客运专线路基及轨道变形监测方法的探讨

运专线路基和轨道监测规范， 当前路基及轨道的监 准仪观测， 测量原理简单， 对土建施工有一定的干
测均参考我国大坝安全监测规范以及相关的高速公 扰， 但只适合于施工期观测。由于沉降板法其原理简
路、岩土工程类监测规范， 因此如何合理地布设客运 单、制作方便（ 一般由施工单位在现场制作） ， 因而在
专线监测项目、监测方法以及仪器设备选型等是目 一般的铁路路基监测、高速公路路基监测、软基处理
图 ４ 静力水准仪示意图
２．６ 液压式沉降仪 液压式沉降仪由装在耐腐蚀钢筒内的全不锈钢
弦式压力传感器、通液管、储液罐等组成， 通常用于 监测土体不同部位的沉降量。液压式沉降计的传感 器外壳安装在基板上， 并用带不锈钢接头的充满液 体的尼龙管与基准参考站连接， 基准参考站内设置 一储液罐， 其顶部与大气相通， 储液罐的液面要高于 沉降仪的安装高程。土体发生沉降或隆起时， 土体内 埋设的传感器相应随着移动， 通过测量压力传感器 的压力变化从而可以计算沉降计所在部位的沉降。 其典型的测量原理见图 ５。
中图分类号： Ｕ２１６．３ 文献标识码： Ｃ 文章编号： １００６－ ９１７８（ ２００８） ０２－ ００１７－ ０４
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｆｏｒ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｒａｉｌｗａｙｓ， ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｒａｉｌｗａｙｓ． Ｏｎ ｂａｓｅ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ， ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｂｙ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｌｓｏ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｒａｉｌｗａｙ； Ｓｕｂｇｒａｄｅ； Ｔｒａｃｋ； Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； Ｓｅｎｓｏｒ
１ 前言
前客运专线建设的一项重要任务， 也是保证客运专 线建设、运行质量的重要手段之一。
随着近年来我国国民经济的持续高速发展， 当 前我国已经开展了多条客运专线的建设， 根据 ２００４
２ 路基变形监测
年 １ 月国家通过的 《中长期铁路网规划》， 规划到
路基变形监测主要可分为沉降监测和水平位移
２０２０ 年， 中国将建成客运专线 １．２ 万 ｋｍ， 形成“四纵 监测， 对客运专线而言， 沉降监测是路基监测的重
４ 数据采集系统
根据工程的建设情况， 客运专线路基及轨道监 测得数据采集模式可以分为施工前期、施工后期、运 行期三个阶段。 ４．１ 施工前期监测
在施工前期， 各条件还不完善， 监测措施还不到 位， 所以只能采取人工用小仪表测读传感器的方式 实现监测。
用小仪表测读传感器并自动记录在小仪表中。
测量完成后， 通过专用软件自动倒入计算机， 以方便 数据分析。 ４．２ 施工后期监测
第 ３６ 卷 第 ２ 期 Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２
铁道技术监督
ＲＡＩＬＷＡＹ ＱＵＡＬＩＴＹ ＣＯＮＴＲＯＬ
质量检验
ＱＵＡＬＩＴＹ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ
客运专线路基及轨道变形监测方法的探讨
赵 斌， 刘望亭， 杨永雄， 郭宝玉
（ 国网南京自动化研究院 ／ 南京南瑞集团公司， 江苏 南京 ２１０００３）
四横”客运专线骨架， 建成环渤海圈、长江三角洲、珠 点， 相应的规范规定对路基的沉降均提出了明确的
江三角洲地区快速客运系统铁路 ２ ０００ ｋｍ。这对促 标准。路基沉降监测有许多方法， 根据测点布置的几
进国民经济持续快速增长、全面建设和谐社会， 是十 何分布不同， 主要可分为单点沉降、分层沉降、横剖
３ 轨道监测
图 ５ 液压式沉降仪结构示意图
安装埋设时电缆和通液管应埋设在不小于 ３００ ｍｍ 深的沟槽中， 最好采用 ＰＶＣ 管或钢管保护 埋设， 通液管沿程不能高于储液罐的高度。
由于液压式沉降仪的传感器为压力传感器， 故 一般采用振弦式液压沉降仪。通常为了达到最高测 量精度， 实际测量时可采取对温度和大气压进行读 数修正。液压式沉降仪已在国内如三板溪大坝等工 程中得到了良好的应用效果。 ２．７ 水管式沉降仪（ 沉降水杯法）
由于轨间距的变化会对高速运行的列车产生很 大的危害， 因此可通过在两轨道之间安装量距仪， 来 测量轨间距的变化。其安装见示意图 ７。由于安装部 位的特殊性， 因此轨间距的监测常常纳入自动化监 测系统。
图 ６ 水管式沉降仪示意图
