定点式剖面沉降测试压力计在高速铁路路基中的应用

苗中华

摘 要：随着我国高速铁路和客运专线的迅猛发展，定点式剖面沉降测试压力计在高速铁路路基沉降观测中的应用也越来越广泛。深入研究定点式剖面沉降测试压力计的测量方法、工作原理、数据计算、曲线分析和工后沉降要求，以提高高速铁路的路基质量，保证旅客乘坐列车的舒适和安全。

关键词：高速铁路；定点式剖面；沉降测试；压力计；铁路路基

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0074-03

路基是高速铁路线路工程中最不稳定的环节，也是最容易出问题的环节，如何保证路基工程的稳定性，是路基施工的重点。定点式剖面沉降测试压力计以其灵敏度高、稳定性好、耐腐蚀、移动灵活、操作简单等优点，在高速铁路路基中得到广泛应用。它能准确、及时地反映路基施工中的垂直位移量，为路基的稳定性分析和工后沉降数据汇总提供宝贵的数据资料。所以，使这一先进的测量技术在高速铁路路基中得到更好的应用对铁路的行车安全尤为重要。

1 路基沉降观测的技术要点

1.1 路基沉降观测精度及技术要求

1.1.1 垂直位移监测网建网方式

线下工程垂直位移监测一般按沉降变形等级三等的要求（国家二等水准测量）施测，根据沉降变形测量精度要求高的特点，垂直位移监测网布设方法分为以下三级：①基准点。要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，并使用二等精密高程控制测量布设的基岩点和深埋水准点。②工作基点。要求工作基点在观测期间稳定不变，在测定沉降变形点时，这些点可作为高程的传递点。③沉降变形点。直接埋设在要测定的沉降变形体上，点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不仅要牢固设置、便于观测，还要形式美观、结构合理，更不能破坏沉降变形体的外观和使用。

1.1.2 沉降变形测量等级及精度

沉降变形测量等级和精度要求的规定如表1和表2所示。

1.2 路基沉降观测频次技术要求

1.2.1 路基沉降控制标准

有砟轨道路基工后沉降量不应大于5 cm，年沉降速率应小于2 cm/年，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3 cm，无碴轨道地段路基可压缩性地基均进行沉降分析。按照《客运专线无碴轨道铁路设计指南》第4.1.4条的规定，路基在无碴轨道铺设完成后的工后沉降，应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15 mm；对于沉降比较均匀、长度大于20 m的路基，允许的最大工后沉降量为30 mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：

1.3 路基沉降观测元器件埋设技术要求

定点式剖面沉降测试压力计用于路基Ⅱ型监测断面中，如图1所示。Ⅱ型监测断面包括沉降监测桩和定点式剖面沉降测试压力计。定点式剖面沉降测试压力计位于路堤中心，基底铺设垫层的地段埋设于垫层顶面，基底设混凝土板地段置于板顶面。

2 定点式剖面沉降测试压力计的安装及测量方法

2.1 安装方法

定点式剖面沉降测试压力计的安装方法依次是：①通过测量放样，确定埋设点位置，在埋设点挖沟，沟深1 m，宽约0.3 m，如图2所示。②截取绳子（为防止绳索长年腐蚀，最好采用直径为2～3 mm的不锈钢丝绳），钢丝绳长度为预埋管材长度的2倍再加2 m，将钢丝绳两端对折，并从有驳棍的管口处放入管材内部（钢丝绳两端应套住驳棍），从管材另一管口伸出。连接沉降管，接头用土工布包好，绳子从滑杆绕回，然后留在管子外侧，要保护好绳头，不能掉入管内。③放入管材前，先将沟底垫0.2 m的细砂（细砂要剔除大颗粒石子），铺平、压实，然后放入管材，再覆盖0.3 m以上的砂，并进行人工碾压。④把定点测头用预留绳拉入管内预留地点，并保护好绳头以备用。⑤标准测头和水杯集线盒集成在900 cm2的钢板上，钢板下方有150 mm长的锚固螺栓，需把钢板牢固地固定在观测桩上，钢板要水平放置。在露出的管口处做好保护装置，并在保护装置内预埋仪器底板（管口不得高出仪器预埋板位置300 mm以上）。⑥观测桩上的设施和外露的水管线缆要加盖、加锁，做好保护，必须有明显的标志（如图3所示），以防止人为损坏。

