淺談剖面沉降管在客專鐵路上的應(yīng)用

1、淺談剖面沉降管在客專鐵路上的應(yīng)用中鐵九局一公司郎旭東 摘要：剖面沉降管是利用滑動(dòng)式數(shù)顯沉降儀對(duì)路基沉降進(jìn)行觀測的一種方法，剖面沉降管觀測儀填設(shè)方便，檢測時(shí)路堤上部施工沒有影響，路堤壓實(shí)機(jī)械不會(huì)對(duì)觀測結(jié)果產(chǎn)生影響，且能提高檢測精度，獲得更加全面的、準(zhǔn)確的檢測資料，在軟基段路基施工中，對(duì)于軟基處理效果的檢驗(yàn)，控制軟基的變形速率，指導(dǎo)軟基段路基的施工是非常必要的，本文以吉圖琿客運(yùn)專線dk159+165.48dk162+646.65，為例，介紹剖面沉降管的埋設(shè)與檢測。關(guān)鍵字： 剖面沉降管 褥墊層 觀測技術(shù) 沉降評(píng)估一、工程概況： 吉圖琿客運(yùn)專線，本公司施工段路基里程為dk159+165.48dk162

2、+646.65，全長3481.02m，雙線，其中dk159+165.48dk160+600段路基地基處理采用預(yù)應(yīng)力管樁加固，dk160+600dk161+199.45和dk161+881dk162+077段路基地基處理采用cfg樁加固，無樁帽、褥墊層回填0.5m厚的碎石墊層，本段路基沉降監(jiān)測分為沉降觀測樁、沉降觀測板、單點(diǎn)沉降計(jì)、剖面沉降管。按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)有12處剖面沉降管監(jiān)測。本文以dk161+565斷面的剖面沉降管為例，介紹剖面沉降管的埋設(shè)與檢測。二、施工依據(jù)1、施工通用簡圖：2、剖面沉降管簡介：剖面沉降管采用柔性測斜導(dǎo)管，其抗彎剛度應(yīng)適應(yīng)被測土體的豎向位移要求，導(dǎo)管內(nèi)十字導(dǎo)槽應(yīng)順直，管端

3、接口密合，接頭處采用套管套住，用螺絲加固。剖面沉降管測量是將剖面沉降儀探頭放于埋設(shè)的剖面沉降管管槽內(nèi)，按照一定間距（0.5m或1m）依次讀數(shù)，起始端管口標(biāo)高采用國家一等水準(zhǔn)儀測量方法進(jìn)行測量，再通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算出不同位置處的地基沉降量。3、剖面沉降管系統(tǒng)組成，如下圖 測桿：測桿是由不銹鋼加工而成的，外部有兩組導(dǎo)輪，以便沿測斜管導(dǎo)槽滑動(dòng)，頭部有一接口，能夠和測頭連接。尾部有一鐵環(huán)是栓繩索用，以便沿著導(dǎo)槽向后面拉動(dòng)。電纜測頭：測頭是整個(gè)儀器的敏感部位，而電纜是給測頭供電，傳遞信號(hào)，以及是測頭測試點(diǎn)的刻度尺和拉動(dòng)的繩索，為了更好提高其性能，電纜芯線中設(shè)有二根特制的加強(qiáng)芯，電纜上每0.5米間距有一標(biāo)志

4、，標(biāo)志所示距離從測頭的兩組導(dǎo)輪中點(diǎn)起記。數(shù)顯儀：它是讀取剖面沉降儀測頭傳感器信號(hào)，以及提供測頭電源的裝置。它的面板上，有數(shù)字顯示器（顯示位數(shù)四位）、電源開關(guān)、充電、欠電指示燈以及連接測頭電纜的插座。機(jī)箱側(cè)面有充電插座，及便攜背帶以便在野外作業(yè)。充電： 充電電源線：是向讀數(shù)儀內(nèi)提供220v電源，使電池充電。讀數(shù)儀內(nèi)部設(shè)有自動(dòng)充電裝置，充電時(shí)，首先插好充電電源線接通220v 電源，按動(dòng)儀器面板上“啟動(dòng)”按鈕，充電指示燈亮，說明開始充電。充滿后自動(dòng)停止，指示燈熄滅。用戶可放心充電。4、儀器工作原理剖面沉降測量是通過預(yù)埋在結(jié)構(gòu)物底部的橫剖面管，采用剖面沉降儀按一定間距依次讀數(shù)，起始端管口標(biāo)高采用水準(zhǔn)儀