测量时观测人员可在观测房内测出连通管端口 的液面高程， 便可知连通管另一端（ 测点） 的液面高 程， 前后两次高程读数之差即为该测点的沉降量。
测斜管的普通安装方法是采用测斜管垂直 （ 或 倾斜） 安装， 用活动式测斜仪测量垂直于测斜管轴线 的两个方向的位移。现在有将测斜管水平向安装， 用 测斜仪测量该剖面的沉降， 因而也可称为测斜式剖 面沉降法。根据测斜仪的种类不同， 又有活动测斜法 和固定测斜法， 活动测斜法就是采用活动式测斜仪 （ 一般均采用伺服加速度式传感器） ， 一端采用钢丝 牵引进行测量， 见图 ３。
土位移计（ 或称串联杆式位移计） 用于测量两点 之间的相对位移， 其主要由锚板、位移传感器、传递 杆、护套管组成， 根据安装位置不同， 可用于测量土 体的水平位移和垂直位移。
土体位移计以某一点为基点在各测点埋设锚 板， 将位移传感器安装在锚板处， 基点与各测点锚板 用传递杆联结在一起， 传递杆采用护套管保护。传递 杆将基点的位移或测点的位移传递到相邻的测点， 用位移传感器测量各测点锚板与拉杆间的相对位 移， 即可计算出任一点相对与基点的位移量。位移传 感器可选用电位器式位移传感器， 也可选振弦式位 移传感器。其典型的结构示意图见图 ２。
静力水准法是利用连通管原理进行观测， 主要 由静力水准仪和静力水准管路组成。以电容式静力 水准仪为例， 传感器由主体容器、连通管、电容传感 器等部分组成。当仪器主体安装墩发生高程变化时， 主体容体相对于位置产生液面变化， 引起装有中间 极的浮子与固定在容器顶的一组电容极板间的相对 位置发生变化， 通过测量装置测出电容比的变化即 可计算得测点的相对沉陷。
在施工后期， 监测措施逐渐完善， 各传感器电缆 也逐渐汇集到测站。安全监测可采用人工用小仪表 测读传感器和自动化监测相结合的方式。
水管式沉降仪目前已在国内外的土石坝沉降监 测中得到了普遍应用， 也可用于路基横剖面或纵剖 面的沉降监测。其优点是测量精度高， 但需要在坝基 或路基旁设置观测台， 如果要长期监测还需要建设 观测房来放置观测台。 ２．８ 多点位移计
多点位移计可用于岩基变形监测， 主要由锚头、 位移传递杆、护管、孔口安装预埋管、位移传感器（ 位 移计） 及保护筒等组成。通过钻孔垂直安装， 可用于 岩基深部的垂直位移监测。
图 ７ 轨间量距仪安装示意图
３．２ 梁式倾斜仪 梁式倾斜仪通过测量倾角的变化， 用于监测两
轨道之间不均匀沉降。即在两轨道上搭焊一槽钢（ 或 安装在道床表面） ， 将梁式倾斜仪固定其上即可， 其 典型的安装见图 ８。
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质量检验
客运专线路基及轨道变形监测方法的探讨
图 ８ 梁式倾斜仪安装示意图
客运专线路基及轨道变形监测方法的探讨
电测式沉降板法（ 或称电测横梁法） ， 即在土层中安 装多个锚固板， 最底层锚固板作为基准板， 每个测量 锚固板与基准板之间用传递管和位移传感器连接， 每个传感器可以测量锚固板与基准板之间的位置变 化， 从而可以测得各锚固板的相对沉降。其结构原理 见图 １。
其采用传感器测量， 故比较方便实施自动化监测。 ２．４ 测斜管法
收稿日期： ２００７－ ０９－ ０６ 作者简介： 赵 斌， 高级工程师； 刘望亭， 高级工程师； 杨永雄， 工
程师； 郭宝玉， 高级工程师
工程以及一些小型堤坝工程的施工期监测中得到了 较广泛的应用。
为了进行多点测量以及自动化测量， 现在又有
２００８年 ２ 月（ 总第 ２５６ 期）
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质量检验
当前静力水准仪在大坝、桥梁、地铁等安全监测 领域得到了广泛应用， 可用于路基的不均匀沉降自 动监测或过渡段不均匀沉降监测， 也可用于轨道的 变形监测。
依据连通管原理， 用传感器测量每个测点容器 内液面的相对变化， 再通过计算求得各点相对于基 点的相对沉陷量见图 ４。
铁道技术监督
第 ３６ 卷 第 ２ 期
水管式沉降仪（ 沉降水杯法） ， 即静水溢流管式 沉降仪， 它是利用液体在连通管两端口保持同一水 平面原理制成， 由测头、通气管、进水管、排水管、观 测台等装置构成， 见图 ６。
当前， 轨道变形监测主要有轨间距、整体道床倾 斜以及沿线不均匀沉降等监测项目。轨间距一般采 用安装量距仪测量， 整体道床的倾斜采用梁式倾斜 仪测量， 沿线不均匀沉降可以采用上述的静力水准 法， 该类轨道变形监测目前已经在北京地铁、上海地 铁等多个项目中得到了普遍应用。 ３．１ 量距仪
图 １ 电测式沉降板法原理图
２．２ 电磁式沉降仪 电磁式沉降仪测量系统由沉降管、磁环、读数仪
及组成。施工时需先在监测部位埋设沉降管， 沉降管 一般为硬质塑料管， 在沉降管测点部位外套磁环（ 或 基准环） 。通过测量磁环之间的位移， 来观测堤坝、路 基、填土或其它加载、卸载时引起的土层沉降或隆 起。电磁式沉降仪的安装对土建施工也有一定的干 扰， 施工期应注意测管的保护， 考虑到长期监测， 现 在也有采用合金测环代替磁环。 ２．３ 土位移计