鄧軼

【摘 要】隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，列車運(yùn)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(yùn)營過程中對線路穩(wěn)定性監(jiān)測的關(guān)鍵，為線路正常運(yùn)營、人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。文章結(jié)合JMDL4720型單點(diǎn)沉降計(jì)的應(yīng)用進(jìn)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(diǎn)沉降計(jì)；預(yù)埋；應(yīng)用

【中圖分類號】U213.1 【文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)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(yù)期目標(biāo)順利進(jìn)行和確保線路運(yùn)營順利，必須對路基施工過程中和運(yùn)營期進(jìn)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(jìn)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(fèi)人力資源大、人為觀測誤差大、數(shù)據(jù)處理煩瑣等缺點(diǎn)，因此為了實(shí)現(xiàn)信息化，中鐵上海工程局集團(tuán)第五工程有限公司在陬市車站路基施工中應(yīng)用了自動(dòng)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(diǎn)沉降計(jì)的應(yīng)用，從自動(dòng)沉降觀測原理、點(diǎn)位埋設(shè)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行介紹。

1 單點(diǎn)沉降計(jì)概述

1.1 路基自動(dòng)化監(jiān)測原件概述

路基自動(dòng)化監(jiān)測分為電測沉降計(jì)與水平位移計(jì)，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(jì)、柔性位移計(jì)等檢測元件和無線自動(dòng)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(dòng)化監(jiān)測原件的選用

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

JMDL4720沉降計(jì)是一種埋入式電感調(diào)頻類智能位移計(jì)。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(diǎn)沉降計(jì)型號及主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

單點(diǎn)沉降計(jì)型號及主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 路基自動(dòng)化監(jiān)測原件構(gòu)造及原理

1.2.1 路基自動(dòng)化監(jiān)測原件構(gòu)造

JMDL4720型單點(diǎn)沉降計(jì)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(dòng)化監(jiān)測工作原理

JMDL4720單點(diǎn)沉降計(jì)是利用電感調(diào)頻位移計(jì)的電磁感應(yīng)原理，與測桿固接的導(dǎo)磁體活塞桿插入螺管線圈并可來回移動(dòng)，線圈的電感量與導(dǎo)磁體活塞桿插入線圈的長度有關(guān)。當(dāng)發(fā)生位移時(shí)，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(jì)整體埋設(shè)如圖2所示。底層錨頭錨固到基巖（相對不動(dòng)點(diǎn)），導(dǎo)線從側(cè)面引出。當(dāng)基礎(chǔ)下沉?xí)r，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(shí)現(xiàn)沉降觀測的目的。

2 單點(diǎn)沉降計(jì)的埋設(shè)

2.1 作業(yè)準(zhǔn)備

（1）進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)報(bào)告，計(jì)算持力層深度，編制施工組織設(shè)計(jì)、施工工藝、工序質(zhì)量控制措施。

（2）測量放樣，設(shè)計(jì)沉降觀測斷面。

（3）鉆孔：鉆孔隊(duì)伍進(jìn)場，進(jìn)行技術(shù)交底和安全技術(shù)培訓(xùn)。

（4）檢查鉆孔設(shè)備，確保施工安全。

（5）接通電源和水路，進(jìn)行機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（6）作業(yè)設(shè)備材料準(zhǔn)備：自動(dòng)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(jī)就位→鉆孔→單點(diǎn)沉降計(jì)原件檢查測量→預(yù)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(jì)給出的沉降觀測斷面，計(jì)算路基中線坐標(biāo)，現(xiàn)場進(jìn)行路基斷面放樣。

2.3.2 鉆孔

（1）查閱本標(biāo)段設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)勘察報(bào)告，計(jì)算出地面距巖層深度，下發(fā)技術(shù)交底。

（2）機(jī)械進(jìn)場前對場地進(jìn)行平整，鉆孔時(shí)嚴(yán)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(jìn)場鉆機(jī)進(jìn)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(jìn)行安全教育培訓(xùn)。

