河北省“火眼金睛”监控冻土路基安全

在青藏铁路冻土工程监测中心的大屏幕上，有规律地闪动着一串串字符。

这些数字是通过分布在青藏铁路550公里冻土区沿线近万个测点组成的监测系统自动检测、自动采集、自动传输而获得的。靠着这个实时显示屏幕，管理人员对千里之外的青藏铁路的安全与健康状况了如指掌。

在铁路科技部门科研人员眼中，这套系统是青藏铁路“安全运营的‘千里眼’”。它的发明者是以燕赵学者杜彦良教授为所长的石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所。

多年冻土区铁路路基的最大特点就是对环境热状态变化极为敏感，铁路施工过程中不可避免地对沿线多年冻土环境产生影响，而未来气候条件的变化、列车运行热扰动必将破坏和改变地表条件和冻土水热状态，这就有可能引起冻土路基热融沉陷和冻胀变形等不良冻土现象的发生，从而影响铁路线路的运营安全。

一开始，鉴于青藏铁路沿线地理环境的复杂性和当时技术条件的限制，有关部门曾设想安排人员每天沿铁路线就冻土路基进行实地测量。“这不仅要消耗大量的人力、物力和财力，测试结果人为因素影响大，而且与建设世界一流铁路的初衷也不符。”杜彦良认为应另辟蹊径，寻找更科学更有效的办法。2003年，研究所承担了“青藏铁路多年冻土区路基稳定性长期监测系统”的建设任务和相关监测技术的研究工作，以孙宝臣教授为组长的课题组大胆提出了自己的设想：为铁路建设一条全天候无人监测系统。

最初课题组想运用光纤传感测试技术，然而，青藏铁路在前期施工的总干线中并没有预留用于此类数据传输的光缆，只能改用无线远程传输。但相应带来了远程监测和无线传输的数据容量问题、电源问题、测试设备的防盗问题及数据的可靠性问题。

一个个挑战和难题接踵而至。

由于青藏高原气候变化莫测，一年下来，最低温度可以跌破零下40摄氏度，最高地表温度可以高达60多摄氏度，而埋设在冻土区内的采集数据的仪器要实现精确、稳定的数据采集和传输，所以仪器除了必须防潮、抗高低温、持久耐用外，还要解决没有外部电力供应问题。

经过反复实验、改进，课题组最后确定系统传输采取无线方式，集先进成熟的计算机技术、通信技术、数据采集技术及传感器技术于一体，研制出了高精度的数据采集器、安全可靠的传输装置、功能齐全的数据分析软件以及科学的现场施工技术，建立了“青藏铁路多年冻土区路基稳定性长期监测系统”，实现了多年冻土区铁路路基的多断面多测点的冻土地温和路基变形自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理。

按照青藏铁路沿线的地貌单元和冻土特征分析的要求，项目组在550公里长的青藏铁路上选择了80多个监测断面，每个监测断面布设120多个测点，完整地反映冻土路基的稳定性变化情况，监测设备可自动保存5年的数据记录。这不仅为青藏铁路安全运营提供了有力保障，也为多年冻土区路基病害整治提供了科学依据。