单点沉降计在路基沉降观测中的应用

邓轶

【摘 要】随着高速铁路的不断发展，列车运行速度越来越快，对线路稳定性的要求越来越高，因此路基施工质量尤为关键。做好路基沉降观测工作是确保路基施工质量和运营过程中对线路稳定性监测的关键，为线路正常运营、人民生命财产安全提供保障。文章结合JMDL4720型单点沉降计的应用进行介绍，为路基施工沉降观测提供借鉴与帮助。

【关键词】路基沉降；单点沉降计；预埋；应用

【中图分类号】U213.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）01-0088-05

近年来，我国高速铁路迅猛发展，列车运行速度对铁路线路的要求越来越高。为了确保路基工程的施工质量，保证工程按预期目标顺利进行和确保线路运营顺利，必须对路基施工过程中和运营期进行沉降观测，以便充分了解路基填筑或软基处理的质量。通过对路基沉降值进行监测，分析沉降变化量和路基变化趋势，从而确定路基的情况，控制软土填土速率。传统人工监测存在耗费人力资源大、人为观测误差大、数据处理烦琐等缺点，因此为了实现信息化，中铁上海工程局集团第五工程有限公司在陬市车站路基施工中应用了自动沉降观测技术，从而大大地提高了工作效率。

下面结合JMDL4720型单点沉降计的应用，从自动沉降观测原理、点位埋设、数据采集和数据处理等方面进行介绍。

1 单点沉降计概述

1.1 路基自动化监测原件概述

路基自动化监测分为电测沉降计与水平位移计，主要用于测量路基沉降与水平位移。配合土压力盒、孔隙水压计、柔性位移计等检测元件和无线自动化综合测试系统完成路基沉降与稳定性的长期测量。

1.1.1 路基自动化监测原件的选用

结合本工程的地质特点及设计施工工艺，本工程路基自动化监测原件选用JMDL4720单点沉降计。

JMDL4720沉降计是一种埋入式电感调频类智能位移计。它可用于测量路基原位沉降变形、路坎隆起变形、深基坑坑底凸起变形、地下工程隧道底部凸起变形、堤压缩变形、桩基础沉降等（如图1所示）。

1.1.2 单点沉降计型号及主要技术参数指标

单点沉降计型号及主要技术参数指标见表1。

1.2 路基自动化监测原件构造及原理

1.2.1 路基自动化监测原件构造

JMDL4720型单点沉降计由沉降板、电测位移传感器、测杆及金属软管、锚头、加长杆、底层锚头等组成。电测位移传感器上接沉降板，下接测杆并套金属软管、锚头；加长杆（可根据需要的埋设深度用直通接头加长）上连传感器锚头，下连底层锚头。

1.2.2 路基自动化监测工作原理

JMDL4720单点沉降计是利用电感调频位移计的电磁感应原理，与测杆固接的导磁体活塞杆插入螺管线圈并可来回移动，线圈的电感量与导磁体活塞杆插入线圈的长度有关。当发生位移时，将引起线圈电感量的变化，电感调频电路将线圈电感量的变化变换成频率信号，通过读数仪即可显示变形值。

沉降计整体埋设如图2所示。底层锚头锚固到基岩（相对不动点），导线从侧面引出。当基础下沉时，沉降板随基础一起下沉，使传感器与测杆之间发生相对滑移，输出信号，获取位移读数，实现沉降观测的目的。

