路基沉降观测与自动采集作业指导书

路基沉降观测与自动采集作业指导书
一、目的
随着铁路建设标准的提高，对路基的工后沉降要求越来越严，最小工后沉降仅为20mm。

为了确保新建铁路的工后沉降满足设计要求，必须对路基本体和地基进行监测。

由于路基沉降监测具有施工干扰大、要求精度高、监测区间长、资料整理难等特点，采用传统观测方法无法进行路基沉降评估，因此采用自动沉降监测系统可以有效的对路基施工时沉降进行适时检测，确保路基稳定。

因此我项目自动沉降监测采用长沙金码公司研发的自动沉降监测系统。

二、传统观测方法简介
目前国内普遍采用磁环沉降仪、测斜管、沉降板、剖面沉降仪及水准仪和经纬仪（边桩观测）观测路基沉降和稳定性。

元件布置示意图如下：
图1. 综合观测断面测点布置
图2 路堤填筑分层沉降全断面观测示意
传统观测方法虽然能够在一定程度上达到观测的效果，但据专家论证，传统方法存在如下缺点：
①磁环沉降仪或沉降板均需设立标示杆（或沉降管），严重干扰施工。

②野外施工或人为破坏导致标示杆受损，测点破坏，影响监测数据的完整性。

③标示杆周围无法压实，测点不能完全代表路基沉降状况。

④测量误差误差大、不能满足高精度测量的要求。

⑤现场测量劳动强度大、数据处理繁杂，不能组成自动化监测系统。

⑥不能长期运行监测，公路与铁路铺设路面或铁轨后不能继续监测，无法对工程投入营运后路基的沉降与稳定性进行评估。

三、路基自动化监测方案
路基自动化监测选择电测沉降计与水平位移计，测量路基沉降与水平位移。

配合土压力盒、孔隙水压计、柔性位移计等检测元件和无线自动化综合测试系统完成路基沉降与稳定性长期测量。

此方案可提供从工程施工到工程营运多年后路基的长期沉降与稳定性数据，从而准确快速提供工程安全营运参数和正确评价工程的勘探、设计、软基处理方案。

1、软土地基分层沉降
对于软土地基采用串联式分层沉降计精准测量不同地质层面的沉降位移，测量精度可达±1mm，对于深层软基工程可配合连通液位精密沉降计使用，可获得深层软基沉降的精确参数。

对于一般地基采用单点沉降计测量地基沉降。

其安
装示意图如下：
图3. 软土地基分层沉降测试元件安装示意图
2、路堤本体沉降
路堤本体沉降量较小，为安装方便，钻孔埋设单点沉降计测量。

单点沉降计测量精度可达+1mm，适应沉降量不大的场所（预计总沉降量小于600mm）。

需要观测分层沉降参数时，选用不同长度的测杆安装多个单点沉降计即可。

其安装示意图见图4。

图4. 路堤本体沉降测试元件安装示意图
3、地基剖面沉降
在路堤填筑施之前，在路基横断面方向钻孔埋设多个单点沉降计，组成剖面沉降系统，测量地基剖面沉降。

其安装示图见图5。

图5 地基剖面沉降测试元件安装示意图
4、稳定性（水平位移）测量
地基原位水平位移采用单点变位计测量，变位计有两种安装形式：边桩法和中心法。

边桩法适用于路基两地较为平坦开阔的场所，中心法适用于路基两侧无观测条件的场所。

其安装示意图见图6。

图6. 水平位移测试元件安装示意图
采用上述测量方法，路基沉降与稳定性监测难题迎刃而解，该方案具有如下显著特点：
●金码智能系列传感器专为野外施工现场设计与制作，坚固、防水、防潮。

