度大、观测周期长，所以后期的观测投入极大。根据测算至少10万元每千米方可完成此项工作，这样算来他的经济适用性就要大打折扣了。
（7）精度不能满足要求：虽说二等水准的精度能够满足沉降观测的精度要求，但通过戈壁滩观测情况来看，本地路基基础基本属于泥岩，总体沉降量小于5mm的达到86%，单次沉降量都是零点几毫米，在这个量差范围内，二等水准的观测精度已不能反应路基本体真实的沉降量。
4.解决方向
由以上我们可以看出，目前的沉降观测方法依然存在极大地弊端，那解决的方法在哪里呢？现代测量发展的方向就是自动化、无人化，这同样也适用与沉降观测发展的方向。目前已有许多单位开始了此方面的研究，利用传感器将路基的沉降量反映出来。下图为本人参加的兰新线技术交流会上的展示产品，产品为西北院研发的路基沉降观测元件。此种仪器经试验满足沉降观测的精度要求，不足的是元件本身价格较为昂贵，单套仪器5000～8000元。虽说此次产品没有在后期建设中投入使用，但它表明了一个方向，也传递了一个信息，那就是沉降观测发展方向是无人化、自动化。
5.应用前景
如果利用传感器实现无人化的仪器能够在降低成本的同时完成批量化生产，我想它的应用前景就是无限量的。
（1）首先它大大降低了外业观测人员的工作量，不用再投入大量的人力、物力来完成此项工作。
（2）因为受环境影响少可以随时、连续的采集数据，大大减少了外界的干扰。数据的量可以显著增加，随着数据量的增加，可供分析的有效数据也就相应增加，减少了错误数据对真实成果的影响概率。
（3）因为传感器是放在路基下面，无需伸出路基填筑面，可以减少对路基填筑过程的干扰，而且可以采用大面积大型机械施工，对它的保护要求也降低了。
（4）最后我想说的也是最重要的一点就是对铁路施工完后运营阶段的监测，因为我们采用的沉降板都是在施工过程中的监测，运营阶段是没有监测的，就算我们在运营前保证了路基本体的稳定性，但面对其他的自然灾害等破坏时，我们是没有任何可供参考的数据的。但是如果采用无人化的传感器元件，就可以保证在运营时也有完整的数据，可以为铁路的维护及应对各种突发事件带来准确可靠的参考数据。可以说它是一种一劳永逸的投入。
6.结束语
既然我们国家一直强调掌握核心技术，讲究对高铁新技术的吸收和研发，如果我们能提前研发出既经济实用又可靠的产品，也是在高铁技术掌握上又做了一项重大突破。
