机场飞行区铁路下穿区域自动化沉降监测方法研究

陈立强，胡胜刚，陈航

摘 要：某机场飞行区铁路由于下穿隧洞两侧和拱顶回填土层厚度的差异造成了沉降差，因固结时间不足，工后差异沉降造成在隧洞拱顶上方的道面混凝土形成一条拉宽假缝。为对铁路下穿区域土基填筑体的沉降情况进行长期监测，以便及时应对突发状况和消除机场运营期间的安全隐患。机场飞行区下穿区域的沉降监测技术要求监测精度高、传感器及数据采集仪防水防潮，在下穿区域布置多点位移计9组（27孔），阵列计2孔，监控下穿区域的土体沉降以及水平位移等变形情况。经过近六个月的运行，自动化监测方法是可行的，可为其他类似机场项目作参考。

关键词：民用机场；智能监测；沉降；不均匀沉降；工后沉降

中图分类号：U455.43                                  文献标识码：A                            文章编号：2096-6903（2023）04-0097-03

1 项目概况

某机场飞行区道面混凝土在下穿铁路隧洞拱顶上部产生一条拉宽假缝，呈东西走向，即垂直道面中心线。平滑短假缝位于铁路拱顶南侧5 m处，缝最大宽度为19 mm，相邻板差为3.1 mm，长度39 m，较短缝与预埋铁路中心线重合。跑道长假缝位于预埋铁路中心线北侧5 m处，缝最大宽度为14 mm，相邻板差为1.6 mm，长度45 m，如图1、图2所示。

拉宽假缝区域场地勘探深度范围内地层分布为：压实水泥土、人工素填土、级配碎石填土、掺水泥砂性素填土层（mlQ）、燕山期（γ）全风化花岗岩层。

对拉宽假缝区域的处理为破除并重新浇筑混凝土道面，对深部填土层袖阀管注浆。破除并重新浇筑混凝土道面683 m2，注浆钻孔255个，累计注浆量为65 m3。

根据设计要求对铁路下穿区域土基填筑体的沉降情况进行长期监测，由于机场即将通航，在不停航状态下开展日常人工监测难度极大[1]，故采用自动化监测是较好的选择。

2 自动化监测方案

2.1 自动化监测方案对比

有4种监测方法可满足自动化沉降监测要求，分别为：测量机器人、静力水准、InSAR、位移计，四种方法技术对比见表1。

由表1可知，静力水准需要设置透气孔，测量机器人净空不满足，INSAR精度不满足，因此位移计作为飞行区下穿区域的沉降监测方法是较为合适的技术方案。

2.2 监测方案

根据区域地质状况和监测目的，对铁路下穿区域增设多点位移计和阵列计，自动监测沉降和水平位移。具体划分详见图3。

多点位移计平面布置方案如下：①跑道和平滑拆除道面板区域分别设置3孔多点位移计，监测点间距均为20 m，用于监测运营期间该区域填筑体沉降情况。②场内隧道开挖及回填范围（隧道中心线两侧各20 m范围）设置多点位移计，其中跑道东侧土面区监测点之间间距为40 m，跑滑间土面区监测点间距为30 m，平滑南侧监测点间距为20 m。多点位移计总计27孔。多点位移计深度布置方案为每孔沿深度方向布置5个点，其中铁路肥槽回填填土处的测点间距不小于2 m，其他区域不小于5 m。

阵列位移计平面布置方案如下：布置在土面区隧洞顶，1孔临近跑道，1孔临近滑行道，分别监控跑道和滑行道荷载对下部土层水平位移的影响。

每孔传感器布置间距为0.5 m，孔底深为隧洞顶混凝土上部。多点位移计和阵列计布置详见图3。

3 传感器埋设和数据采集

3.1 设备选型

VWM型振弦式多点位移计适用于长期埋设在土坝、边坡、隧道、地基等结构物内，测量结构物内深层多部位的位移、沉降、应变等，并可同步测量埋设点的温度。VWM型振弦式多点位移计由位移计、基座、护罩、接长测杆、测杆接头、PVC护管、护管接头、护管转接头、护管封头、定位盘、锚头、观测电缆等组成，具有智能识别功能，如图4所示。VWM型振弦式多点位移计规格见表2。

阵列位移计原理是通过MEMS微机电系统测量重力加速度在不同轴向上的数据，来反映对应轴与重力方向的角度，再通过角度变化计算对应长度杆的位移量，阵列计结构示意图如图5所示。阵列计各参数指标见表3。

3.2 传感器钻孔埋设

本项目采用五点位移计。阵列位移计安装基本流程为测斜管钻孔→测斜管安装→阵列计安装→孔口封装→数据采集仪安装等。埋设具体步骤如下。

第一，采用Ф110钻头钻孔至隧洞顶混凝土上部，根据断面高程确定钻孔深度。

第二，钻孔完成后安装测斜管，将每节2 m的测斜管用束节逐节连接在一起。管與管连接时先在测斜管外侧涂上PVC胶，然后将测斜管插入束节，在束节四个方向用自攻螺丝或铝铆钉紧固束节与测斜管。

第三，内槽检验是在测斜管接长过程中，不断将测斜管穿入制作好的地下连续墙钢筋笼内。在测斜管内槽位置满足要求后方封住测斜管下口。

第四，测管孔周固定。测斜管安装进钻孔内后，采用中粗砂填充管周孔内，并用水冲密实，测斜管凹槽对准跑道或者滑行道。

第五，固定式测斜仪安装。将阵列位移计缓慢放入孔内直至孔底，对阵列位移计第二次通电采集数据。

第六，顶部位置安装固定下压杆件、传感器放入孔内，利用下压杆件螺纹反向下压固定。

第七，阵列位移计通电采集数据，获取初始读数、数据测试12 h如无异常变化，设定好预警值即可开始正常数据采集。

第八，做好孔口保护装置并将导线开槽埋入地下，引入至数据采集仪中。

3.3 数据采集仪及供电

数据采集采用16通道多功能采集模块，采用12V蓄电池供电，1主机拖2个8通道扩展块，可采集振弦、差阻、智能、电流/电压等信号。数据采集频率按照1次/d进行。

4 埋设质量和监测成果质量分析

4.1 埋设质量评价

多点位移计和阵列计传感器经钻孔埋设后，传感器总数量为163个，完好个数为160个。数据采集仪共计13个，埋设在土面区，采用防水防潮保护盒。运行期间。检查发现塑料盒存在渗水现象，因此需要定期清理保护盒内的积水。

4.2 监测成果分析

埋设完成后，实现了对飞行区下穿隧洞两侧土体的沉降及水平位移的自动化监测，监测成果如图6所示。从沉降和水平位移时程曲线来看，数据变化稳定，与实际人工监测数据基本一致，可信度较高。

5 结语

机场飞行区下穿通道工程两侧回填土密实程度直接影响道面区的差异沉降，决定了道面使用功能。填筑完成后需要及时开展沉降监测，自动化监测采用位移计和阵列计能够较好的获得传感器埋设完好率和位移数据的准确率，可供其他类似工程参考。

参考文献

[1] 贾亮，徐国双.路基沉降监测中几种监测方法的应用[J].北京测绘，2010（3）：31-35.