智能传感器内存电子编号和标定参数，无需线头编号（路基施工极易丢失线头编号），直接显示物理量，方便组成自动化测量系统。

●路面无需标示杆（或沉降管），完全不影响施工、测点成活率高，数据可靠。

●坚固的传感器设计，测点位置可以和普通路基一样碾压，测点数据更具代表性和准确性。

●采用智能电感调频技术制作的位移计，具有高精度、高可靠性和高稳定性的特点，满足高精度监测的需要。

同时该类传感器更适应长期监测，设计使用寿命30年。

●工程投入使用后可继续监测。

●不管是采用便携式仪器人工测量还是自动化测量，都将大大降低测量劳动强度，数据处理简单易行，省时、省力、节省人工成本。

●方便自动化监测，配套金码无线载波和手机无线自动化测量系统，对于上千公里的路基自动化测量简单易行。

四、检测元件简介
1、柔性位移计
JMDL-24XX智能数码柔性位移
计是一种埋入式测量各种土工隔栅、
土工布等土工材料应变的电感调频类智能型位移传感器。

测杆有一定柔性且由蛇形管保护，可随土工材料曲线变形，故称柔性位移计。

将其两端夹持在土工材料上，测量土工材料的拉伸或压缩变形，广泛应用于道路、铁路、水利大堤、边坡等工程结构中。

适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距
外形尺寸mm
备注直径长
智能数码柔性位移计
JMDL-2403（A、AT、HAT）30mm 0.01mm ≥100 Ф21.5170 智能电感调频柔性
位移计用于土工材
料的变形测量JMDL-2405（A、AT、HAT）50mm0.01mm≥150Ф21.5170
JMDL-2410（A、AT、HAT）100mm 0.01mm ≥300 Ф21.5220
2、垂向土应变计
JMDL-41XX智能数码土应变计是一种埋入式
电感调频类智能型位移计。

由安装套件埋设后，可
直接量测各层填土的垂直向变形情况。

广泛应用于
路基、路堤、大坝、边坡等土体结构工程中的应变
测量，适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距备注
智能数码土应变计JMDL-4103（A、AT、HAT）30mm 0.01mm 20cm
测量土体
垂直向应变
JMDL-4105（A、AT、HAT）50mm 0.01mm 30cm
JMDL-4110（A、AT、HAT）100mm 0.01mm 50cm
JMDL-4100（A、AT、HAT）定做
3、水平向土应变计
JMDL-45XX智能数码土应变计是一种埋入式
电感调频类智能型位移计。

埋设于土体的各个填土
层面，直接量测各填土层面土体水平方向的变形，
也可量测边坡、路坎的土体变形。

广泛应用于路堤、大坝、边坡等岩土工程中，适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距备注
智能数码土应变计JMDL-4503（A、AT、HAT）30mm 0.01mm 20cm
测量土体
水平向应变JMDL-4505（A、AT、HAT）50mm 0.01mm 30cm
JMDL-4510（A、AT、HAT）100mm 0.01mm 50cm
JMDL-4500（A、AT、HAT）定做
4、单点沉降计
JMDL-47XX智能数码沉降计是一种埋入式电
感调频类智能型位移计，由位移计、测杆、锚头、
沉降板组成。

钻孔后埋设于土体基础内部，测量锚
头与沉降板之间的相对位移变化。

该沉降计测量精
度高（±1mm），不影响路堤填土、压实等工程施
工。

广泛应用于各种基础沉降、边坡位移的变形测量，适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距
外形尺寸mm
备注
直径长
智能数码沉降
计
JMDL-4710（A、AT、HAT）100mm 0.01mm 定制Ф27245
测量土体
垂直向应变JMDL-4720（A、AT、HAT）200mm 0.05mm 定制Ф27345
JMDL-4740（A、AT、HAT）400mm 0.1mm 定制Ф27545
5、软基分层沉降计
JMDL-55XX智能数码分层沉降计是一种埋入式
电感调频类智能位移计。

由专用安装套件将多个位移
计串联成分层沉降计组，钻孔后埋设于软土路基，测
量软基处理过程中和工程运行时的分层沉降变形情
况。

该沉降计不同于传统的磁环沉降管测量方式，不
影响路堤填土、压实等工程施工、测值真实可靠，适应长期监测和自动化测量。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距备注
智能数码分层沉降
计JMDL-5510（A、AT、HAT）100mm 0.01mm 50cm
由多个位移计串联
测量结构分段和连续变形JMDL-5520（A、AT、HAT）200mm 0.05mm 100cm
JMDL-5540（A、AT、HAT）400mm 0.1mm 200cm
6、单点变位计
JMDL-46XX智能数码变位计是一种埋入式
电感调频类智能型位移计，由变位计、锚钉、
波纹管等组成。