2 单点沉降计的埋设

2.1 作业准备

（1）进行地质调查，根据设计图纸及地质报告，计算持力层深度，编制施工组织设计、施工工艺、工序质量控制措施。

（2）测量放样，设计沉降观测断面。

（3）钻孔：钻孔队伍进场，进行技术交底和安全技术培训。

（4）检查鉆孔设备，确保施工安全。

（5）接通电源和水路，进行机械试运转。

（6）作业设备材料准备：自动沉降变形监测原件、扳手、虎钳、扎丝、水泥浆、灌浆工具、PVC钢丝软管、尼龙绳等。

2.2 施工程序与工艺流程

2.2.1 施工程序

场地平整→测量放样→钻机就位→钻孔→单点沉降计原件检查测量→预埋安装→数据采集→数据整理评估。

2.2.2 工艺流程

工艺流程如图3所示。

2.3 作业要求

2.3.1 测量放样

按照设计给出的沉降观测断面，计算路基中线坐标，现场进行路基断面放样。

2.3.2 钻孔

（1）查阅本标段设计图纸及地质勘察报告，计算出地面距岩层深度，下发技术交底。

（2）机械进场前对场地进行平整，钻孔时严格按照测量放样桩位对中，并检查钻杆的倾斜度是否满足要求。

（3）对进场钻机进行检查，确保施工作业安全和质量。对钻孔作业人员进行安全教育培训。

2.3.3 原件预埋与安装

（1）确定安装时间：待平整地基、清理好场地后，选择在无雨水、雪等良好天气的情况下，进行钻孔预埋安装。如遇下雨，则要求在天晴2 d后再进行安装。

（2）布点：根据实验设计方案进行测量，确定好测试点。

（3）安装前应进行全面检查：一是对每只位移传感器进行测量，确定其运行状态完好；二是对安装附件进行检查，如图2所示，包括安装压杆（2根）、定位销（2根）、底层锚头（1支）、φ16 mm/φ22 mm加长杆（2 m、1 m、0.5 m、0.25 m若干）、加长杆接头若干、φ5 mm开口销（1个）；三是检查安装工具和材料，如扳手、虎钳、扎丝、水泥浆、灌浆工具、PVC钢丝软管、尼龙绳等。

（4）造孔：如图2所示，在预定部位按要求钻孔，孔径要求为90～127 mm，钻孔铅垂，孔深应达基岩并记录孔深，孔口应平整。

（5）安装：①根据孔深计算出所需加长杆的长度，并配齐加长杆接头。②插好安装压杆、定位销（沉降计测杆拉至最长）。③将底层锚固组件（包括底层锚头、PVC管、拉杆）与一节加长杆相连接，然后往PVC管内注入混凝土浆，注浆时用工具敲击PVC管外侧，确保PVC管内注满混凝土浆。④将尼龙绳（长度至少比孔深长3 m）一端与PVC管上麻绳相连，打好死结。⑤将灌好浆的锚固组件插入孔内至孔口处连接下一节加长杆，继续插入孔内并连接下一节加长杆，直至将所有加长杆连接完后，最后连接单点沉降计。安装过程中，应用综合测试仪对单点沉降计进行全程监控，以保证单点沉降计处于最大量程的状态。⑥用力压安装压杆，直到把底层锚头压至基岩为止。⑦底层锚头安装到位后，用力拉尼龙绳，PVC管被拉出孔底，混凝土浆沉入孔底锚固底层锚头，然后剪断尼龙绳。⑧注意事项：一是当安装压杆将底层锚头压至孔最底端，而沉降板仍高出预计的测量层面时，应用砖块、泥土将原测量层面与沉降板之间的空隙填满，并保证沉降板水平；二是安装压杆在压的过程中，底层锚头还未压到孔最底部，而沉降板已和测量层面接触，无法继续往下压时，应将沉降板下的泥土移去部分直到底层锚头压到孔最底部为止；三是安装过程中应小心谨慎，切勿将仪器及安装附件掉入孔内。

（6）抽出定位销和安装压杆。

（7）用沙子回填，压实。

（8）装好单点沉降计后，将测试导线套上PVC钢丝软管，挖槽集中从观测箱一侧引出路基，引入观测箱内。

3 数据采集

3.1 数据采集原理

数据采用对应软件进行采集，现场连接JMTX-2014-D数据采集器。JMTX-2014-D数据采集器接收单点沉降计传感器信号，并经过数据采集器转换发送至互联网，再通过软件进入互联网进行数据的接收，并绘制线形图。