2.2 注意事项

定点式剖面沉降测试压力计在安装时需要注意以下几点：①在预先挖好的埋设坑中填入10 cm细沙，然后将配套底盘放入坑中，确定底盘方向和位置，确保沉降计组中所有沉降计底盘方向一致。②将测头固定在底盘上，必须固定结实。③把通气管分别固定在测头下部通气孔两侧，前一个通气孔的出气口与下一沉降计的进气口连接（如图4、图5所示），最后气管回接至储液箱的上部，以避免受大气压的影响。④如图4、图5所示，把充液管分别固定在测头上部的两个充液孔上，并将前一个充液管的出水口与下一沉降计的进水口连接。⑤水循环过程。通气管与充液管连接好后，检查储液箱是否完好，如果无异常，即开始向箱内注水，直至液体由最后一支沉降计的出液管端溢出。气候温暖的地域可以使用纯净水或蒸馏水，气候寒冷地域使用防冻液。一般储液箱的摆放位置要高于所有传感器。在循环过程中，要检查每一个接口处是否有漏水、漏气等现象，一旦发现有漏水、漏气的地方，必须及时处理，以确保所有接口处严格密封。⑥在充液过程中，排气非常重要。通过观察数据，可以判断排气情况。确认没有气泡后，充液管充液完成；如果发现管内仍有气泡，充液箱内液已不多，应停止管内循环，将充液箱加满，气泡浮到水面后再继续循环排气（采用循环方法，气泡会逐渐减少，直到完全没有气泡），使充液箱内保持3/4左右液位即可。按以上步骤完成充液，最后检查充液管内是否还有气泡，如果仍有气泡，必须将气泡排出后才能进行测试。⑦测头电缆按埋设走向摆放好，做好电缆、水管和气管的保护工作，在条件允许的情况下安装保护套管，避免因回填和碾压造成破坏。⑧向坑中填入细沙，由测头顶部算起，至少回填40 cm的细沙，并压实，才能回填其他的回填料进行夯实。在回填过程中要时刻注意读取数据，保证回填过程中测头完好。⑨安装时，要避免碾压对仪器造成损坏，保证回填土与仪器能密实接触；避免由于大的石块、颗粒等在监测区域产生局部架空现象。沉降计安装就位后，应及时测量初值，以仪器编号和设计编号作为记录并存档，严格保护好仪器的引出电缆。⑩电缆的敷设应远离电噪源，例如电力线、发电机、变压器、电机和弧焊机等。

2.3 定点式剖面沉降测试压力计的测量方法

2.3.1 工作原理

定点式剖面沉降测试压力计主要由测头、压力系统、通气管道、配套电缆和测试仪组成，当传感器的高差发生变化，引起液压变化，最终反映为电子讯号的变化。

2.3.2 测量方法

定点式剖面沉降测试压力计的测量方法主要有以下几点：①每次开始测量时，要先进行高程联测，通过附合水准线路测量，将不动点A（相当于工作基点）纳入水准路线，利用水准点JM002 和JM003测出A点的高程，如图6所示。②用便携式工程测试仪读取定点式剖面沉降测试压力计数据。读取数据时，要记录当天测量的日期和时间，注意测头编号和便携式工程测试仪的编号要一一对应（仪器设备厂商在仪器出厂时已经根据设计要求，将测头编号存入测试仪了），通过液压高差的变化，获得A，B点的相对高差，计算得到压力计B点的高程。③填土高度可采用测量或根据施工进度台账确定。④建立观测台账，根据路基变化情况注明观测的时间节点，做好B点的沉降量汇总计算，确定“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图。