广泛应用于路基边桩、边坡及
其它岩土工程大位移变形测量，适应长期监
测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度标距
外形尺寸mm
备注直径长
智能数码变位
计
JMDL-4610（A、AT、HAT）100mm 0.01mm 定制Ф27245
测量土体
水平向应变JMDL-4620（A、AT、HAT）200mm 0.05mm 定制Ф27345
JMDL-4640（A、AT、HAT）400mm 0.1mm 定制Ф27545
7、连通液位精密沉降计
JMDL-61XX智能数码液位沉降计是一种通过
连通管连通液位，精密测量单点沉降的电感调频
类智能型位移传感器，由液位体和液位计组成，
液位体埋设于被测点，液位计安装于水平基点，
通过连通管连通液位体和液位计的水平液面，测量液位计液位的变化情况，了解被测点相对水平基点的沉降变形。

该沉降计广泛应用于路堤、大坝的单点沉降、线形沉降和剖面沉降，使用操作方便，不影响填土和压实施工，适应长期监测和自动化测量。

品名型号量程灵敏度备注
智能数码液位沉降计JMDL-6105（A、AT、HAT）50mm 0.01mm
由液位体和液位计组成
精密测量单点沉降JMDL-6110（A、AT、HAT）100mm 0.01mm
JMDL-6120（A、AT、HAT）200mm 0.1mm
JMDL-6130（A、AT、HAT）300mm 0.1mm
JMDL-6100（A、AT、HAT）定做
8、静力水准仪
JMDL-62XX智能数码静力水准仪是一种表面
安装的沉降挠度观测仪，由多个精密液位计组成，
通过连通管将所有液位计的液面连通，测量各液
位计相对基点的垂直向变形情况，广泛应用于路
面的线形沉降、路面的剖面沉降、大坝的线形沉降、桥梁沉降以及桥梁挠度的精密测量，内置智能检测电路，由485总线直接输出数字测值，可远距离传输，适应长时间观测和自动化测量。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度
外形尺寸mm
备注直径高安装螺纹
智能数码静力水准仪JMDL-6205（A、AT、HAT）50 mm 0.01mm Ф130210 3-M10
485总线输出
直流12V供电JMDL-6210（A、AT、HAT）100 mm 0.01mm Ф170320 3-M10
JMDL-6215（A、AT、HAT）150 mm 0.05mm
JMDL-6220（A、AT、HAT）200 mm 0.10mm
9、土压力盒
JMZX-50XX智能弦式数码压力盒是一种埋入式通用土压力传感器。

适用各种条件下土体内部应力的测量。

广泛应用
于公路、铁路、隧道、边坡、挡土墙、建筑等工程领域。

适
应长期监测。

品名型号量程灵敏度外形尺寸mm
备注直径厚
智能弦式数码压力盒
JMZX-5001（A、AT、HAT）0.1MPa 0.0001MPa Ф12026
适用基础、土体、灰
土、衬砌内壁土应力
测量JMZX-5003（A、AT、HAT）0.3MPa 0.0001MPa Ф12026
JMZX-5006（A、AT、HAT）0.6MPa 0.0001MPa Ф12026
JMZX-5010（A、AT、HAT）1MPa 0.001MPa Ф12026
JMZX-5020（A、AT、HAT）2MPa 0.001MPa Ф12026
JMZX-5040（A、AT、HAT）4MPa 0.001MPa Ф12027
JMZX-5060（A、AT、HAT）6MPa 0.001MPa Ф12027.8
10、软基深层垂直应力盒
JMZX-52XX智能弦式数码垂直应力盒是一种测量深层软土地基垂直向应力的传感器。

