浅谈高速铁路路基工程沉降观测中自动化监测技术控制要点

常 文

（甘肃铁科建设工程咨询有限公司，甘肃 兰州73000）

1 适用环境条件

使用自动监测系统设备时，周围环境中应无强磁场及高频电磁场的干扰，环境温度应在-10～60℃之间，相对湿度应在10%～90%之间，大气压力应在86kPa～106kPa 之间。

2 结构特征与工作原理

2.1 系统总体结构

自动监测系统设备由基准点自动监测物位计、测点自动监测物位计、定位装载箱、传输总线（含数据线、液管、气管）、工控设备箱组成。

2.2 基本原理

连通器原理。通过对同一密封液路系统液体内不同位置距离液面的高程的变化的自动测量和计算，获得本期垂直变形值和累计垂直变形值。

2.3 系统主要结构单元的工作原理

由工控设备箱内的数据采集设备按照设定的频次对物位计发布工作指令，物位计按照指令实时对被测结构的高程进行测量，数据采集设备实时自动采集测量值，通过工控设备箱内的无线传输设备将数据实时无线传输至网络中心的数据平台，数据平台进行数据处理和发布，监测人员可登录网络平台实时浏览变形数据和时程曲线图。

2.4 辅助装备的功能结构和工作原理

1）基准沉降板：钢板材质；保证基准点物位计稳固、减少外界对物位计的影响。

2）测点沉降板：钢板材质；保证测点沉降板随路基土体随降。

3）中继板：通过φ50 钢管刚性连接，保证路基地基和表层中继基准同时变形。

3 自动化观测技术控制要点

3.1 自动化沉降监测断面说明

3.1.1 自动化-ZCⅠ型沉降监测断面说明

ZCⅠ型自动化沉降监测断面用于路堤地段的沉降监测，监测物位计分别布设在地面或地基处理垫层顶面及基床底层顶面。

ZCⅠ型自动化沉降监测断面在地面或地基处理垫层顶面上布置1 个监测物位计，位置布设于双线路基中心；基床底层顶面布设3 个监测物位计，位置分别布设于双线路基中心、线路两侧路肩处，有中继基准点的一侧，中继基准点距离路肩边缘1m，测点布置在路肩边缘2.5m 的位置；另一侧测点位于路肩边缘1m 的位置。基准点设置在坡脚，为确保基准点的稳定，基准点位置向下钻孔至稳定的持力层，达到要求深度后，孔内放置基准杆，基准杆底端锚固长度应为2～3m，孔壁与基准杆之间应使用护套管进行隔离，护套管外壁与孔壁之间应使用细砂进行填充。最后将基准点固定在基准杆上。

3.1.2 自动化-ZCⅡ型沉降监测断面说明

ZCⅡ型自动化沉降监测断面用于路桥过渡段1～5m 路堤处的沉降监测,监测物位计分别布设在地面或地基处理垫层顶面及基床底层顶面。ZCⅡ型自动化监测断面在地面或地基处理垫层顶面上布设3 个监测物位计，布设于双线路基中心以及对应路堤边坡中心的位置；基床底层顶面监测物位计的布设方式及基准点的做法与ZCⅠ型断面要求相同。

3.3.3 自动化-ZCⅢ型沉降监测断面说明

ZCⅢ型自动化沉降监测断面用于路堑地段的沉降监测，测量物位计布设在基床底层顶面位置。

ZCⅢ型自动化沉降监测断面在基床底层顶面布设3 个监测物位计，布设在双线路基中心以及两侧路肩边缘内侧1m 的位置；基准点的做法与ZCⅠ型断面要求相同。

3.3.4 自动化-ZCⅣ型沉降监测断面说明

ZCⅢ型自动化沉降监测断面用于路堑地段的沉降监测，测量物位计布设在基床底层顶面位置。

ZCⅢ型自动化沉降监测断面在基床底层顶面布设3个监测物位计，布设在双线路基中心以及两侧路肩边缘内侧1m 的位置；基准点的做法与ZCⅠ型断面要求相同。

3.3.5 自动化-ZCⅣ型沉降监测断面说明

ZCⅣ型自动化沉降监测断面用于浸水路堤的沉降监测，监测路基以及地基沉降。

ZCⅣ型自动化监测断面在地面或地基处理垫层顶面上放置沉降板，通过连接杆将监测物位计与沉降板进行连接，连接杆与路基填料之间使用护套管进行隔离，监测物位计布设在水面以上、双线路基中心的位置:基床底层顶面监测物位计布设方式与ZCⅠ型断面要求相同。半浸水路堤基准点布设在未浸水的一侧，两侧均浸水的路堤基准点布在路堤边坡平台上;基准点做法与ZCⅠ型断面要求相同。

