遥感航测技术在铁路中的应用-论文

中南大学网络教育课程考试《选线设计与线路CAD》答卷本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名孙莉学号14031030016049专业土木工程（铁道工程方向）学习中心太原学习中心一、主观题题目：航测遥感技术在铁路设计中的应用学生姓名：孙莉学号：14031030016049专业：土木工程（铁道工程方向）2015年11月20日摘要：笔者用实例阐述了航测遥感技术在铁路选线中的应用，并提出未来铁路新线勘测、旧线改造、施工预测、病害整治等方面，应充分发挥航测遥感技术的作用。关键词：航测遥感技术、铁路选线、应用概述铁路选线要穿越不同的地貌单元及地质构造单元。在50年代进行铁路选线，由于缺乏先进的宏观手段，所以仅凭勘测人员的地貌调查，从事设计资料的搜集工作，无论如何都有一定的局限性。因此到了施工阶段，发现了一些原来未曾发现的问题，不得不进行改线，甚至铁路建成通车后，才逐步显露出不良地质的危害，如崩坍、滑坡、泥石流等不良地质现象，严重影响了铁路运输的畅通。自从运用航测、遥感新技术后，对铁路选线多了一个宏观手段,则能发现许多不良地质现象，从而大大提高了铁路选线质量，加速了铁路勘测设计的进程，其经济效益和社会效益是相当显著的。航测、遥感技术在铁路选线中的应用我国在航测、遥感技术方面应用已经进50年，航测、遥感技术在铁路选线方面获得了显著的成效，今特阐述如下:1.航测技术在兰新线铁路选线中的应用建国初期，随着社会主意交通运输业的迅速发展，原来采用花杆、板尺一套原始测绘方法，越来越不适应需要。因此，急待采用新的勘测方法和新的技术措施。1954年，为了把铁路修到新疆，开发大西北，决定修建一条长达两千余公里的兰（州）--新（疆）铁路。当时在一无地形资料，二无地质资料的情况下，如何能够快速地完成铁路勘测选线工作，确实是一个困难的问题，尤其是兰新铁路东段，地形、地质条件相当复杂，铁路穿越兰州、新疆交界的龙首山山脉。星星峡垭口处，在1：20万日本军用草图上仅能概略地设计出七处垭口可以通过分水岭，但是用人力全部测绘出绵延百余里的七处垭口地形，显然是不可能的。铁路究竟从哪个垭口通过最好，确实是个难以解决的问题。此外兰新铁路穿越沙漠、沼泽、盐湖、碱滩等不良地质区域，线路从何处穿越更经济合理，首先应将不良地质的分布范围测绘出来，然后才能进行选线。当时地质人员采用竹竿插旗的方法，测绘出沙漠的分布范围，地质人员将整汽车的竹竿，插在茫茫无际的沙漠中，犹如沧海一粟，采用此种方法测绘不良地质界线，显然是难以达到目的的。当时地质、地形两大问题，使兰新铁路选线工作几乎难以进展。1955年，铁道部确定在兰新线采用航空勘测方法，以解决兰新铁路选线困难的问题。原计划航空摄影后，先拿到莫斯科制图，制完图后，再进行选线。1955年航空摄影后，在立体镜下，选择了两处分水岭垭口，测量队上去很快测绘了地形，地形问题很快便解决了。地质人员应用像片判释沙漠、沼泽、盐湖、碱滩等不良地质分布，效果很好，地质问题很快得到了解决。航测之后未曾拿到国外制图，兰新铁路便选出了经济合理的线路方案，这就大大加快了兰新铁路勘测设计进程。2.张（家口）--白（城子）铁路选线1965年采用多倍仪进行了铁路选线的科研试点。就是利用了航空像片在室内进行判释、制图、选线工作。1965年选择张--白线狮子沟一段线路做实验。通过实验，优化了线路方案，显示了航测选线的优越性。焦（作）--枝（州）线北段铁路选线1965年航测处与铁四院配合焦作--枝州线北段，月山车站至黄河边进行航测内也选线。当时公选了两条线路方案，即大沟河东方案和大沟河西方案两大线路方案，当时通过航测内业选线，大沟河西方案虽然线路位置较好，但位于黄土地区，滑坡甚多，因而采用了大沟河东的方案，而用航摄像片地质判释，对大沟河东方案进行了多处改善，查明了沁河大桥古河道、洪积扇、泥石流、滑坡群、丹河泥石流、采空区等不良地质现象。大大改善了线路方案。铁四院开始以大沟河西方案为主要方案，经三个月的勘测钻探，发现此方案滑坡甚多，故将此方案放弃，而从新选用了航测内业选的大沟河东的线路方案。4.昆（明）--思（茅）铁路选线1974年铁二院同航测处配合，对昆思铁路进行选线。