5、按國家二等精密水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行測量，再通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算求出不同位置處地基的沉降量。沉降儀測頭以及其導(dǎo)輪沿路基斷面埋設(shè)柔性測斜導(dǎo)管（該軟管和地面同步沉降）測頭的傳感器可以敏感某一處的傾角，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，由數(shù)顯儀面板顯示出數(shù)據(jù)。測頭的輸出信號(hào)是以測斜管導(dǎo)槽為方向基準(zhǔn)，在某一處，測頭導(dǎo)輪標(biāo)準(zhǔn)間距l(xiāng)上的傾角的正弦函數(shù)，該信號(hào)可以換算成沉降位移。三、剖面沉降管埋設(shè)1、剖面沉降管埋設(shè)步驟：1、開槽找平：用全站儀坐標(biāo)法測定觀測斷面的中心里程及埋設(shè)方向。在路基填筑過程中，當(dāng)路堤填筑高度高于埋管位置60的填土壓實(shí)以后，在垂直線路方向人工開挖出寬20， 深30的溝槽，整平槽底并在溝底鋪設(shè)一層510厚的細(xì)砂，并

6、用水準(zhǔn)儀測量找平槽底。2、接管穿線在鋪設(shè)測斜管時(shí)應(yīng)逐節(jié)對(duì)口連接成一根，接管時(shí),嚴(yán)禁砂、石、土等雜物進(jìn)入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。測斜管每側(cè)要伸出路基坡腳，為防止測斜管被損壞，管頭兩端用c15混凝土澆筑沉降管保護(hù)墩，并于觀測管口一側(cè)設(shè)置觀測基樁，觀測基樁采用素混凝土灌注，斷面為0.5m0.5m1.0m，并在樁頂預(yù)埋半圓形不銹鋼耐磨測頭。測斜管連接時(shí)要特別注意導(dǎo)線槽的對(duì)正，不得扭曲。連接后接頭處采用套管套住，用螺絲加固。并預(yù)先在測斜管內(nèi)穿入測繩（或細(xì)鋼絲繩）一根，用于測量時(shí)拉測頭使用。3、包扎埋設(shè)檢查各節(jié)管的連接確認(rèn)正確后，為防止泥砂從連接管段進(jìn)入管內(nèi)，接管時(shí),嚴(yán)禁砂、石、土等雜物進(jìn)入剖面管內(nèi)，保證

7、管內(nèi)干凈。接管時(shí),嚴(yán)禁砂、石、土等雜物進(jìn)入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。在管與管接頭處采用無紡?fù)凉げ及?，外用塑料繩扎緊，無紡?fù)凉げ冀涌谔幱秒姽つz布粘接。埋設(shè)橫剖面管時(shí), 人工回填，要確保橫剖面管平直，夯實(shí)。四、沉降檢測1在兩個(gè)出口處測管口的水平高程。2做好考證表的記錄，主要內(nèi)容包括軸向位置、孔號(hào)、二個(gè)孔口高程、管長、測量儀器型號(hào)、率定系數(shù)、埋設(shè)人員及日期等。3測量時(shí)先要做好儀器的率定工作，在導(dǎo)管口水平處設(shè)置水平點(diǎn)，使儀器在孔口處調(diào)零。4將電纜線與指示器連接、測頭、電纜、儀器要連接正確。5儀器調(diào)零時(shí)，要先把測頭導(dǎo)輪對(duì)準(zhǔn)垂直導(dǎo)槽放在導(dǎo)管內(nèi)35min，使測頭與地下溫度平衡。6測量時(shí)，一端緩慢地拉測繩、另