3.3.6 自动化-ZCⅤ型沉降监测断面说明

ZCⅤ型自动化沉降监测断面用于站场路基的沉降监测，监测物位计布没在地面或地基处理垫层顶面及基床底面顶面。

ZCⅤ型自动化沉降监测断面在地面或地基处理垫层项面及基床底层项面布设监测物位计，数量根据轨道股数进行适当布设:基准点的做法与ZCⅠ型断面要求相同。

3.2 自动化监测系统设备和软件的主要技术要点

1）自动化自动监测系统设备由自动化监测物位计，基准点安装件、沉降板、定位装载箱、连接总线、工控设备箱、柔性安装管组成，需满足线路施工阶段和运营期间的长期观测要求。

2）自动化监测物计要求精度需达到0.5mm，量程需达到500mm，灵敏度需达到0.01mm，且必须具有国家计量器具制造许可证明。

3）基准点安装件为长400mm，宽400mm,厚5mm 的铁板，附带安装组件，向上螺接观测杆，观测杆为直径16mm 的钢筋。

4）定位装载箱需含有储液罐和气控设备和液控设备。

5）工控设备箱应含有工业蓄电池、工控采集模组、双向数据传输模组、安装组件和天线。

6）系统安装时可以布设φ75mm 柔性安装管，将监测物位计和传输总线安装在柔性安装管内。

3.3 自动化监测系统设备调试

测线平铺好，接入工控设备箱内的采集控制器相应接口，接好天线，接通蓄电池电源口，测量人员登录网络数据平台查看数据是否正常。

3.4 元件保护及维护要点

1）元件埋设前需要根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基坡脚观测箱内，并做好观测箱的保护。

2）所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋。

3）元器件、基准点、工控箱等设备埋设后，制作相应的标识和保护装置，确保不受损坏。自动监测设备天线需要设置警示管进行保护，同时要以警示管为中心设置水泥保护井，且警示管不得覆盖任何物品:传输总线中的液体需两年更换一次;太阳能板要定期清洁，保持表面无污物覆盖；自动监测系统设备埋设后，应定期巡视地表设备，包括太阳能供电设备和地表传输线路；太阳能供电系统中的工业蓄电池应定期维护，保养。

4）监测人员应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为因素和自然因素而受到破坏。

3.5 资料整理要点

1）所有测试数据应真实、可靠，并有可追溯性；记录必须清晰且不得修改。

2）自动采集测试数据应及时在计算机内备份，确保不遗失。沉降观测资料及时输入沉降观测管理信息系统，以保证各相关单位在观测过程中实时监控。

3）按照资料提交要求及时对测试数据进行整理、分析、汇总、绘制有关分析曲线及完成有关报告。

4 注意事项

4.1 自动化监测系统注意事项

1）在维护基准点区域时移动测量设备，导致测量数据波动或产生非真实位移误差。

2）物位计、传输总线、设备箱、定位装载箱擅自打开或拆解，导致设备不能正常工作、失效或损坏。

3）自动化自动监测系统软件在设定查询时间时未按照实际需要时间设定，导致累计变形值计算有误差。

4）物位计上盖如果被打开，物位计的本身的上盖密封立即破坏无法恢复，同时将造成全线系统密封破坏，无法恢复。导致系统全线数据失效。

5）系统设备中的测量设备设计为全路密封，如产生局部破损应更换全线测点设备和管路。

4.2 沉降观测注意事项

1）在沉降观测实施过程中，观测时间的间隔还要根据地基的沉降值和沉降速率进行调整。必要时制定专项观测方案进行监测：

①当两次连续观测的沉降差大于4mm 时；

②当出现沉降突变；

③地下水变化、暴雨、邻近施工等外部环境变化时；

2）观测应持续到工程验收交由运营管理部门继续观测。当中心地基处沉降观测点沉降量＞10mm/d、竖向位移＞10mm/d 时，应及时通知监管部门，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。路基施工各节点时间应具有沉降观测数据。

5 总结

为满足我国高速铁路建设的发展需要，加强路基沉降观测的控制，确保高速铁路建设质量，本文通过自动监测技术控制要点的分析，为高速铁路路基工程沉降观测提供参考。