当时昆思铁路线中段穿越横断山脉，线路在纸上定线时，选用了景星坡方案，线路甚为优越，就想把次要方案龙镇方案取消。可是地质专业通过航空像片判释，发现在景星坡线路穿越一座5km的长隧道地段，有一条大断层斜穿隧道，断层破碎带宽300m，5km长隧道即有2.5km隧道洞身位于断层破碎带。因此马上取消了景星坡线路方案，而以龙镇为主要线路方案，应用航测新技术将主次两大线路方案作了颠倒，又一次显示了航测选线的优越性。5.大（同）--秦（皇岛）铁路选线大同--秦皇岛铁路，西起煤都大同东抵渤海之滨的秦皇岛，全长653km。这条铁路的建设，对开发山西能源基地，缓解东北、华北、华东煤炭供应的紧张局面，推动对外贸易和发展国民经济都具有重要作用。在铁路勘测选线阶段，大秦铁路要穿过桑干河峡谷，由于燕山山脉层峦叠嶂，地形地质条件均甚为复杂。经过勘测认为，桑干河峡谷是不可通过地段，因而选择了绕避桑干河峡谷的其他线路方案，使线路延长40余公里。后来采用航测遥感技术进行选线研究，从宏观上评价了桑干河峡谷的稳定情况。那里虽然地质地形条件复杂，但是从另一方面也可以看到岩体具有坚实的稳定性。最后，经过充分的研究论证，终于采用了原来放弃的桑干河峡谷线路方案，缩短了线路。这不仅少占了数千亩农田，而且每缩短1km线路，节约投资900万元。40余公里线路共节约4亿多元，远期经济效益则更为可观。航测、遥感技术在桥渡选择中的应用京（北京）--山（海关）铁路改线，主要为开发唐山煤炭资源，需将现行的京山铁路向北改移。滦河大桥是该段线路上的重点工程。1976年，唐山地震后，为了保证铁路运输的安全，在高烈度地震地区，如何选择滦河大桥的桥位，却是一项重点工作。1977年经外业勘测，在京--山铁路改线跨越滦河、青龙河时，共选了三个桥位方案（图1），即石梯子桥位、粉子营桥位及大横河桥位。其中以石梯子桥位为推荐方案。应用卫星像片判释研究后，对桥位评价如下（图2）：石梯子桥位该桥位于NNE、NE、NW三组断裂的交汇处，而且又在卢龙环状构造与NNE大断裂的相切部位，无论从断裂构造及地震方面，该处均系薄弱环节，对桥位的稳定是甚为不利的。粉子营桥位该桥位于NNE、EW、SN三组断裂的交汇处，河道不稳定，据现场调查资料，青龙河在粉子营附近，50年就向西迁移约1km。断裂通过桥位，距卢龙震中较近，对桥位造成不利影响。大横河桥位该桥位附近，虽有NNE向大断裂，但已偏离桥位。NE向断裂由位于桥位的下游方向，河道变迁小、距卢龙震中稍远，该桥位比较稳定，是三个桥位比较好的一个。最后，大横河桥位虽然长了3km，仍然采用了大横河桥位。图1京山铁路改线桥位图图2京山铁路改线卫星判释图航测、遥感技术在长隧道勘测中的应用大瑶山隧道长14.295km,位于广东省北部，坪石至乐昌之间（图3），是京（北京）--广（州）铁路改建中的重点工程。大瑶山隧道穿越南岭山脉的瑶山地区，地形起伏，丛林密布、覆盖层厚、人烟稀少。由于植被茂密、大部地质形迹被掩盖，给勘测带来了一定困难。1979年完成勘测后，1981年正式施工，1988年建成通车。为了检验遥感技术在我国南方密林地区的应用效果，特选定大瑶山隧道作为遥感试验区。通过实验为隧道施工提供了预报性信息，并获得了显著的效果。隧道竖井涌水预测当大瑶山地面勘测完成后，经过钻探没有发现大的地下水，但应用多种航空，航天遥感图像判释,认为大瑶山隧道中部的班古坳槽谷，为一向斜构造，岩溶发育，九峰断裂穿过隧道后，又穿越湖洞、罗群寨两个向斜构图3大瑶山隧道位置及地质构造图造盆地，因而预测隧道中可能发生较大涌水。1985年4月11日在遥感判释的RF16线性构造附近在平行导洞施工中，掌子面突然发生涌水4175t/d，430m深的竖井，被地下水涌升405m，机械全部被淹停工。大瑶山隧道共有6处较大集中涌水地段，其中4处都在遥感范围内，见附表。线性构造预测此次航测遥感实验，在大瑶山隧道武水峡谷地区420km2范围内，应用遥感图像共判释出300余条线性构造，岩隧道5km宽的带状范围内就判释出线性构造40余条其中28条穿越隧道。最后对穿越隧道的28条线性构造做施工验证，其中有16条与实际相符合，5条虽然与预测点距离稍远，但与实际情况基本吻合，7条是洞内没有显示的。其符合率达57％～75％。从此次判释的线性构造验证来看，我们发现遥感判释的线性构造，并非全为断层。