定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計在高速鐵路路基中的應(yīng)用

苗中華

摘 要：隨著我國高速鐵路和客運(yùn)專線的迅猛發(fā)展，定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計在高速鐵路路基沉降觀測中的應(yīng)用也越來越廣泛。深入研究定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法、工作原理、數(shù)據(jù)計算、曲線分析和工后沉降要求，以提高高速鐵路的路基質(zhì)量，保證旅客乘坐列車的舒適和安全。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；定點(diǎn)式剖面；沉降測試；壓力計；鐵路路基

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0074-03

路基是高速鐵路線路工程中最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，也是最容易出問題的環(huán)節(jié)，如何保證路基工程的穩(wěn)定性，是路基施工的重點(diǎn)。定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計以其靈敏度高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕、移動靈活、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在高速鐵路路基中得到廣泛應(yīng)用。它能準(zhǔn)確、及時地反映路基施工中的垂直位移量，為路基的穩(wěn)定性分析和工后沉降數(shù)據(jù)匯總提供寶貴的數(shù)據(jù)資料。所以，使這一先進(jìn)的測量技術(shù)在高速鐵路路基中得到更好的應(yīng)用對鐵路的行車安全尤為重要。

1 路基沉降觀測的技術(shù)要點(diǎn)

1.1 路基沉降觀測精度及技術(shù)要求

1.1.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)建網(wǎng)方式

線下工程垂直位移監(jiān)測一般按沉降變形等級三等的要求（國家二等水準(zhǔn)測量）施測，根據(jù)沉降變形測量精度要求高的特點(diǎn)，垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)方法分為以下三級：①基準(zhǔn)點(diǎn)。要求建立在沉降變形區(qū)以外的穩(wěn)定地區(qū)，并使用二等精密高程控制測量布設(shè)的基巖點(diǎn)和深埋水準(zhǔn)點(diǎn)。②工作基點(diǎn)。要求工作基點(diǎn)在觀測期間穩(wěn)定不變，在測定沉降變形點(diǎn)時，這些點(diǎn)可作為高程的傳遞點(diǎn)。③沉降變形點(diǎn)。直接埋設(shè)在要測定的沉降變形體上，點(diǎn)位應(yīng)設(shè)立在能反映沉降變形體沉降變形的特征部位，不僅要牢固設(shè)置、便于觀測，還要形式美觀、結(jié)構(gòu)合理，更不能破壞沉降變形體的外觀和使用。

1.1.2 沉降變形測量等級及精度

沉降變形測量等級和精度要求的規(guī)定如表1和表2所示。

1.2 路基沉降觀測頻次技術(shù)要求

1.2.1 路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

有砟軌道路基工后沉降量不應(yīng)大于5 cm，年沉降速率應(yīng)小于2 cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不應(yīng)大于3 cm，無碴軌道地段路基可壓縮性地基均進(jìn)行沉降分析。按照《客運(yùn)專線無碴軌道鐵路設(shè)計指南》第4.1.4條的規(guī)定，路基在無碴軌道鋪設(shè)完成后的工后沉降，應(yīng)滿足扣件調(diào)整和線路豎曲線圓順的要求。工后沉降一般不應(yīng)超過扣件允許的沉降調(diào)高量15 mm；對于沉降比較均勻、長度大于20 m的路基，允許的最大工后沉降量為30 mm，并且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑應(yīng)能滿足下列要求：

1.3 路基沉降觀測元器件埋設(shè)技術(shù)要求

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計用于路基Ⅱ型監(jiān)測斷面中，如圖1所示。Ⅱ型監(jiān)測斷面包括沉降監(jiān)測樁和定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計。定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計位于路堤中心，基底鋪設(shè)墊層的地段埋設(shè)于墊層頂面，基底設(shè)混凝土板地段置于板頂面。

