機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)鐵路下穿區(qū)域自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)方法研究

陳立強(qiáng)，胡勝剛，陳航

摘 要：某機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)鐵路由于下穿隧洞兩側(cè)和拱頂回填土層厚度的差異造成了沉降差，因固結(jié)時(shí)間不足，工后差異沉降造成在隧洞拱頂上方的道面混凝土形成一條拉寬假縫。為對(duì)鐵路下穿區(qū)域土基填筑體的沉降情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況和消除機(jī)場(chǎng)運(yùn)營期間的安全隱患。機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)下穿區(qū)域的沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)要求監(jiān)測(cè)精度高、傳感器及數(shù)據(jù)采集儀防水防潮，在下穿區(qū)域布置多點(diǎn)位移計(jì)9組（27孔），陣列計(jì)2孔，監(jiān)控下穿區(qū)域的土體沉降以及水平位移等變形情況。經(jīng)過近六個(gè)月的運(yùn)行，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法是可行的，可為其他類似機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目作參考。

關(guān)鍵詞：民用機(jī)場(chǎng)；智能監(jiān)測(cè)；沉降；不均勻沉降；工后沉降

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0097-03

1 項(xiàng)目概況

某機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)道面混凝土在下穿鐵路隧洞拱頂上部產(chǎn)生一條拉寬假縫，呈東西走向，即垂直道面中心線。平滑短假縫位于鐵路拱頂南側(cè)5 m處，縫最大寬度為19 mm，相鄰板差為3.1 mm，長(zhǎng)度39 m，較短縫與預(yù)埋鐵路中心線重合。跑道長(zhǎng)假縫位于預(yù)埋鐵路中心線北側(cè)5 m處，縫最大寬度為14 mm，相鄰板差為1.6 mm，長(zhǎng)度45 m，如圖1、圖2所示。

拉寬假縫區(qū)域場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)地層分布為：壓實(shí)水泥土、人工素填土、級(jí)配碎石填土、摻水泥砂性素填土層（mlQ）、燕山期（γ）全風(fēng)化花崗巖層。

對(duì)拉寬假縫區(qū)域的處理為破除并重新澆筑混凝土道面，對(duì)深部填土層袖閥管注漿。破除并重新澆筑混凝土道面683 m2，注漿鉆孔255個(gè)，累計(jì)注漿量為65 m3。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)鐵路下穿區(qū)域土基填筑體的沉降情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，由于機(jī)場(chǎng)即將通航，在不停航狀態(tài)下開展日常人工監(jiān)測(cè)難度極大[1]，故采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是較好的選擇。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案

2.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案對(duì)比

有4種監(jiān)測(cè)方法可滿足自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)要求，分別為：測(cè)量機(jī)器人、靜力水準(zhǔn)、InSAR、位移計(jì)，四種方法技術(shù)對(duì)比見表1。

由表1可知，靜力水準(zhǔn)需要設(shè)置透氣孔，測(cè)量機(jī)器人凈空不滿足，INSAR精度不滿足，因此位移計(jì)作為飛行區(qū)下穿區(qū)域的沉降監(jiān)測(cè)方法是較為合適的技術(shù)方案。

2.2 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)狀況和監(jiān)測(cè)目的，對(duì)鐵路下穿區(qū)域增設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)和陣列計(jì)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)沉降和水平位移。具體劃分詳見圖3。

多點(diǎn)位移計(jì)平面布置方案如下：①跑道和平滑拆除道面板區(qū)域分別設(shè)置3孔多點(diǎn)位移計(jì)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距均為20 m，用于監(jiān)測(cè)運(yùn)營期間該區(qū)域填筑體沉降情況。②場(chǎng)內(nèi)隧道開挖及回填范圍（隧道中心線兩側(cè)各20 m范圍）設(shè)置多點(diǎn)位移計(jì)，其中跑道東側(cè)土面區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間間距為40 m，跑滑間土面區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為30 m，平滑南側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為20 m。多點(diǎn)位移計(jì)總計(jì)27孔。多點(diǎn)位移計(jì)深度布置方案為每孔沿深度方向布置5個(gè)點(diǎn)，其中鐵路肥槽回填填土處的測(cè)點(diǎn)間距不小于2 m，其他區(qū)域不小于5 m。

陣列位移計(jì)平面布置方案如下：布置在土面區(qū)隧洞頂，1孔臨近跑道，1孔臨近滑行道，分別監(jiān)控跑道和滑行道荷載對(duì)下部土層水平位移的影響。

每孔傳感器布置間距為0.5 m，孔底深為隧洞頂混凝土上部。多點(diǎn)位移計(jì)和陣列計(jì)布置詳見圖3。

3 傳感器埋設(shè)和數(shù)據(jù)采集

3.1 設(shè)備選型

VWM型振弦式多點(diǎn)位移計(jì)適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在土壩、邊坡、隧道、地基等結(jié)構(gòu)物內(nèi)，測(cè)量結(jié)構(gòu)物內(nèi)深層多部位的位移、沉降、應(yīng)變等，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。VWM型振弦式多點(diǎn)位移計(jì)由位移計(jì)、基座、護(hù)罩、接長(zhǎng)測(cè)桿、測(cè)桿接頭、PVC護(hù)管、護(hù)管接頭、護(hù)管轉(zhuǎn)接頭、護(hù)管封頭、定位盤、錨頭、觀測(cè)電纜等組成，具有智能識(shí)別功能，如圖4所示。VWM型振弦式多點(diǎn)位移計(jì)規(guī)格見表2。

