淺談高速鐵路路基工程沉降觀測中自動化監測技術控制要點

常 文

（甘肅鐵科建設工程咨詢有限公司，甘肅 蘭州73000）

1 適用環境條件

使用自動監測系統設備時，周圍環境中應無強磁場及高頻電磁場的干擾，環境溫度應在-10～60℃之間，相對濕度應在10%～90%之間，大氣壓力應在86kPa～106kPa 之間。

2 結構特征與工作原理

2.1 系統總體結構

自動監測系統設備由基準點自動監測物位計、測點自動監測物位計、定位裝載箱、傳輸總線（含數據線、液管、氣管）、工控設備箱組成。

2.2 基本原理

連通器原理。通過對同一密封液路系統液體內不同位置距離液面的高程的變化的自動測量和計算，獲得本期垂直變形值和累計垂直變形值。

2.3 系統主要結構單元的工作原理

由工控設備箱內的數據采集設備按照設定的頻次對物位計發布工作指令，物位計按照指令實時對被測結構的高程進行測量，數據采集設備實時自動采集測量值，通過工控設備箱內的無線傳輸設備將數據實時無線傳輸至網絡中心的數據平臺，數據平臺進行數據處理和發布，監測人員可登錄網絡平臺實時瀏覽變形數據和時程曲線圖。

2.4 輔助裝備的功能結構和工作原理

1）基準沉降板：鋼板材質；保證基準點物位計穩固、減少外界對物位計的影響。

2）測點沉降板：鋼板材質；保證測點沉降板隨路基土體隨降。

3）中繼板：通過φ50 鋼管剛性連接，保證路基地基和表層中繼基準同時變形。

3 自動化觀測技術控制要點

3.1 自動化沉降監測斷面說明

3.1.1 自動化-ZCⅠ型沉降監測斷面說明

ZCⅠ型自動化沉降監測斷面用于路堤地段的沉降監測，監測物位計分別布設在地面或地基處理墊層頂面及基床底層頂面。

ZCⅠ型自動化沉降監測斷面在地面或地基處理墊層頂面上布置1 個監測物位計，位置布設于雙線路基中心；基床底層頂面布設3 個監測物位計，位置分別布設于雙線路基中心、線路兩側路肩處，有中繼基準點的一側，中繼基準點距離路肩邊緣1m，測點布置在路肩邊緣2.5m 的位置；另一側測點位于路肩邊緣1m 的位置。基準點設置在坡腳，為確保基準點的穩定，基準點位置向下鉆孔至穩定的持力層，達到要求深度后，孔內放置基準桿，基準桿底端錨固長度應為2～3m，孔壁與基準桿之間應使用護套管進行隔離，護套管外壁與孔壁之間應使用細砂進行填充。最后將基準點固定在基準桿上。

3.1.2 自動化-ZCⅡ型沉降監測斷面說明

ZCⅡ型自動化沉降監測斷面用于路橋過渡段1～5m 路堤處的沉降監測,監測物位計分別布設在地面或地基處理墊層頂面及基床底層頂面。ZCⅡ型自動化監測斷面在地面或地基處理墊層頂面上布設3 個監測物位計，布設于雙線路基中心以及對應路堤邊坡中心的位置；基床底層頂面監測物位計的布設方式及基準點的做法與ZCⅠ型斷面要求相同。

3.3.3 自動化-ZCⅢ型沉降監測斷面說明

ZCⅢ型自動化沉降監測斷面用于路塹地段的沉降監測，測量物位計布設在基床底層頂面位置。

ZCⅢ型自動化沉降監測斷面在基床底層頂面布設3 個監測物位計，布設在雙線路基中心以及兩側路肩邊緣內側1m 的位置；基準點的做法與ZCⅠ型斷面要求相同。

3.3.4 自動化-ZCⅣ型沉降監測斷面說明

ZCⅢ型自動化沉降監測斷面用于路塹地段的沉降監測，測量物位計布設在基床底層頂面位置。

ZCⅢ型自動化沉降監測斷面在基床底層頂面布設3個監測物位計，布設在雙線路基中心以及兩側路肩邊緣內側1m 的位置；基準點的做法與ZCⅠ型斷面要求相同。

3.3.5 自動化-ZCⅣ型沉降監測斷面說明

ZCⅣ型自動化沉降監測斷面用于浸水路堤的沉降監測，監測路基以及地基沉降。

ZCⅣ型自動化監測斷面在地面或地基處理墊層頂面上放置沉降板，通過連接桿將監測物位計與沉降板進行連接，連接桿與路基填料之間使用護套管進行隔離，監測物位計布設在水面以上、雙線路基中心的位置:基床底層頂面監測物位計布設方式與ZCⅠ型斷面要求相同。半浸水路堤基準點布設在未浸水的一側，兩側均浸水的路堤基準點布在路堤邊坡平臺上;基準點做法與ZCⅠ型斷面要求相同。