通过钻孔预埋的方式安装在软土地
基的不同层面，监测软基处理时不同地质层面上的垂直向内部
土应力。

适应长期观测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度
外形尺寸mm
备注直径厚螺纹
智能弦式数码垂直应力盒
JMZX-5203（A、AT、HAT）0.3Mpa 0.0001Mpa Ф120 26 ZG3/4″
JMZX-5206（A、AT、HAT）0.6Mpa 0.0001Mpa Ф120 26 ZG3/4″
JMZX-5210（A、AT、HAT）1Mpa 0.001Mpa Ф120 26 ZG3/4″
JMZX-5220（A、AT、HAT）2MPa 0.001Mpa Ф120 26 ZG3/4″
11、软基深层水平应力盒
JMZX-53XX智能弦式数码水平应力盒是一种测量深
层软土地基水平向土应力的传感器，通过钻孔预埋的方
式安装在软土地基的不同层面，监测软基处理时不同地
质层面上的水平向内部土应力，也广泛应用于地质勘探
软基参数的测量。

适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度
外形尺寸mm
备注长宽厚螺纹
智能弦式数码水平应力盒JMZX-5303（A、AT、HAT）0.3Mpa 0.0001Mpa 205 120 26 ZG1/2″JMZX-5306（A、AT、HAT）0.6Mpa 0.0001Mpa 205 120 26 ZG1/2″JMZX-5310（A、AT、HAT）1Mpa 0.001Mpa 205 120 26 ZG1/2″JMZX-5320（A、AT、HAT）2MPa 0.001Mpa 205 120 26 ZG1/2″
12、孔隙水压计
JMZX-55XX智能弦式数码孔压计是一种测量深
层软土地基孔隙水压力的传感器，通过钻孔压入法
埋设方式安装在软土地基不同地质层面，监测软基
处理时不同地质层面上的孔隙水压力和静水压力。

适应长期监测。

技术参数指标
品名型号量程灵敏度
外形尺寸mm
备注直径长螺纹
智能弦式数码孔压计JMZX-5501（A、AT、HAT）0.1MPa 0.0001MPa Ф41 240 M30×2
弦式数码孔压
计用于结构渗
水压力或基础
孔隙水压力测
量
J JMZX-5503（A、AT、HAT）0.3MPa 0.0001MPa Ф41 240 M30×2 JMZX-5506（A、AT、HAT）0.6MPa 0.0001MPa Ф41 240 M30×2
JMZX-5510（A、AT、HAT）1MPa 0.001MPa Ф41 240 M30×2
JMZX-5520（A、AT、HAT）2MPa 0.001MPa Ф41 240 M30×2
JMZX-5540（A、AT、HAT）4MPa 0.001MPa Ф41 240 M30×2
五、无线自动化远程测量系统
1）、概述
JMZX-256多点自动综合远程测试系统是一
种功能强大的分布式全自动多点静态远程网络
数据采集系统。

由上位机、采集模块（MCU）、
系统软件及相关配件组成，系统可配接各种钢
弦传感器（含国外传感器）、电感调频类传感器、
温度传感器、标准电压信号等，系统采用分布
式结构，最大可组成由256个采集模块（MCU）,最多配接16384个传感器集成的自动化数据测试系统，系统有六种数据传输方式可供选择：1.485总线；2.无线载波(距离5m—30km)；3.移动无线数据网GPRS （手机模块通讯范围中国移动网信号覆盖区域）；4.联通CDMA无线数据网（手机模块通讯范围中国联通网信号覆盖区域）；5.光纤；6.混合型传输（以上5种方式的任何组合传输方式，例如在无移动无线信号区域采用无线载波或有线传输后进入移动网传输），这样极大的提高了系统的灵活性。