陣列位移計(jì)原理是通過MEMS微機(jī)電系統(tǒng)測(cè)量重力加速度在不同軸向上的數(shù)據(jù)，來反映對(duì)應(yīng)軸與重力方向的角度，再通過角度變化計(jì)算對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度桿的位移量，陣列計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。陣列計(jì)各參數(shù)指標(biāo)見表3。

3.2 傳感器鉆孔埋設(shè)

本項(xiàng)目采用五點(diǎn)位移計(jì)。陣列位移計(jì)安裝基本流程為測(cè)斜管鉆孔→測(cè)斜管安裝→陣列計(jì)安裝→孔口封裝→數(shù)據(jù)采集儀安裝等。埋設(shè)具體步驟如下。

第一，采用Ф110鉆頭鉆孔至隧洞頂混凝土上部，根據(jù)斷面高程確定鉆孔深度。

第二，鉆孔完成后安裝測(cè)斜管，將每節(jié)2 m的測(cè)斜管用束節(jié)逐節(jié)連接在一起。管與管連接時(shí)先在測(cè)斜管外側(cè)涂上PVC膠，然后將測(cè)斜管插入束節(jié)，在束節(jié)四個(gè)方向用自攻螺絲或鋁鉚釘緊固束節(jié)與測(cè)斜管。

第三，內(nèi)槽檢驗(yàn)是在測(cè)斜管接長(zhǎng)過程中，不斷將測(cè)斜管穿入制作好的地下連續(xù)墻鋼筋籠內(nèi)。在測(cè)斜管內(nèi)槽位置滿足要求后方封住測(cè)斜管下口。

第四，測(cè)管孔周固定。測(cè)斜管安裝進(jìn)鉆孔內(nèi)后，采用中粗砂填充管周孔內(nèi)，并用水沖密實(shí)，測(cè)斜管凹槽對(duì)準(zhǔn)跑道或者滑行道。

第五，固定式測(cè)斜儀安裝。將陣列位移計(jì)緩慢放入孔內(nèi)直至孔底，對(duì)陣列位移計(jì)第二次通電采集數(shù)據(jù)。

第六，頂部位置安裝固定下壓桿件、傳感器放入孔內(nèi)，利用下壓桿件螺紋反向下壓固定。

第七，陣列位移計(jì)通電采集數(shù)據(jù)，獲取初始讀數(shù)、數(shù)據(jù)測(cè)試12 h如無異常變化，設(shè)定好預(yù)警值即可開始正常數(shù)據(jù)采集。

第八，做好孔口保護(hù)裝置并將導(dǎo)線開槽埋入地下，引入至數(shù)據(jù)采集儀中。

3.3 數(shù)據(jù)采集儀及供電

數(shù)據(jù)采集采用16通道多功能采集模塊，采用12V蓄電池供電，1主機(jī)拖2個(gè)8通道擴(kuò)展塊，可采集振弦、差阻、智能、電流/電壓等信號(hào)。數(shù)據(jù)采集頻率按照1次/d進(jìn)行。

4 埋設(shè)質(zhì)量和監(jiān)測(cè)成果質(zhì)量分析

4.1 埋設(shè)質(zhì)量評(píng)價(jià)

多點(diǎn)位移計(jì)和陣列計(jì)傳感器經(jīng)鉆孔埋設(shè)后，傳感器總數(shù)量為163個(gè)，完好個(gè)數(shù)為160個(gè)。數(shù)據(jù)采集儀共計(jì)13個(gè)，埋設(shè)在土面區(qū)，采用防水防潮保護(hù)盒。運(yùn)行期間。檢查發(fā)現(xiàn)塑料盒存在滲水現(xiàn)象，因此需要定期清理保護(hù)盒內(nèi)的積水。

4.2 監(jiān)測(cè)成果分析

埋設(shè)完成后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行區(qū)下穿隧洞兩側(cè)土體的沉降及水平位移的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)成果如圖6所示。從沉降和水平位移時(shí)程曲線來看，數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，與實(shí)際人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，可信度較高。

5 結(jié)語

機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)下穿通道工程兩側(cè)回填土密實(shí)程度直接影響道面區(qū)的差異沉降，決定了道面使用功能。填筑完成后需要及時(shí)開展沉降監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用位移計(jì)和陣列計(jì)能夠較好的獲得傳感器埋設(shè)完好率和位移數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，可供其他類似工程參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈亮，徐國雙.路基沉降監(jiān)測(cè)中幾種監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用[J].北京測(cè)繪，2010（3）：31-35.