定點式剖面沉降測試壓力計在高速鐵路路基中的應用

苗中華

摘 要：隨著我國高速鐵路和客運專線的迅猛發(fā)展，定點式剖面沉降測試壓力計在高速鐵路路基沉降觀測中的應用也越來越廣泛。深入研究定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法、工作原理、數(shù)據(jù)計算、曲線分析和工后沉降要求，以提高高速鐵路的路基質量，保證旅客乘坐列車的舒適和安全。

關鍵詞：高速鐵路；定點式剖面；沉降測試；壓力計；鐵路路基

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0074-03

路基是高速鐵路線路工程中最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，也是最容易出問題的環(huán)節(jié)，如何保證路基工程的穩(wěn)定性，是路基施工的重點。定點式剖面沉降測試壓力計以其靈敏度高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕、移動靈活、操作簡單等優(yōu)點，在高速鐵路路基中得到廣泛應用。它能準確、及時地反映路基施工中的垂直位移量，為路基的穩(wěn)定性分析和工后沉降數(shù)據(jù)匯總提供寶貴的數(shù)據(jù)資料。所以，使這一先進的測量技術在高速鐵路路基中得到更好的應用對鐵路的行車安全尤為重要。

1 路基沉降觀測的技術要點

1.1 路基沉降觀測精度及技術要求

1.1.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)建網(wǎng)方式

線下工程垂直位移監(jiān)測一般按沉降變形等級三等的要求（國家二等水準測量）施測，根據(jù)沉降變形測量精度要求高的特點，垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設方法分為以下三級：①基準點。要求建立在沉降變形區(qū)以外的穩(wěn)定地區(qū)，并使用二等精密高程控制測量布設的基巖點和深埋水準點。②工作基點。要求工作基點在觀測期間穩(wěn)定不變，在測定沉降變形點時，這些點可作為高程的傳遞點。③沉降變形點。直接埋設在要測定的沉降變形體上，點位應設立在能反映沉降變形體沉降變形的特征部位，不僅要牢固設置、便于觀測，還要形式美觀、結構合理，更不能破壞沉降變形體的外觀和使用。

1.1.2 沉降變形測量等級及精度

沉降變形測量等級和精度要求的規(guī)定如表1和表2所示。

1.2 路基沉降觀測頻次技術要求

1.2.1 路基沉降控制標準

有砟軌道路基工后沉降量不應大于5 cm，年沉降速率應小于2 cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不應大于3 cm，無碴軌道地段路基可壓縮性地基均進行沉降分析。按照《客運專線無碴軌道鐵路設計指南》第4.1.4條的規(guī)定，路基在無碴軌道鋪設完成后的工后沉降，應滿足扣件調整和線路豎曲線圓順的要求。工后沉降一般不應超過扣件允許的沉降調高量15 mm；對于沉降比較均勻、長度大于20 m的路基，允許的最大工后沉降量為30 mm，并且調整軌面高程后的豎曲線半徑應能滿足下列要求：

1.3 路基沉降觀測元器件埋設技術要求

定點式剖面沉降測試壓力計用于路基Ⅱ型監(jiān)測斷面中，如圖1所示。Ⅱ型監(jiān)測斷面包括沉降監(jiān)測樁和定點式剖面沉降測試壓力計。定點式剖面沉降測試壓力計位于路堤中心，基底鋪設墊層的地段埋設于墊層頂面，基底設混凝土板地段置于板頂面。

2 定點式剖面沉降測試壓力計的安裝及測量方法

2.1 安裝方法

定點式剖面沉降測試壓力計的安裝方法依次是：①通過測量放樣，確定埋設點位置，在埋設點挖溝，溝深1 m，寬約0.3 m，如圖2所示。②截取繩子（為防止繩索長年腐蝕，最好采用直徑為2～3 mm的不銹鋼絲繩），鋼絲繩長度為預埋管材長度的2倍再加2 m，將鋼絲繩兩端對折，并從有駁棍的管口處放入管材內部（鋼絲繩兩端應套住駁棍），從管材另一管口伸出。連接沉降管，接頭用土工布包好，繩子從滑桿繞回，然后留在管子外側，要保護好繩頭，不能掉入管內。③放入管材前，先將溝底墊0.2 m的細砂（細砂要剔除大顆粒石子），鋪平、壓實，然后放入管材，再覆蓋0.3 m以上的砂，并進行人工碾壓。④把定點測頭用預留繩拉入管內預留地點，并保護好繩頭以備用。⑤標準測頭和水杯集線盒集成在900 cm2的鋼板上，鋼板下方有150 mm長的錨固螺栓，需把鋼板牢固地固定在觀測樁上，鋼板要水平放置。在露出的管口處做好保護裝置，并在保護裝置內預埋儀器底板（管口不得高出儀器預埋板位置300 mm以上）。⑥觀測樁上的設施和外露的水管線纜要加蓋、加鎖，做好保護，必須有明顯的標志（如圖3所示），以防止人為損壞。