3.3.6 自動化-ZCⅤ型沉降監測斷面說明

ZCⅤ型自動化沉降監測斷面用于站場路基的沉降監測，監測物位計布沒在地面或地基處理墊層頂面及基床底面頂面。

ZCⅤ型自動化沉降監測斷面在地面或地基處理墊層項面及基床底層項面布設監測物位計，數量根據軌道股數進行適當布設:基準點的做法與ZCⅠ型斷面要求相同。

3.2 自動化監測系統設備和軟件的主要技術要點

1）自動化自動監測系統設備由自動化監測物位計，基準點安裝件、沉降板、定位裝載箱、連接總線、工控設備箱、柔性安裝管組成，需滿足線路施工階段和運營期間的長期觀測要求。

2）自動化監測物計要求精度需達到0.5mm，量程需達到500mm，靈敏度需達到0.01mm，且必須具有國家計量器具制造許可證明。

3）基準點安裝件為長400mm，寬400mm,厚5mm 的鐵板，附帶安裝組件，向上螺接觀測桿，觀測桿為直徑16mm 的鋼筋。

4）定位裝載箱需含有儲液罐和氣控設備和液控設備。

5）工控設備箱應含有工業蓄電池、工控采集模組、雙向數據傳輸模組、安裝組件和天線。

6）系統安裝時可以布設φ75mm 柔性安裝管，將監測物位計和傳輸總線安裝在柔性安裝管內。

3.3 自動化監測系統設備調試

測線平鋪好，接入工控設備箱內的采集控制器相應接口，接好天線，接通蓄電池電源口，測量人員登錄網絡數據平臺查看數據是否正常。

3.4 元件保護及維護要點

1）元件埋設前需要根據現場情況進行編號，有導線的元件應將導線引出至路基坡腳觀測箱內，并做好觀測箱的保護。

2）所有監測元件埋設時或監測過程中損壞應及時補埋。

3）元器件、基準點、工控箱等設備埋設后，制作相應的標識和保護裝置，確保不受損壞。自動監測設備天線需要設置警示管進行保護，同時要以警示管為中心設置水泥保護井，且警示管不得覆蓋任何物品:傳輸總線中的液體需兩年更換一次;太陽能板要定期清潔，保持表面無污物覆蓋；自動監測系統設備埋設后，應定期巡視地表設備，包括太陽能供電設備和地表傳輸線路；太陽能供電系統中的工業蓄電池應定期維護，保養。

4）監測人員應制定穩妥的保護措施并認真執行，確保元器件不因人為因素和自然因素而受到破壞。

3.5 資料整理要點

1）所有測試數據應真實、可靠，并有可追溯性；記錄必須清晰且不得修改。

2）自動采集測試數據應及時在計算機內備份，確保不遺失。沉降觀測資料及時輸入沉降觀測管理信息系統，以保證各相關單位在觀測過程中實時監控。

3）按照資料提交要求及時對測試數據進行整理、分析、匯總、繪制有關分析曲線及完成有關報告。

4 注意事項

4.1 自動化監測系統注意事項

1）在維護基準點區域時移動測量設備，導致測量數據波動或產生非真實位移誤差。

2）物位計、傳輸總線、設備箱、定位裝載箱擅自打開或拆解，導致設備不能正常工作、失效或損壞。

3）自動化自動監測系統軟件在設定查詢時間時未按照實際需要時間設定，導致累計變形值計算有誤差。

4）物位計上蓋如果被打開，物位計的本身的上蓋密封立即破壞無法恢復，同時將造成全線系統密封破壞，無法恢復。導致系統全線數據失效。

5）系統設備中的測量設備設計為全路密封，如產生局部破損應更換全線測點設備和管路。

4.2 沉降觀測注意事項

1）在沉降觀測實施過程中，觀測時間的間隔還要根據地基的沉降值和沉降速率進行調整。必要時制定專項觀測方案進行監測：

①當兩次連續觀測的沉降差大于4mm 時；

②當出現沉降突變；

③地下水變化、暴雨、鄰近施工等外部環境變化時；

2）觀測應持續到工程驗收交由運營管理部門繼續觀測。當中心地基處沉降觀測點沉降量＞10mm/d、豎向位移＞10mm/d 時，應及時通知監管部門，并要求停止填筑施工，待沉降穩定后再恢復填土，必要時采用卸載措施。路基施工各節點時間應具有沉降觀測數據。

5 總結

為滿足我國高速鐵路建設的發展需要，加強路基沉降觀測的控制，確保高速鐵路建設質量，本文通過自動監測技術控制要點的分析，為高速鐵路路基工程沉降觀測提供參考。