8、一端緩慢地放電纜，使測頭在管道內(nèi)行走平穩(wěn)，兩端配對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)，以保證動(dòng)作協(xié)調(diào)，每50為一測點(diǎn)、待讀數(shù)器穩(wěn)定后，讀取數(shù)字，來回往返讀數(shù)23次、在同一測點(diǎn)的數(shù)字力求準(zhǔn)確，誤差不得超過0.30.5。7測量結(jié)束后，進(jìn)行資料的整理、分析。2.2.1人員及觀測設(shè)備配置觀測工作人員配備5人，觀測設(shè)備除pcc型數(shù)字式橫剖面沉降測量儀、高精度水準(zhǔn)儀等主要設(shè)備外，還要配備1套讀數(shù)儀+探頭+傳感器，1臺(tái)終端電腦，鋼絲繩:2000m；110mmpvc管若干。2.2.2觀測設(shè)備埋設(shè)和觀測實(shí)施要點(diǎn)橫剖面管埋設(shè)橫剖面管在樁頂混凝土板或加筋墊層施工完畢后，填土至0.6m高度碾壓密實(shí)后埋設(shè)。在橫剖面管埋設(shè)位置切槽開挖至路基基底c

9、30混凝土底板處，開槽寬度2030cm，拉線埋設(shè)橫剖面管后，采用細(xì)砂分層回填夯實(shí)基坑。剖面管埋設(shè)時(shí)管內(nèi)穿入用于拉動(dòng)測頭的鋼絲繩，以便測量觀測時(shí)用以牽引傳感器探頭。埋設(shè)橫剖面管時(shí),要確保橫剖面管平直，盡量減少橫剖面管接頭。接管時(shí),嚴(yán)禁砂、石、土等雜物進(jìn)入剖面管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。觀測基樁埋設(shè)橫剖面管埋設(shè)完畢后，在兩頭設(shè)置0.5m0.5m0.95mc15素混凝土保護(hù)墩，并于觀測管口一側(cè)設(shè)置觀測基樁，觀測基樁采用素混凝土灌注，斷面為0.5m0.5m1.0m，并在樁頂預(yù)埋半圓形不銹鋼耐磨測頭。pcc型數(shù)字測量儀觀測剖面沉降觀測點(diǎn)位：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于路基觀測斷面長度小于40米的斷面每米測量一次；大于40

10、米的斷面每2米度測量一次，測量時(shí)確保每次測量位置固定準(zhǔn)確。采用制作的密封三角架固定儲(chǔ)液箱，使儲(chǔ)液箱液面保持靜止。轉(zhuǎn)貼將信號(hào)電纜繞線盤水平平穩(wěn)安放于測量管口,并將預(yù)先放置于測管內(nèi)的牽引鋼絲繩和觀測儀傳感器相連，用對(duì)講機(jī)通知另一側(cè)的觀測人員配合回拉鋼絲繩，直至將傳感器拉到另一側(cè)管口外的觀測標(biāo)上。首先進(jìn)行0點(diǎn)測量(觀測基樁標(biāo)),觀測讀數(shù)精確到0.1mm，測量后將傳感器放到橫剖管管口，并保證傳感器與管口齊平，進(jìn)行第1點(diǎn)測量，然后由觀測人員按照連接在傳感器上塑料管的刻度標(biāo)識(shí)定位，兩側(cè)觀測人員配合進(jìn)行2、3、4、5、各定點(diǎn)觀測，直至全斷面各點(diǎn)觀測完成。觀測中一端緩慢地拉測繩、另一端緩慢地放電纜，使測頭在管