2 定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的安裝及測量方法

2.1 安裝方法

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的安裝方法依次是：①通過測量放樣，確定埋設(shè)點(diǎn)位置，在埋設(shè)點(diǎn)挖溝，溝深1 m，寬約0.3 m，如圖2所示。②截取繩子（為防止繩索長年腐蝕，最好采用直徑為2～3 mm的不銹鋼絲繩），鋼絲繩長度為預(yù)埋管材長度的2倍再加2 m，將鋼絲繩兩端對折，并從有駁棍的管口處放入管材內(nèi)部（鋼絲繩兩端應(yīng)套住駁棍），從管材另一管口伸出。連接沉降管，接頭用土工布包好，繩子從滑桿繞回，然后留在管子外側(cè)，要保護(hù)好繩頭，不能掉入管內(nèi)。③放入管材前，先將溝底墊0.2 m的細(xì)砂（細(xì)砂要剔除大顆粒石子），鋪平、壓實(shí)，然后放入管材，再覆蓋0.3 m以上的砂，并進(jìn)行人工碾壓。④把定點(diǎn)測頭用預(yù)留繩拉入管內(nèi)預(yù)留地點(diǎn)，并保護(hù)好繩頭以備用。⑤標(biāo)準(zhǔn)測頭和水杯集線盒集成在900 cm2的鋼板上，鋼板下方有150 mm長的錨固螺栓，需把鋼板牢固地固定在觀測樁上，鋼板要水平放置。在露出的管口處做好保護(hù)裝置，并在保護(hù)裝置內(nèi)預(yù)埋儀器底板（管口不得高出儀器預(yù)埋板位置300 mm以上）。⑥觀測樁上的設(shè)施和外露的水管線纜要加蓋、加鎖，做好保護(hù)，必須有明顯的標(biāo)志（如圖3所示），以防止人為損壞。

2.2 注意事項(xiàng)

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計在安裝時需要注意以下幾點(diǎn)：①在預(yù)先挖好的埋設(shè)坑中填入10 cm細(xì)沙，然后將配套底盤放入坑中，確定底盤方向和位置，確保沉降計組中所有沉降計底盤方向一致。②將測頭固定在底盤上，必須固定結(jié)實(shí)。③把通氣管分別固定在測頭下部通氣孔兩側(cè)，前一個通氣孔的出氣口與下一沉降計的進(jìn)氣口連接（如圖4、圖5所示），最后氣管回接至儲液箱的上部，以避免受大氣壓的影響。④如圖4、圖5所示，把充液管分別固定在測頭上部的兩個充液孔上，并將前一個充液管的出水口與下一沉降計的進(jìn)水口連接。⑤水循環(huán)過程。通氣管與充液管連接好后，檢查儲液箱是否完好，如果無異常，即開始向箱內(nèi)注水，直至液體由最后一支沉降計的出液管端溢出。氣候溫暖的地域可以使用純凈水或蒸餾水，氣候寒冷地域使用防凍液。一般儲液箱的擺放位置要高于所有傳感器。在循環(huán)過程中，要檢查每一個接口處是否有漏水、漏氣等現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)有漏水、漏氣的地方，必須及時處理，以確保所有接口處嚴(yán)格密封。⑥在充液過程中，排氣非常重要。通過觀察數(shù)據(jù)，可以判斷排氣情況。確認(rèn)沒有氣泡后，充液管充液完成；如果發(fā)現(xiàn)管內(nèi)仍有氣泡，充液箱內(nèi)液已不多，應(yīng)停止管內(nèi)循環(huán)，將充液箱加滿，氣泡浮到水面后再繼續(xù)循環(huán)排氣（采用循環(huán)方法，氣泡會逐漸減少，直到完全沒有氣泡），使充液箱內(nèi)保持3/4左右液位即可。按以上步驟完成充液，最后檢查充液管內(nèi)是否還有氣泡，如果仍有氣泡，必須將氣泡排出后才能進(jìn)行測試。⑦測頭電纜按埋設(shè)走向擺放好，做好電纜、水管和氣管的保護(hù)工作，在條件允許的情況下安裝保護(hù)套管，避免因回填和碾壓造成破壞。⑧向坑中填入細(xì)沙，由測頭頂部算起，至少回填40 cm的細(xì)沙，并壓實(shí)，才能回填其他的回填料進(jìn)行夯實(shí)。在回填過程中要時刻注意讀取數(shù)據(jù)，保證回填過程中測頭完好。⑨安裝時，要避免碾壓對儀器造成損壞，保證回填土與儀器能密實(shí)接觸；避免由于大的石塊、顆粒等在監(jiān)測區(qū)域產(chǎn)生局部架空現(xiàn)象。沉降計安裝就位后，應(yīng)及時測量初值，以儀器編號和設(shè)計編號作為記錄并存檔，嚴(yán)格保護(hù)好儀器的引出電纜。⑩電纜的敷設(shè)應(yīng)遠(yuǎn)離電噪源，例如電力線、發(fā)電機(jī)、變壓器、電機(jī)和弧焊機(jī)等。