3.2 数据采集操作流程

（1）现场连接JMTX-2014-D数据采集器（如图4所示），并外接12 V的电瓶。JMTX-2014-D数据采集器由电源线、数据线、采集器、信号发射天线组成。

（2）数据采集时，对应接好各个端口，数据线分为黑、红、黄、蓝4种颜色，根据颜色的不同连接单点沉降计上数据线接口。

（3）数据采集器连接完毕后，红色指示灯处于闪烁状态，表示电源正常连接。检查无误后，拨打数据采集互联网信号发射卡号码，拨打2次后，数据采集器绿色指示灯常亮。

（4）打开串口通（如图5所示），通过互联网连接数据采集器。

（5）然后点击刷新按钮，数据采集器显示状态“在线”（如图6所示），添加映射，设置通道（如图7所示）。

（6）连接完成后进行数据读取并进行保存（如图8所示），采用配套软件DSC进行数据读取，点击“读时间”读取数据采集器实时时间，点击“测量模块”进行数据读取，点击“保存”进行数据保存。

（7）历史数据查找及导出：点击“历史数据”进行历史数据查找，点击“导出”将数据导出（如图9所示）。

3.3 数据传输

数据传输基于手机无线通信网络，主要通过内置电话卡的无线数据传输模块接入手机无线网络和互联网，实现监测软件与现场采集模块的数据交互通信。测量系统将采集的数据收集后，通过无线网络上传到服务器，测量人员利用软件登录后，可以随时查看沉降数据值，实现方便、快捷的测量。

3.4 数据监测

数据监测由监控服务器、监控终端及相关软件组成。多个监控终端通过互联网与监控服务器互联，支持多用户同时访问。软件系统主要实现沉降监测系统的无线管理、系统管理、数據采集、数据管理、报表输出与图表分析五大功能。监测系统可通过预先设定的限值进行预判，一旦沉降超标，将向监测人员发出警报，从而确保沉降值在规定的范围内。

4 结论

通过对套自动沉降观测系统的应用，得出以下几点结论。

（1）采用整体埋设，导线从侧面引出，并不影响路面压实施工，使测值与实际工况趋于一致；行车过程中也可进行观测。

（2）采用电测位移传感器，可实时、准确地测量沉降量。

（3）不仅可接入JMZX—300×综合测试仪进行人工测量，而且还可接入JMZR2000多点自动综合测试系统。JMZX—256多点自动综合远程测试系统的任意通道组成自动化监测系统和无线遥测系统，实现远程传输、自动测量和运行观测。

（4）系统具有高稳定性、高可靠性等优点，适应恶劣环境和长期观测。

（5）采用全数字监测，直接输出数字频率信号，不受导线长度的影响，信号远距离传输不失真，抗干扰能力强。

（6）内置智能芯片和存储器，将出厂率定的非线性拟合曲线存储在传感器内，测量时自动完成非线性修正。同时具有智能记忆、自动存储等功能。

（7）路基预埋或表面安装智能传感器，极大地减少了沉降监测与路基施工的相互干扰，确保了传统沉降观测桩周围填土的压实质量。

（8）远程无线自动信息化测量与管理，使用简单方便，监测数据双备份，数据真实可靠。

（9）工程施工与运营期间均可监测路基沉降。

（10）远程无线自动监测和数据处理，节约了大量人力。

参 考 文 献

[1]TB 10601—2009，高速铁路工程测量规范[S].

[2]GB 12879—91，国家一、二等水准测量规范[S].

[3]TB 10101—2009，铁路工程测量规范[S].

[4]JGJ/T 8—2007，建筑沉降变形测量规程[S].

[5]JMDL—47XX，单点沉降计说明书[S].

[责任编辑：陈泽琦]