鄧軼

【摘 要】隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，列車運行速度越來越快，對線路穩(wěn)定性的要求越來越高，因此路基施工質(zhì)量尤為關(guān)鍵。做好路基沉降觀測工作是確保路基施工質(zhì)量和運營過程中對線路穩(wěn)定性監(jiān)測的關(guān)鍵，為線路正常運營、人民生命財產(chǎn)安全提供保障。文章結(jié)合JMDL4720型單點沉降計的應用進行介紹，為路基施工沉降觀測提供借鑒與幫助。

【關(guān)鍵詞】路基沉降；單點沉降計；預埋；應用

【中圖分類號】U213.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）01-0088-05

近年來，我國高速鐵路迅猛發(fā)展，列車運行速度對鐵路線路的要求越來越高。為了確保路基工程的施工質(zhì)量，保證工程按預期目標順利進行和確保線路運營順利，必須對路基施工過程中和運營期進行沉降觀測，以便充分了解路基填筑或軟基處理的質(zhì)量。通過對路基沉降值進行監(jiān)測，分析沉降變化量和路基變化趨勢，從而確定路基的情況，控制軟土填土速率。傳統(tǒng)人工監(jiān)測存在耗費人力資源大、人為觀測誤差大、數(shù)據(jù)處理煩瑣等缺點，因此為了實現(xiàn)信息化，中鐵上海工程局集團第五工程有限公司在陬市車站路基施工中應用了自動沉降觀測技術(shù)，從而大大地提高了工作效率。

下面結(jié)合JMDL4720型單點沉降計的應用，從自動沉降觀測原理、點位埋設(shè)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等方面進行介紹。

1 單點沉降計概述

1.1 路基自動化監(jiān)測原件概述

路基自動化監(jiān)測分為電測沉降計與水平位移計，主要用于測量路基沉降與水平位移。配合土壓力盒、孔隙水壓計、柔性位移計等檢測元件和無線自動化綜合測試系統(tǒng)完成路基沉降與穩(wěn)定性的長期測量。

1.1.1 路基自動化監(jiān)測原件的選用

結(jié)合本工程的地質(zhì)特點及設(shè)計施工工藝，本工程路基自動化監(jiān)測原件選用JMDL4720單點沉降計。

JMDL4720沉降計是一種埋入式電感調(diào)頻類智能位移計。它可用于測量路基原位沉降變形、路坎隆起變形、深基坑坑底凸起變形、地下工程隧道底部凸起變形、堤壓縮變形、樁基礎(chǔ)沉降等（如圖1所示）。

1.1.2 單點沉降計型號及主要技術(shù)參數(shù)指標

單點沉降計型號及主要技術(shù)參數(shù)指標見表1。

1.2 路基自動化監(jiān)測原件構(gòu)造及原理

1.2.1 路基自動化監(jiān)測原件構(gòu)造

JMDL4720型單點沉降計由沉降板、電測位移傳感器、測桿及金屬軟管、錨頭、加長桿、底層錨頭等組成。電測位移傳感器上接沉降板，下接測桿并套金屬軟管、錨頭；加長桿（可根據(jù)需要的埋設(shè)深度用直通接頭加長）上連傳感器錨頭，下連底層錨頭。

1.2.2 路基自動化監(jiān)測工作原理

JMDL4720單點沉降計是利用電感調(diào)頻位移計的電磁感應原理，與測桿固接的導磁體活塞桿插入螺管線圈并可來回移動，線圈的電感量與導磁體活塞桿插入線圈的長度有關(guān)。當發(fā)生位移時，將引起線圈電感量的變化，電感調(diào)頻電路將線圈電感量的變化變換成頻率信號，通過讀數(shù)儀即可顯示變形值。

沉降計整體埋設(shè)如圖2所示。底層錨頭錨固到基巖（相對不動點），導線從側(cè)面引出。當基礎(chǔ)下沉時，沉降板隨基礎(chǔ)一起下沉，使傳感器與測桿之間發(fā)生相對滑移，輸出信號，獲取位移讀數(shù)，實現(xiàn)沉降觀測的目的。

2 單點沉降計的埋設(shè)

2.1 作業(yè)準備

（1）進行地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)設(shè)計圖紙及地質(zhì)報告，計算持力層深度，編制施工組織設(shè)計、施工工藝、工序質(zhì)量控制措施。

（2）測量放樣，設(shè)計沉降觀測斷面。

（3）鉆孔：鉆孔隊伍進場，進行技術(shù)交底和安全技術(shù)培訓。

（4）檢查鉆孔設(shè)備，確保施工安全。

（5）接通電源和水路，進行機械試運轉(zhuǎn)。

（6）作業(yè)設(shè)備材料準備：自動沉降變形監(jiān)測原件、扳手、虎鉗、扎絲、水泥漿、灌漿工具、PVC鋼絲軟管、尼龍繩等。

2.2 施工程序與工藝流程

2.2.1 施工程序

場地平整→測量放樣→鉆機就位→鉆孔→單點沉降計原件檢查測量→預埋安裝→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)整理評估。