2.2 注意事項

定點式剖面沉降測試壓力計在安裝時需要注意以下幾點：①在預先挖好的埋設坑中填入10 cm細沙，然后將配套底盤放入坑中，確定底盤方向和位置，確保沉降計組中所有沉降計底盤方向一致。②將測頭固定在底盤上，必須固定結實。③把通氣管分別固定在測頭下部通氣孔兩側，前一個通氣孔的出氣口與下一沉降計的進氣口連接（如圖4、圖5所示），最后氣管回接至儲液箱的上部，以避免受大氣壓的影響。④如圖4、圖5所示，把充液管分別固定在測頭上部的兩個充液孔上，并將前一個充液管的出水口與下一沉降計的進水口連接。⑤水循環(huán)過程。通氣管與充液管連接好后，檢查儲液箱是否完好，如果無異常，即開始向箱內注水，直至液體由最后一支沉降計的出液管端溢出。氣候溫暖的地域可以使用純凈水或蒸餾水，氣候寒冷地域使用防凍液。一般儲液箱的擺放位置要高于所有傳感器。在循環(huán)過程中，要檢查每一個接口處是否有漏水、漏氣等現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)有漏水、漏氣的地方，必須及時處理，以確保所有接口處嚴格密封。⑥在充液過程中，排氣非常重要。通過觀察數(shù)據(jù)，可以判斷排氣情況。確認沒有氣泡后，充液管充液完成；如果發(fā)現(xiàn)管內仍有氣泡，充液箱內液已不多，應停止管內循環(huán)，將充液箱加滿，氣泡浮到水面后再繼續(xù)循環(huán)排氣（采用循環(huán)方法，氣泡會逐漸減少，直到完全沒有氣泡），使充液箱內保持3/4左右液位即可。按以上步驟完成充液，最后檢查充液管內是否還有氣泡，如果仍有氣泡，必須將氣泡排出后才能進行測試。⑦測頭電纜按埋設走向擺放好，做好電纜、水管和氣管的保護工作，在條件允許的情況下安裝保護套管，避免因回填和碾壓造成破壞。⑧向坑中填入細沙，由測頭頂部算起，至少回填40 cm的細沙，并壓實，才能回填其他的回填料進行夯實。在回填過程中要時刻注意讀取數(shù)據(jù)，保證回填過程中測頭完好。⑨安裝時，要避免碾壓對儀器造成損壞，保證回填土與儀器能密實接觸；避免由于大的石塊、顆粒等在監(jiān)測區(qū)域產(chǎn)生局部架空現(xiàn)象。沉降計安裝就位后，應及時測量初值，以儀器編號和設計編號作為記錄并存檔，嚴格保護好儀器的引出電纜。⑩電纜的敷設應遠離電噪源，例如電力線、發(fā)電機、變壓器、電機和弧焊機等。

2.3 定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點：①每次開始測量時，要先進行高程聯(lián)測，通過附合水準線路測量，將不動點A（相當于工作基點）納入水準路線，利用水準點JM002 和JM003測出A點的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應（儀器設備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點的相對高差，計算得到壓力計B點的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點，做好B點的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應變化，這時兩次讀數(shù)的差值應等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應先測基準點A，B點，與基準點求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應先測基點A，如圖6和圖7所示。

假設用E0代表基準點相對水面的高程，En代表第n個測點相對水面的高程，E代表基點的絕對高程（由附合水準線路測量得出），EN代表第n個點的絕對高程，則被測點相對基準點的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點，分析發(fā)生的原因，并進行重測。如果重測以后，突變點仍未消除，就應分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結束語

定點式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內多條高速鐵路中被廣泛應用。掌握并熟練運用這項測量技術，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻

[1]中鐵二院工程集團有限責任公司.TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]鐵道科學研究部.客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南（鐵建設〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕

2.3 定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點：①每次開始測量時，要先進行高程聯(lián)測，通過附合水準線路測量，將不動點A（相當于工作基點）納入水準路線，利用水準點JM002 和JM003測出A點的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應（儀器設備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點的相對高差，計算得到壓力計B點的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點，做好B點的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應變化，這時兩次讀數(shù)的差值應等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應先測基準點A，B點，與基準點求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應先測基點A，如圖6和圖7所示。

假設用E0代表基準點相對水面的高程，En代表第n個測點相對水面的高程，E代表基點的絕對高程（由附合水準線路測量得出），EN代表第n個點的絕對高程，則被測點相對基準點的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點，分析發(fā)生的原因，并進行重測。如果重測以后，突變點仍未消除，就應分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結束語

定點式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內多條高速鐵路中被廣泛應用。掌握并熟練運用這項測量技術，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻

[1]中鐵二院工程集團有限責任公司.TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]鐵道科學研究部.客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南（鐵建設〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕

2.3 定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法

2.3.1 工作原理

定點式剖面沉降測試壓力計主要由測頭、壓力系統(tǒng)、通氣管道、配套電纜和測試儀組成，當傳感器的高差發(fā)生變化，引起液壓變化，最終反映為電子訊號的變化。

2.3.2 測量方法

定點式剖面沉降測試壓力計的測量方法主要有以下幾點：①每次開始測量時，要先進行高程聯(lián)測，通過附合水準線路測量，將不動點A（相當于工作基點）納入水準路線，利用水準點JM002 和JM003測出A點的高程，如圖6所示。②用便攜式工程測試儀讀取定點式剖面沉降測試壓力計數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)時，要記錄當天測量的日期和時間，注意測頭編號和便攜式工程測試儀的編號要一一對應（儀器設備廠商在儀器出廠時已經(jīng)根據(jù)設計要求，將測頭編號存入測試儀了），通過液壓高差的變化，獲得A，B點的相對高差，計算得到壓力計B點的高程。③填土高度可采用測量或根據(jù)施工進度臺賬確定。④建立觀測臺賬，根據(jù)路基變化情況注明觀測的時間節(jié)點，做好B點的沉降量匯總計算，確定“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖。

2.3.3 數(shù)據(jù)計算處理方法

沉降測試壓力計的儲液箱液位固定不變，當測頭位置變化時，該儀器顯示數(shù)據(jù)也發(fā)生相應變化，這時兩次讀數(shù)的差值應等于測頭在垂直方向上的高度差。所以在測量前應先測基準點A，B點，與基準點求差后得出來的數(shù)據(jù)才是該次測量的真實數(shù)據(jù)，它是一個相對值。由于觀測的斷面不止一個，則每次測量的條件有所不同，比如儲液位置不同，相對高度值就會不同。所以要求在每次測量前應先測基點A，如圖6和圖7所示。

假設用E0代表基準點相對水面的高程，En代表第n個測點相對水面的高程，E代表基點的絕對高程（由附合水準線路測量得出），EN代表第n個點的絕對高程，則被測點相對基準點的沉降量為△E的公式為：

3 沉降觀測數(shù)據(jù)評估

根據(jù)每次測得的B點觀測數(shù)據(jù)，匯總數(shù)據(jù)資料，導入電腦，軟件自動繪制“荷載—時間—沉降”曲線和“荷載—時間—沉降”速率圖，分別如圖8和圖9所示。

通過圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)沉降突變點，分析發(fā)生的原因，并進行重測。如果重測以后，突變點仍未消除，就應分析路基是否有突然下沉或不均勻沉降等情況，及時采取有效措施，確保沉降穩(wěn)定變化。

4 結束語

定點式剖面沉降測試壓力計因工作效率高、操作方法簡單、數(shù)據(jù)曲線圖直觀和良好的數(shù)據(jù)反饋能力，在國內多條高速鐵路中被廣泛應用。掌握并熟練運用這項測量技術，可以有效推動高速鐵路的發(fā)展，大大提高高速鐵路的路基質量和軌道的平順性，從而保證旅客乘坐列車的舒適度和安全性。

參考文獻

[1]中鐵二院工程集團有限責任公司.TB 10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]鐵道科學研究部.客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南（鐵建設〔2006〕158號）[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

〔編輯：李玨〕