其中除断层外，还有节理、裂隙密集带、挤压破碎带、软岩夹层等。这些构造上的薄弱环节，在施工中常发生坍方、涌水等情况，给施工带来了一系列的困难，甚至严重的影响着施工的正常进展。从这次遥感实验中，使我们体会到，在以往铁路勘测过程中，对于断层十分重视，而对于其他节理、裂隙密集带、加压破碎带、软岩夹层等软弱结构面，常常被忽略。其原因是这些软弱结构面，在常规的地质测绘中是难以识别的。如果在植被茂密，覆盖层厚的情况下，测绘工作则更加困难。但是应用遥感图像的宏观特征，则能直接或间接地把那些地质构造上的薄弱环节识别出来，从而提高工程地质测绘的质量和提高勘测设计的水平，为施工创造更为有利的条件。提高了对富水构造的认识大瑶山隧道较大的集中涌水地段，有6处都集中在隧道中部班古坳槽谷东侧约1km的范围。这是因为九峰断裂（遥感判释的RF15的构造带）是一阻水断裂带。因此，隧道涌水都集中在断裂带的上盘。这是我国长大隧道施工中，所遇到的一处典型的上盘富水带，也是今后长隧道修建中值得注意的问题（图4）。图4大瑶山隧道班古坳槽谷地质剖面图航测、遥感技术在铁道病害治理方面的应用自从建国以来，随着国民经济的发展，我国修建了许多山区铁路。这对国家快速发展起到了积极作用。但这么多年来，铁路存在的一个最大问题，就是在建成的铁路线上，工程病害甚多，如崩坍、滑坡、泥石流等。据统计仅宝（鸡）--成（都）铁路北段，就有工程病害884处。治理工程病害费用已耗资七亿多元。这些工程病害破坏铁路，中断行车，严重影响着铁路运输的畅通。以往在缺乏先进手段的情况下，对铁路病害的调查，仅限于铁路两侧狭窄的带状范围，总是难以查清铁路病害产生的根本原因，因而也就很难进行彻底的根治。宝成铁路是1956年建成通车的，该铁路线穿越秦岭山区，14次跨越嘉陵江，地形、地质条件多样复杂。建国初期由于我们对对于在地质复杂的山区修建铁路尚缺乏经验，所以铁路建成通车后，发生滑坡、崩坍病害甚多。虽然经过长期的治理，花费了大量的人力、物力，但是每年一到雨季，滑坡、崩坍仍然不断发生，严重的影响了铁路正常运营。在治理宝成铁路病害过程中，对发生病害的认识过去只是归结为地形、地质条件复杂，而未能进一步究其病害发生的根源，因而在治理方面也只能采用“塌一处，治一处”的被动局面。例如，宝成铁路的北段，凤州至略阳区间，在长124km的铁路线上，崩坍。滑坡达165处之多。应用航天遥感图像进行区域分析之后，才发现嘉陵江位于断裂构造和换装构造的边缘部位。而沿嘉陵江河谷行进的宝成铁路，恰恰修建在区域地质构造的薄弱环节，并且又在设计上适宜的采用了高边坡，施工中采用了大爆破，造成了工程病害的不断发生。这样，我们就找到了宝成铁路产生工程病害的根本原因，因而在治理方面也就有了全面的规划、逐步实施的方针，即在不稳定的高边坡地段加修明洞；在不稳定的滑坡地段进行改线，从而为宝成铁路的改建提供了科学依据，目前宝成铁路通过全面改建，已大大提高了运输能力。总之，由于早起我们缺乏获取设计资料的先进手段，所以大批设计人员不得不长期深入现场进行设计资料的搜集工作。而在今天的信息时代，航空、航天技术是获取信息的有效手段，今后在铁路新线勘测、旧线改建、施工预测、病害整治、监测管理等方面，充分运用航天遥感技术，则是改变铁路勘测面貌的关键。因此，大力普及和提高航空遥感技术的应用，把这门先进的科学技术，更好的运用到今后的铁路选线和建设中，加速提高我国铁路建设蓬勃发展。如今，随着时代的发展航测遥感技术也在日益进步着，从最初的模拟测绘阶段，到80年代的解析测绘阶段，再到我们今天的数字化测绘阶段，从过去的像片成像到现在的数字化成像技术。可以说航测遥感技术在是伴随着新中国铁路选线一直发展到今天的，广大铁路航测遥感科技工作者，在铁路航测遥感生产实践中，结合新线铁路勘测设计和铁路线的综合管理，对航测遥感技术进行了进一步的开发利用，取得了多项重大研究成果，为推动航测遥感技术在铁路选线中的运用做出了重要作用。展望未来，随着航测遥感技术的进步和发展，航测遥感技术在铁路选线中的运用也需要不断进去、不断创新、不断开发、更好的结合各项科技条件，为我国现代化铁路建设做出贡献。论述题为了提高既有铁路的输送能力，可以采取那些措施？答：铁路运输能力是铁路通过能力和铁路输送能力的总称。通过