2.3.3 数据计算处理方法

沉降测试压力计的储液箱液位固定不变，当测头位置变化时，该仪器显示数据也发生相应变化，这时两次读数的差值应等于测头在垂直方向上的高度差。所以在测量前应先测基准点A，B点，与基准点求差后得出来的数据才是该次测量的真实数据，它是一个相对值。由于观测的断面不止一个，则每次测量的条件有所不同，比如储液位置不同，相对高度值就会不同。所以要求在每次测量前应先测基点A，如图6和图7所示。

假设用E0代表基准点相对水面的高程，En代表第n个测点相对水面的高程，E代表基点的绝对高程（由附合水准线路测量得出），EN代表第n个点的绝对高程，则被测点相对基准点的沉降量为△E的公式为：

3 沉降观测数据评估

根据每次测得的B点观测数据，汇总数据资料，导入电脑，软件自动绘制“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图，分别如图8和图9所示。

通过图8和图9可以发现沉降突变点，分析发生的原因，并进行重测。如果重测以后，突变点仍未消除，就应分析路基是否有突然下沉或不均匀沉降等情况，及时采取有效措施，确保沉降稳定变化。

4 结束语

定点式剖面沉降测试压力计因工作效率高、操作方法简单、数据曲线图直观和良好的数据反馈能力，在国内多条高速铁路中被广泛应用。掌握并熟练运用这项测量技术，可以有效推动高速铁路的发展，大大提高高速铁路的路基质量和轨道的平顺性，从而保证旅客乘坐列车的舒适度和安全性。

参考文献

[1]中铁二院工程集团有限责任公司.TB 10601—2009 高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]铁道科学研究部.客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设〔2006〕158号）[M].北京：中国铁道出版社，2006.

〔编辑：李珏〕

2.3 定点式剖面沉降测试压力计的测量方法

2.3.1 工作原理

定点式剖面沉降测试压力计主要由测头、压力系统、通气管道、配套电缆和测试仪组成，当传感器的高差发生变化，引起液压变化，最终反映为电子讯号的变化。

2.3.2 测量方法

定点式剖面沉降测试压力计的测量方法主要有以下几点：①每次开始测量时，要先进行高程联测，通过附合水准线路测量，将不动点A（相当于工作基点）纳入水准路线，利用水准点JM002 和JM003测出A点的高程，如图6所示。②用便携式工程测试仪读取定点式剖面沉降测试压力计数据。读取数据时，要记录当天测量的日期和时间，注意测头编号和便携式工程测试仪的编号要一一对应（仪器设备厂商在仪器出厂时已经根据设计要求，将测头编号存入测试仪了），通过液压高差的变化，获得A，B点的相对高差，计算得到压力计B点的高程。③填土高度可采用测量或根据施工进度台账确定。④建立观测台账，根据路基变化情况注明观测的时间节点，做好B点的沉降量汇总计算，确定“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图。

2.3.3 数据计算处理方法

沉降测试压力计的储液箱液位固定不变，当测头位置变化时，该仪器显示数据也发生相应变化，这时两次读数的差值应等于测头在垂直方向上的高度差。所以在测量前应先测基准点A，B点，与基准点求差后得出来的数据才是该次测量的真实数据，它是一个相对值。由于观测的断面不止一个，则每次测量的条件有所不同，比如储液位置不同，相对高度值就会不同。所以要求在每次测量前应先测基点A，如图6和图7所示。

假设用E0代表基准点相对水面的高程，En代表第n个测点相对水面的高程，E代表基点的绝对高程（由附合水准线路测量得出），EN代表第n个点的绝对高程，则被测点相对基准点的沉降量为△E的公式为：

3 沉降观测数据评估

根据每次测得的B点观测数据，汇总数据资料，导入电脑，软件自动绘制“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图，分别如图8和图9所示。