2.3.3 原件預(yù)埋與安裝

（1）確定安裝時(shí)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(jìn)行鉆孔預(yù)埋安裝。如遇下雨，則要求在天晴2 d后再進(jìn)行安裝。

（2）布點(diǎn)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測量，確定好測試點(diǎn)。

（3）安裝前應(yīng)進(jìn)行全面檢查：一是對每只位移傳感器進(jìn)行測量，確定其運(yùn)行狀態(tài)完好；二是對安裝附件進(jìn)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(gè)）；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(yù)定部位按要求鉆孔，孔徑要求為90～127 mm，鉆孔鉛垂，孔深應(yīng)達(dá)基巖并記錄孔深，孔口應(yīng)平整。

（5）安裝：①根據(jù)孔深計(jì)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(jì)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(shí)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(diǎn)沉降計(jì)。安裝過程中，應(yīng)用綜合測試儀對單點(diǎn)沉降計(jì)進(jìn)行全程監(jiān)控，以保證單點(diǎn)沉降計(jì)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(xiàng)：一是當(dāng)安裝壓桿將底層錨頭壓至孔最底端，而沉降板仍高出預(yù)計(jì)的測量層面時(shí)，應(yīng)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(shí)，應(yīng)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(yīng)小心謹(jǐn)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(shí)。

（8）裝好單點(diǎn)沉降計(jì)后，將測試導(dǎo)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(yīng)軟件進(jìn)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(diǎn)沉降計(jì)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(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)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(shí)，對應(yīng)接好各個(gè)端口，數(shù)據(jù)線分為黑、紅、黃、藍(lán)4種顏色，根據(jù)顏色的不同連接單點(diǎn)沉降計(jì)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(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)讀取并進(jìn)行保存（如圖8所示），采用配套軟件DSC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，點(diǎn)擊“讀時(shí)間”讀取數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)時(shí)間，點(diǎn)擊“測量模塊”進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，點(diǎn)擊“保存”進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。

（7）歷史數(shù)據(jù)查找及導(dǎo)出：點(diǎn)擊“歷史數(shù)據(jù)”進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查找，點(diǎn)擊“導(dǎo)出”將數(shù)據(jù)導(dǎo)出（如圖9所示）。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸基于手機(jī)無線通信網(wǎng)絡(luò)，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(jī)無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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(luò)上傳到服務(wù)器，測量人員利用軟件登錄后，可以隨時(shí)查看沉降數(shù)據(jù)值，實(shí)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(wù)器、監(jiān)控終端及相關(guān)軟件組成。多個(gè)監(jiān)控終端通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控服務(wù)器互聯(lián)，支持多用戶同時(shí)訪問。軟件系統(tǒng)主要實(shí)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(bào)表輸出與圖表分析五大功能。監(jiān)測系統(tǒng)可通過預(yù)先設(shè)定的限值進(jìn)行預(yù)判，一旦沉降超標(biāo)，將向監(jiān)測人員發(fā)出警報(bào)，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(dòng)沉降觀測系統(tǒng)的應(yīng)用，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

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

（2）采用電測位移傳感器，可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測量沉降量。

（3）不僅可接入JMZX—300×綜合測試儀進(jìn)行人工測量，而且還可接入JMZR2000多點(diǎn)自動(dòng)綜合測試系統(tǒng)。JMZX—256多點(diǎn)自動(dòng)綜合遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)的任意通道組成自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)和無線遙測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸、自動(dòng)測量和運(yùn)行觀測。

（4）系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)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(dǎo)線長度的影響，信號遠(yuǎn)距離傳輸不失真，抗干擾能力強(qiáng)。

（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(shí)自動(dòng)完成非線性修正。同時(shí)具有智能記憶、自動(dòng)存儲等功能。

（7）路基預(yù)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(shí)質(zhì)量。

（8）遠(yuǎn)程無線自動(dòng)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(shí)可靠。

（9）工程施工與運(yùn)營期間均可監(jiān)測路基沉降。

（10）遠(yuǎn)程無線自動(dòng)監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，節(jié)約了大量人力。

參 考 文 獻(xiàn)

[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(zhǔn)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(diǎn)沉降計(jì)說明書[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]