2.2.2 工藝流程

工藝流程如圖3所示。

2.3 作業(yè)要求

2.3.1 測量放樣

按照設(shè)計給出的沉降觀測斷面，計算路基中線坐標，現(xiàn)場進行路基斷面放樣。

2.3.2 鉆孔

（1）查閱本標段設(shè)計圖紙及地質(zhì)勘察報告，計算出地面距巖層深度，下發(fā)技術(shù)交底。

（2）機械進場前對場地進行平整，鉆孔時嚴格按照測量放樣樁位對中，并檢查鉆桿的傾斜度是否滿足要求。

（3）對進場鉆機進行檢查，確保施工作業(yè)安全和質(zhì)量。對鉆孔作業(yè)人員進行安全教育培訓。

2.3.3 原件預埋與安裝

（1）確定安裝時間：待平整地基、清理好場地后，選擇在無雨水、雪等良好天氣的情況下，進行鉆孔預埋安裝。如遇下雨，則要求在天晴2 d后再進行安裝。

（2）布點：根據(jù)實驗設(shè)計方案進行測量，確定好測試點。

（3）安裝前應進行全面檢查：一是對每只位移傳感器進行測量，確定其運行狀態(tài)完好；二是對安裝附件進行檢查，如圖2所示，包括安裝壓桿（2根）、定位銷（2根）、底層錨頭（1支）、φ16 mm/φ22 mm加長桿（2 m、1 m、0.5 m、0.25 m若干）、加長桿接頭若干、φ5 mm開口銷（1個）；三是檢查安裝工具和材料，如扳手、虎鉗、扎絲、水泥漿、灌漿工具、PVC鋼絲軟管、尼龍繩等。

（4）造孔：如圖2所示，在預定部位按要求鉆孔，孔徑要求為90～127 mm，鉆孔鉛垂，孔深應達基巖并記錄孔深，孔口應平整。

（5）安裝：①根據(jù)孔深計算出所需加長桿的長度，并配齊加長桿接頭。②插好安裝壓桿、定位銷（沉降計測桿拉至最長）。③將底層錨固組件（包括底層錨頭、PVC管、拉桿）與一節(jié)加長桿相連接，然后往PVC管內(nèi)注入混凝土漿，注漿時用工具敲擊PVC管外側(cè)，確保PVC管內(nèi)注滿混凝土漿。④將尼龍繩（長度至少比孔深長3 m）一端與PVC管上麻繩相連，打好死結(jié)。⑤將灌好漿的錨固組件插入孔內(nèi)至孔口處連接下一節(jié)加長桿，繼續(xù)插入孔內(nèi)并連接下一節(jié)加長桿，直至將所有加長桿連接完后，最后連接單點沉降計。安裝過程中，應用綜合測試儀對單點沉降計進行全程監(jiān)控，以保證單點沉降計處于最大量程的狀態(tài)。⑥用力壓安裝壓桿，直到把底層錨頭壓至基巖為止。⑦底層錨頭安裝到位后，用力拉尼龍繩，PVC管被拉出孔底，混凝土漿沉入孔底錨固底層錨頭，然后剪斷尼龍繩。⑧注意事項：一是當安裝壓桿將底層錨頭壓至孔最底端，而沉降板仍高出預計的測量層面時，應用磚塊、泥土將原測量層面與沉降板之間的空隙填滿，并保證沉降板水平；二是安裝壓桿在壓的過程中，底層錨頭還未壓到孔最底部，而沉降板已和測量層面接觸，無法繼續(xù)往下壓時，應將沉降板下的泥土移去部分直到底層錨頭壓到孔最底部為止；三是安裝過程中應小心謹慎，切勿將儀器及安裝附件掉入孔內(nèi)。

（6）抽出定位銷和安裝壓桿。

（7）用沙子回填，壓實。

（8）裝好單點沉降計后，將測試導線套上PVC鋼絲軟管，挖槽集中從觀測箱一側(cè)引出路基，引入觀測箱內(nèi)。

3 數(shù)據(jù)采集

3.1 數(shù)據(jù)采集原理

數(shù)據(jù)采用對應軟件進行采集，現(xiàn)場連接JMTX-2014-D數(shù)據(jù)采集器。JMTX-2014-D數(shù)據(jù)采集器接收單點沉降計傳感器信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)，再通過軟件進入互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的接收，并繪制線形圖。

