機場飛行區鐵路下穿區域自動化沉降監測方法研究

陳立強，胡勝剛，陳航

摘 要：某機場飛行區鐵路由于下穿隧洞兩側和拱頂回填土層厚度的差異造成了沉降差，因固結時間不足，工后差異沉降造成在隧洞拱頂上方的道面混凝土形成一條拉寬假縫。為對鐵路下穿區域土基填筑體的沉降情況進行長期監測，以便及時應對突發狀況和消除機場運營期間的安全隱患。機場飛行區下穿區域的沉降監測技術要求監測精度高、傳感器及數據采集儀防水防潮，在下穿區域布置多點位移計9組（27孔），陣列計2孔，監控下穿區域的土體沉降以及水平位移等變形情況。經過近六個月的運行，自動化監測方法是可行的，可為其他類似機場項目作參考。

關鍵詞：民用機場；智能監測；沉降；不均勻沉降；工后沉降

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）04-0097-03

1 項目概況

某機場飛行區道面混凝土在下穿鐵路隧洞拱頂上部產生一條拉寬假縫，呈東西走向，即垂直道面中心線。平滑短假縫位于鐵路拱頂南側5 m處，縫最大寬度為19 mm，相鄰板差為3.1 mm，長度39 m，較短縫與預埋鐵路中心線重合。跑道長假縫位于預埋鐵路中心線北側5 m處，縫最大寬度為14 mm，相鄰板差為1.6 mm，長度45 m，如圖1、圖2所示。

拉寬假縫區域場地勘探深度范圍內地層分布為：壓實水泥土、人工素填土、級配碎石填土、摻水泥砂性素填土層（mlQ）、燕山期（γ）全風化花崗巖層。

對拉寬假縫區域的處理為破除并重新澆筑混凝土道面，對深部填土層袖閥管注漿。破除并重新澆筑混凝土道面683 m2，注漿鉆孔255個，累計注漿量為65 m3。

根據設計要求對鐵路下穿區域土基填筑體的沉降情況進行長期監測，由于機場即將通航，在不停航狀態下開展日常人工監測難度極大[1]，故采用自動化監測是較好的選擇。

2 自動化監測方案

2.1 自動化監測方案對比

有4種監測方法可滿足自動化沉降監測要求，分別為：測量機器人、靜力水準、InSAR、位移計，四種方法技術對比見表1。

由表1可知，靜力水準需要設置透氣孔，測量機器人凈空不滿足，INSAR精度不滿足，因此位移計作為飛行區下穿區域的沉降監測方法是較為合適的技術方案。

2.2 監測方案

根據區域地質狀況和監測目的，對鐵路下穿區域增設多點位移計和陣列計，自動監測沉降和水平位移。具體劃分詳見圖3。

多點位移計平面布置方案如下：①跑道和平滑拆除道面板區域分別設置3孔多點位移計，監測點間距均為20 m，用于監測運營期間該區域填筑體沉降情況。②場內隧道開挖及回填范圍（隧道中心線兩側各20 m范圍）設置多點位移計，其中跑道東側土面區監測點之間間距為40 m，跑滑間土面區監測點間距為30 m，平滑南側監測點間距為20 m。多點位移計總計27孔。多點位移計深度布置方案為每孔沿深度方向布置5個點，其中鐵路肥槽回填填土處的測點間距不小于2 m，其他區域不小于5 m。

陣列位移計平面布置方案如下：布置在土面區隧洞頂，1孔臨近跑道，1孔臨近滑行道，分別監控跑道和滑行道荷載對下部土層水平位移的影響。

每孔傳感器布置間距為0.5 m，孔底深為隧洞頂混凝土上部。多點位移計和陣列計布置詳見圖3。

3 傳感器埋設和數據采集

3.1 設備選型

VWM型振弦式多點位移計適用于長期埋設在土壩、邊坡、隧道、地基等結構物內，測量結構物內深層多部位的位移、沉降、應變等，并可同步測量埋設點的溫度。VWM型振弦式多點位移計由位移計、基座、護罩、接長測桿、測桿接頭、PVC護管、護管接頭、護管轉接頭、護管封頭、定位盤、錨頭、觀測電纜等組成，具有智能識別功能，如圖4所示。VWM型振弦式多點位移計規格見表2。

陣列位移計原理是通過MEMS微機電系統測量重力加速度在不同軸向上的數據，來反映對應軸與重力方向的角度，再通過角度變化計算對應長度桿的位移量，陣列計結構示意圖如圖5所示。陣列計各參數指標見表3。

3.2 傳感器鉆孔埋設

本項目采用五點位移計。陣列位移計安裝基本流程為測斜管鉆孔→測斜管安裝→陣列計安裝→孔口封裝→數據采集儀安裝等。埋設具體步驟如下。

第一，采用Ф110鉆頭鉆孔至隧洞頂混凝土上部，根據斷面高程確定鉆孔深度。

第二，鉆孔完成后安裝測斜管，將每節2 m的測斜管用束節逐節連接在一起。管與管連接時先在測斜管外側涂上PVC膠，然后將測斜管插入束節，在束節四個方向用自攻螺絲或鋁鉚釘緊固束節與測斜管。

第三，內槽檢驗是在測斜管接長過程中，不斷將測斜管穿入制作好的地下連續墻鋼筋籠內。在測斜管內槽位置滿足要求后方封住測斜管下口。

第四，測管孔周固定。測斜管安裝進鉆孔內后，采用中粗砂填充管周孔內，并用水沖密實，測斜管凹槽對準跑道或者滑行道。

第五，固定式測斜儀安裝。將陣列位移計緩慢放入孔內直至孔底，對陣列位移計第二次通電采集數據。

第六，頂部位置安裝固定下壓桿件、傳感器放入孔內，利用下壓桿件螺紋反向下壓固定。

第七，陣列位移計通電采集數據，獲取初始讀數、數據測試12 h如無異常變化，設定好預警值即可開始正常數據采集。

第八，做好孔口保護裝置并將導線開槽埋入地下，引入至數據采集儀中。

3.3 數據采集儀及供電

數據采集采用16通道多功能采集模塊，采用12V蓄電池供電，1主機拖2個8通道擴展塊，可采集振弦、差阻、智能、電流/電壓等信號。數據采集頻率按照1次/d進行。

4 埋設質量和監測成果質量分析

4.1 埋設質量評價

多點位移計和陣列計傳感器經鉆孔埋設后，傳感器總數量為163個，完好個數為160個。數據采集儀共計13個，埋設在土面區，采用防水防潮保護盒。運行期間。檢查發現塑料盒存在滲水現象，因此需要定期清理保護盒內的積水。

4.2 監測成果分析

埋設完成后，實現了對飛行區下穿隧洞兩側土體的沉降及水平位移的自動化監測，監測成果如圖6所示。從沉降和水平位移時程曲線來看，數據變化穩定，與實際人工監測數據基本一致，可信度較高。

5 結語

機場飛行區下穿通道工程兩側回填土密實程度直接影響道面區的差異沉降，決定了道面使用功能。填筑完成后需要及時開展沉降監測，自動化監測采用位移計和陣列計能夠較好的獲得傳感器埋設完好率和位移數據的準確率，可供其他類似工程參考。

參考文獻

[1] 賈亮，徐國雙.路基沉降監測中幾種監測方法的應用[J].北京測繪，2010（3）：31-35.