11、道內(nèi)行走平穩(wěn)，兩端配對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)，以保證動(dòng)作協(xié)調(diào)，在同一測點(diǎn)的數(shù)值力求準(zhǔn)確，誤差不得超過0.30.5。觀測中牽動(dòng)塑料管時(shí)必須保持約10s/m的勻速，嚴(yán)禁脈沖式牽拉，讀數(shù)時(shí)須待讀數(shù)儀顯示讀數(shù)穩(wěn)定后方能記錄。根據(jù)精度要求，觀測采用兩個(gè)測回?；c(diǎn)高程的測量在進(jìn)行路基橫剖面觀測的同時(shí),采用一臺(tái)電子水準(zhǔn)儀對(duì)管口外的觀測基樁標(biāo)進(jìn)行測量，確定橫剖面觀測基點(diǎn)的高程，觀測結(jié)果應(yīng)滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求。觀測頻率路基填筑0.6m時(shí)埋設(shè)橫剖管并開始觀測。路基填筑過程中應(yīng)保證每填筑一層觀測一次，如兩次填筑時(shí)間間隔較長，保證每3天觀測一次，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)保證每天觀測兩到三次。路基分層填筑到設(shè)計(jì)預(yù)壓高程后，預(yù)壓期前3個(gè)

12、月每5天觀測一次，36個(gè)月期間每15天一次，半年后每月觀測一次，一年后每3個(gè)月觀測一次2。有重大荷載變化尤其是無碴軌道鋪設(shè)前后必須加密觀測。2.3觀測效果觀測精度路基沉降是通過在地基設(shè)置橫剖面管進(jìn)行地基沉降觀測，在路肩埋設(shè)測釬，在預(yù)壓土填筑體底部路基面中心埋設(shè)沉降板進(jìn)行路基面沉降觀測。通過和路肩測釬、豎向沉降板路基面沉降觀測數(shù)據(jù)比較，觀測結(jié)果能相互吻合，說明剖面沉降管觀測是成功的，能滿足設(shè)計(jì)要求。觀測結(jié)果路基于2009年6月開始填土，2010年2月進(jìn)行路基堆載預(yù)壓，堆載預(yù)壓95125天；截至2010年9月，各斷面觀測次數(shù)多達(dá)105次/456天，沉降量一般為36mm，最大為15mm。通過對(duì)沉降觀

13、測數(shù)據(jù)整理，分析評(píng)估，管段內(nèi)路基地基沉降較小，路基及路橋過渡段線路縱向不均勻沉降量小。3 提高測量精度的方法和觀測成果整理、應(yīng)用通過石武鐵路客運(yùn)專線路基沉降觀測研究分析，總結(jié)影響沉降測量精度的因素，并根據(jù)觀測資料繪制各斷面的橫剖面各測次沉降曲線，進(jìn)行施工過程觀測資料的整理分析,控制填筑速率，保證施工過程中路基的穩(wěn)定。3.1提高測量精度方法埋設(shè)橫剖面管的具體方法及其技術(shù)要求：路基填筑0.6m時(shí)，在橫剖面管埋設(shè)位置切槽開挖至c30底板處，采用細(xì)砂分層回填夯實(shí)基坑，拉線埋設(shè)橫剖面管，保證橫剖面管平直。并盡量減少橫剖面管接頭，接管中不能使砂、石、土等進(jìn)入管內(nèi)，保證管內(nèi)干凈。元件保護(hù)措施：管口進(jìn)行防塵防

14、水處理，在管口保護(hù)墩四周采用混凝土澆筑保護(hù)盒；下雨、風(fēng)沙天氣后，及時(shí)清理管內(nèi)積水和砂、石、泥土等雜物。為了將觀測中的系統(tǒng)誤差減到最小，達(dá)到提高精度的目的，各次觀測應(yīng)實(shí)行“五固定”即“固定水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)、固定人、固定測量儀器、固定監(jiān)測環(huán)境條件、固定測量路線和方法”，以提高觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測量作業(yè)必須認(rèn)真、準(zhǔn)確、規(guī)范，確保觀測數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠，以保證成果分析計(jì)算的準(zhǔn)確性。觀測頻次應(yīng)保證：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求頻率進(jìn)行沉降觀測，確保觀測數(shù)據(jù)的數(shù)量、質(zhì)量及系統(tǒng)性、完整性。對(duì)樁板結(jié)構(gòu)等復(fù)合地基加固的路基，沉降量很小，觀測方式要求精度更高，采用直接在剖面沉降管內(nèi)預(yù)埋傳感器，由傳感器直接測量路基施工過程中的