3.2 數(shù)據(jù)采集操作流程

（1）現(xiàn)場連接JMTX-2014-D數(shù)據(jù)采集器（如圖4所示），并外接12 V的電瓶。JMTX-2014-D數(shù)據(jù)采集器由電源線、數(shù)據(jù)線、采集器、信號發(fā)射天線組成。

（2）數(shù)據(jù)采集時，對應接好各個端口，數(shù)據(jù)線分為黑、紅、黃、藍4種顏色，根據(jù)顏色的不同連接單點沉降計上數(shù)據(jù)線接口。

（3）數(shù)據(jù)采集器連接完畢后，紅色指示燈處于閃爍狀態(tài)，表示電源正常連接。檢查無誤后，撥打數(shù)據(jù)采集互聯(lián)網(wǎng)信號發(fā)射卡號碼，撥打2次后，數(shù)據(jù)采集器綠色指示燈常亮。

（4）打開串口通（如圖5所示），通過互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)據(jù)采集器。

（5）然后點擊刷新按鈕，數(shù)據(jù)采集器顯示狀態(tài)“在線”（如圖6所示），添加映射，設(shè)置通道（如圖7所示）。

（6）連接完成后進行數(shù)據(jù)讀取并進行保存（如圖8所示），采用配套軟件DSC進行數(shù)據(jù)讀取，點擊“讀時間”讀取數(shù)據(jù)采集器實時時間，點擊“測量模塊”進行數(shù)據(jù)讀取，點擊“保存”進行數(shù)據(jù)保存。

（7）歷史數(shù)據(jù)查找及導出：點擊“歷史數(shù)據(jù)”進行歷史數(shù)據(jù)查找，點擊“導出”將數(shù)據(jù)導出（如圖9所示）。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸基于手機無線通信網(wǎng)絡，主要通過內(nèi)置電話卡的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接入手機無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)監(jiān)測軟件與現(xiàn)場采集模塊的數(shù)據(jù)交互通信。測量系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)收集后，通過無線網(wǎng)絡上傳到服務器，測量人員利用軟件登錄后，可以隨時查看沉降數(shù)據(jù)值，實現(xiàn)方便、快捷的測量。

3.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)監(jiān)測由監(jiān)控服務器、監(jiān)控終端及相關(guān)軟件組成。多個監(jiān)控終端通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控服務器互聯(lián)，支持多用戶同時訪問。軟件系統(tǒng)主要實現(xiàn)沉降監(jiān)測系統(tǒng)的無線管理、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、報表輸出與圖表分析五大功能。監(jiān)測系統(tǒng)可通過預先設(shè)定的限值進行預判，一旦沉降超標，將向監(jiān)測人員發(fā)出警報，從而確保沉降值在規(guī)定的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

通過對套自動沉降觀測系統(tǒng)的應用，得出以下幾點結(jié)論。

（1）采用整體埋設(shè)，導線從側(cè)面引出，并不影響路面壓實施工，使測值與實際工況趨于一致；行車過程中也可進行觀測。

（2）采用電測位移傳感器，可實時、準確地測量沉降量。

（3）不僅可接入JMZX—300×綜合測試儀進行人工測量，而且還可接入JMZR2000多點自動綜合測試系統(tǒng)。JMZX—256多點自動綜合遠程測試系統(tǒng)的任意通道組成自動化監(jiān)測系統(tǒng)和無線遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程傳輸、自動測量和運行觀測。

（4）系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點，適應惡劣環(huán)境和長期觀測。

（5）采用全數(shù)字監(jiān)測，直接輸出數(shù)字頻率信號，不受導線長度的影響，信號遠距離傳輸不失真，抗干擾能力強。

（6）內(nèi)置智能芯片和存儲器，將出廠率定的非線性擬合曲線存儲在傳感器內(nèi)，測量時自動完成非線性修正。同時具有智能記憶、自動存儲等功能。

（7）路基預埋或表面安裝智能傳感器，極大地減少了沉降監(jiān)測與路基施工的相互干擾，確保了傳統(tǒng)沉降觀測樁周圍填土的壓實質(zhì)量。

（8）遠程無線自動信息化測量與管理，使用簡單方便，監(jiān)測數(shù)據(jù)雙備份，數(shù)據(jù)真實可靠。

（9）工程施工與運營期間均可監(jiān)測路基沉降。

（10）遠程無線自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，節(jié)約了大量人力。

參 考 文 獻

[1]TB 10601—2009，高速鐵路工程測量規(guī)范[S].

[2]GB 12879—91，國家一、二等水準測量規(guī)范[S].

[3]TB 10101—2009，鐵路工程測量規(guī)范[S].

[4]JGJ/T 8—2007，建筑沉降變形測量規(guī)程[S].

[5]JMDL—47XX，單點沉降計說明書[S].

[責任編輯：陳澤琦]