通过图8和图9可以发现沉降突变点，分析发生的原因，并进行重测。如果重测以后，突变点仍未消除，就应分析路基是否有突然下沉或不均匀沉降等情况，及时采取有效措施，确保沉降稳定变化。

4 结束语

定点式剖面沉降测试压力计因工作效率高、操作方法简单、数据曲线图直观和良好的数据反馈能力，在国内多条高速铁路中被广泛应用。掌握并熟练运用这项测量技术，可以有效推动高速铁路的发展，大大提高高速铁路的路基质量和轨道的平顺性，从而保证旅客乘坐列车的舒适度和安全性。

参考文献

[1]中铁二院工程集团有限责任公司.TB 10601—2009 高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]铁道科学研究部.客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设〔2006〕158号）[M].北京：中国铁道出版社，2006.

〔编辑：李珏〕

2.3 定点式剖面沉降测试压力计的测量方法

2.3.1 工作原理

定点式剖面沉降测试压力计主要由测头、压力系统、通气管道、配套电缆和测试仪组成，当传感器的高差发生变化，引起液压变化，最终反映为电子讯号的变化。

2.3.2 测量方法

定点式剖面沉降测试压力计的测量方法主要有以下几点：①每次开始测量时，要先进行高程联测，通过附合水准线路测量，将不动点A（相当于工作基点）纳入水准路线，利用水准点JM002 和JM003测出A点的高程，如图6所示。②用便携式工程测试仪读取定点式剖面沉降测试压力计数据。读取数据时，要记录当天测量的日期和时间，注意测头编号和便携式工程测试仪的编号要一一对应（仪器设备厂商在仪器出厂时已经根据设计要求，将测头编号存入测试仪了），通过液压高差的变化，获得A，B点的相对高差，计算得到压力计B点的高程。③填土高度可采用测量或根据施工进度台账确定。④建立观测台账，根据路基变化情况注明观测的时间节点，做好B点的沉降量汇总计算，确定“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图。

2.3.3 数据计算处理方法

沉降测试压力计的储液箱液位固定不变，当测头位置变化时，该仪器显示数据也发生相应变化，这时两次读数的差值应等于测头在垂直方向上的高度差。所以在测量前应先测基准点A，B点，与基准点求差后得出来的数据才是该次测量的真实数据，它是一个相对值。由于观测的断面不止一个，则每次测量的条件有所不同，比如储液位置不同，相对高度值就会不同。所以要求在每次测量前应先测基点A，如图6和图7所示。

假设用E0代表基准点相对水面的高程，En代表第n个测点相对水面的高程，E代表基点的绝对高程（由附合水准线路测量得出），EN代表第n个点的绝对高程，则被测点相对基准点的沉降量为△E的公式为：

3 沉降观测数据评估

根据每次测得的B点观测数据，汇总数据资料，导入电脑，软件自动绘制“荷载—时间—沉降”曲线和“荷载—时间—沉降”速率图，分别如图8和图9所示。

通过图8和图9可以发现沉降突变点，分析发生的原因，并进行重测。如果重测以后，突变点仍未消除，就应分析路基是否有突然下沉或不均匀沉降等情况，及时采取有效措施，确保沉降稳定变化。

4 结束语

定点式剖面沉降测试压力计因工作效率高、操作方法简单、数据曲线图直观和良好的数据反馈能力，在国内多条高速铁路中被广泛应用。掌握并熟练运用这项测量技术，可以有效推动高速铁路的发展，大大提高高速铁路的路基质量和轨道的平顺性，从而保证旅客乘坐列车的舒适度和安全性。

参考文献

[1]中铁二院工程集团有限责任公司.TB 10601—2009 高速铁路工程测量规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]铁道科学研究部.客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设〔2006〕158号）[M].北京：中国铁道出版社，2006.

〔编辑：李珏〕