15、沉降量。3.2觀測成果整理、應(yīng)用施工過程中應(yīng)根據(jù)觀測資料繪制各斷面的橫剖面各測次沉降曲線，對(duì)施工過程觀測資料整理、分析,控制填筑速率。填筑過程中，當(dāng)?shù)鼗两邓俾蔬_(dá)到10mm/d以上時(shí)，通知立即停止路基填筑，直至觀測沉降速度小于10mm/d時(shí)恢復(fù)路基填筑3。若觀測數(shù)據(jù)持續(xù)異常，應(yīng)停止填筑，查明原因，提出施工措施后，才能繼續(xù)施工。預(yù)壓期沉降趨于穩(wěn)定后，當(dāng)測定的總沉降明顯大于計(jì)算總沉降，超過設(shè)計(jì)值20%及以上時(shí)，應(yīng)分析原因并及時(shí)通知設(shè)計(jì)和業(yè)主共同討論。施工過程中加強(qiáng)觀測資料整理分析，觀測資料及時(shí)報(bào)送設(shè)計(jì)單位，經(jīng)分析評(píng)估確定預(yù)壓土卸載和軌道鋪設(shè)時(shí)間。路基沉降預(yù)測采用曲線回歸法，并滿足以下要求：根據(jù)路基

16、填筑完成或堆載預(yù)壓不少于3個(gè)月的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形的趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)不小于0.92。沉降預(yù)測的可靠性應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)證，間隔不少于3個(gè)月的兩次預(yù)測最終沉降差值不應(yīng)大于8mm。路基填筑完成或堆載預(yù)壓后，最終的沉降預(yù)測時(shí)間應(yīng)滿足下列條件4：s（t）/s（t=）75式中s（t）預(yù)測時(shí)的沉降觀測值；s（t=）預(yù)測的最終沉降值。注：沉降和時(shí)間以路基填筑完成或堆載預(yù)壓后為起始點(diǎn)。4沉降分析、評(píng)估沉降分析評(píng)估主要依據(jù)客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南（鐵建設(shè)2006158號(hào)）（以下簡稱評(píng)估指南）進(jìn)行。沉降分析主要目的是計(jì)算路基預(yù)計(jì)總沉降和工后沉降量，通常采用雙曲線法、修正雙

17、曲線法、修正指數(shù)曲線法、星野法、asaoka法、泊松曲線法等方法。具體的分析方法為：因橫剖面沉降測量各斷面觀測點(diǎn)位多，通常選擇關(guān)鍵點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降分析評(píng)估，即橫剖面管對(duì)應(yīng)的左右路肩、線路中心三個(gè)位置的觀測數(shù)據(jù)，分別采用雙曲線法、星野法、修正指數(shù)法、修正雙曲線法進(jìn)行沉降預(yù)測，沉降板觀測數(shù)據(jù)采用雙曲線法、星野法進(jìn)行沉降預(yù)測。沉降預(yù)測分析主要方法客運(yùn)專線一般采用雙曲線法進(jìn)行沉降分析，用修正指數(shù)曲線法與修正雙曲線法和星野法進(jìn)行對(duì)比。雙曲線分析法介紹如下：轉(zhuǎn)貼雙曲線方程為沉降計(jì)算的具體順序如下： 確定起點(diǎn)時(shí)間（t=0），可取填方施工結(jié)束日為t=0； 就各實(shí)測值計(jì)算t/(st-s0),見圖3；圖3用實(shí)測值推算最終沉降繪制t與t/(st-s0)的關(guān)系圖，并確定系數(shù)a和b，見圖4；圖4求a和b計(jì)算st； 由雙曲線關(guān)系推算出沉降s時(shí)間t曲線；5體會(huì)通過對(duì)石武鐵路客運(yùn)專線路基沉降變形觀測評(píng)估技術(shù)研究，掌握了在路基施工過程中進(jìn)行橫剖面沉降變形觀測的方法，總結(jié)出了路基填筑過程地基變形情況，并能根據(jù)觀測成果分析、預(yù)測總沉降和工后沉降量，正確指導(dǎo)路堤填筑施工和控制填筑速率。橫剖面沉降測