2.3 定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當(dāng)傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點(diǎn)：①每次開始測量時，要先進(jìn)行高程聯(lián)測，通過附合水準(zhǔn)線路測量，將不動點(diǎn)A（相當(dāng)于工作基點(diǎn)）納入水準(zhǔn)路線，利用水準(zhǔn)點(diǎn)JM002 和JM003測出A點(diǎn)的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當(dāng)天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應(yīng)（儀器設(shè)備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設(shè)計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點(diǎn)的相對高差，計算得到壓力計B點(diǎn)的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進(jìn)度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點(diǎn)，做好B點(diǎn)的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當(dāng)測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應(yīng)變化，這時兩次讀數(shù)的差值應(yīng)等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應(yīng)先測基準(zhǔn)點(diǎn)A，B點(diǎn)，與基準(zhǔn)點(diǎn)求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實(shí)數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應(yīng)先測基點(diǎn)A，如圖6和圖7所示。

假設(shè)用E0代表基準(zhǔn)點(diǎn)相對水面的高程，En代表第n個測點(diǎn)相對水面的高程，E代表基點(diǎn)的絕對高程（由附合水準(zhǔn)線路測量得出），EN代表第n個點(diǎn)的絕對高程，則被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導(dǎo)入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點(diǎn)，分析發(fā)生的原因，并進(jìn)行重測。如果重測以后，突變點(diǎn)仍未消除，就應(yīng)分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結(jié)束語

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內(nèi)多條高速鐵路中被廣泛應(yīng)用。掌握并熟練運(yùn)用這項(xiàng)測量技術(shù)，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質(zhì)量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]鐵道科學(xué)研究部.客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕

2.3 定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當(dāng)傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點(diǎn)：①每次開始測量時，要先進(jìn)行高程聯(lián)測，通過附合水準(zhǔn)線路測量，將不動點(diǎn)A（相當(dāng)于工作基點(diǎn)）納入水準(zhǔn)路線，利用水準(zhǔn)點(diǎn)JM002 和JM003測出A點(diǎn)的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當(dāng)天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應(yīng)（儀器設(shè)備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設(shè)計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點(diǎn)的相對高差，計算得到壓力計B點(diǎn)的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進(jìn)度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點(diǎn)，做好B點(diǎn)的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當(dāng)測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應(yīng)變化，這時兩次讀數(shù)的差值應(yīng)等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應(yīng)先測基準(zhǔn)點(diǎn)A，B點(diǎn)，與基準(zhǔn)點(diǎn)求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實(shí)數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應(yīng)先測基點(diǎn)A，如圖6和圖7所示。

假設(shè)用E0代表基準(zhǔn)點(diǎn)相對水面的高程，En代表第n個測點(diǎn)相對水面的高程，E代表基點(diǎn)的絕對高程（由附合水準(zhǔn)線路測量得出），EN代表第n個點(diǎn)的絕對高程，則被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導(dǎo)入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點(diǎn)，分析發(fā)生的原因，并進(jìn)行重測。如果重測以后，突變點(diǎn)仍未消除，就應(yīng)分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結(jié)束語

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內(nèi)多條高速鐵路中被廣泛應(yīng)用。掌握并熟練運(yùn)用這項(xiàng)測量技術(shù)，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質(zhì)量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻(xiàn)

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[2]鐵道科學(xué)研究部.客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕

2.3 定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當(dāng)傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點(diǎn)：①每次開始測量時，要先進(jìn)行高程聯(lián)測，通過附合水準(zhǔn)線路測量，將不動點(diǎn)A（相當(dāng)于工作基點(diǎn)）納入水準(zhǔn)路線，利用水準(zhǔn)點(diǎn)JM002 和JM003測出A點(diǎn)的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當(dāng)天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應(yīng)（儀器設(shè)備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設(shè)計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點(diǎn)的相對高差，計算得到壓力計B點(diǎn)的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進(jìn)度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點(diǎn)，做好B點(diǎn)的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當(dāng)測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應(yīng)變化，這時兩次讀數(shù)的差值應(yīng)等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應(yīng)先測基準(zhǔn)點(diǎn)A，B點(diǎn)，與基準(zhǔn)點(diǎn)求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實(shí)數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應(yīng)先測基點(diǎn)A，如圖6和圖7所示。

假設(shè)用E0代表基準(zhǔn)點(diǎn)相對水面的高程，En代表第n個測點(diǎn)相對水面的高程，E代表基點(diǎn)的絕對高程（由附合水準(zhǔn)線路測量得出），EN代表第n個點(diǎn)的絕對高程，則被測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導(dǎo)入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點(diǎn)，分析發(fā)生的原因，并進(jìn)行重測。如果重測以后，突變點(diǎn)仍未消除，就應(yīng)分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結(jié)束語

定點(diǎn)式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內(nèi)多條高速鐵路中被廣泛應(yīng)用。掌握并熟練運(yùn)用這項(xiàng)測量技術(shù)，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質(zhì)量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]鐵道科學(xué)研究部.客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