该系统采用全密封设计，防水防潮、防雷击。

适应各种场所的自动化工程监测，可广泛应用于桥梁、水利、水电、铁路、大坝、公路等工程领域的长期无人值守的自动化测量。

2）、系统组成
JMZX-256多点自动综合远程测试系统配置
设备名称型号规格备注上位机台式、手提电脑，服务器操作平台WIN98以上或XP 交流净化稳压电源可选配汽车用蓄电池12V/160AH以上可选配
电源防雷模块
信号防雷模块
全密封箱
电源控制模块
无线收发模块可选配，无线遥测时使用
光电模块可选配，光纤传输时使用
去湿电阻可选配，潮湿环境使用
无线收发仪JMZR-2000 可选配，无线遥测
手机模块JMZR-2004
采集模块（MCU）
JMZX-8 8通道采集JMZX-16 16通道采集JMZX-32 32通道采集
总线控制模块JMZX-100 接入总线输出型设备
软件
系统管理与数据采集软件数据处理与数据库管理软件可视化图形、图表输出软件
3）、系统结构示意图
图7、无线载波系统结构示意图
图8、手机无线系统结构示意图图9、多站系统结构示意图
图10、自动化系统的结构组成
4）、系统主要特点与性能指标
●无线遥测：配备无线收发仪与电脑连接后组成无线遥测系统。

无线收发仪负
责电脑与采集单元之间的无线数据通讯与管理，无线收发仪可脱机操作，当无线数据传输距离太远或信号不好时可以移动收发仪至现场下载数据，然后上传至办公室电脑。

●功能强大的采集模块：采集模块是本系统的二次仪表，接受主机下达的命令，
完成各类传感器的信号采集和与电脑的无线或有线数据传送，采集单元的任意通道均可配接弦式应变计、钢筋应力计、压力盒、锚索计、荷载传感器、渗压计等钢弦传感器，电感调频类的柔性位移传感器、位移计、测缝计及电压输出型的半导体温度传感器。

对于智能型的传感器还可自动识别各通道所接传感器的型号，编号，显示相对应的物理量（应变，应力，压力，拉力、位移、温度等）。

采集模块可完全独立工作，内部时钟控制电路可依据设置好的状态参数定时测量，并将定时巡检的数据存贮在采集单元内部的电子硬盘中，当接收到上位机下达的命令后将数据发送到上位机，没有条件组成自
动化监测系统时也可用手提电脑到各采集模块点下载定时测量的数据，从而完成长期无人值守的监测。

采集单元交、直两用，当没有交流电时（或外置蓄电池电容量不够时），内置的可充电电池仍可定时测量并将定时测量的数据存贮在内部电子硬盘中（可维持3~7天），保证数据连续且不丢失。

●该系统可任意配接多个采集模块。

由采集单元编号地址控制，最小系统8通
道，最大系统32通道。

●可任意实时叫点测量，也可任意设定自动巡检的间隔时间（10分钟~10000
分钟），或按日程设定每天定时测量的时间。

●每个采集单元可独立存贮85000点的测量数据，每点的测量数据包括传感器
编号（只限智能型传感器）、通道号、测量时间、物理量和温度值等。

●系统故障自诊断，保障系统及数据的可靠性且方便维护。

●无线载波传输距离开扩地5~30km，手机模块为全国移动信号覆盖区。

●上位机与系统软件是整个系统的指挥系统，完成系统管理、系统参数设定、
指定系统的下达与数据实时采集、定时测量数据的上载传输、数据分析与处理、数据库管理、显示或打印数据报表、绘制各参数变量随时间的走势图等，也可依据用户用求绘制布点图及各类功能软件远程网络监测管理软件等。

六、监测工作流程及现场安装
1．工作流程
路基沉降及稳定性监测由设计布点、元件埋设、自动化采集单元的安装、无线数据下载、数据处理与分析、安全报警等步骤组成。

工作流程如下：
路基沉降及稳定性监测工作流程图
2．使用与安装
路基沉降及稳定性监测由于现场条件差、环境恶劣，且需防人为破坏，所以必须采取如下措施：
①在测试人员可以达到的地方砌一个水泥箱，长宽高尺寸1500×1200×1100，嵌入路基边坡上，并作防积水处理。

②水泥箱用铁门上锁，并标识“高压危险”阻吓人为破坏。

③元件引入采集箱的导线埋设于地下引入水泥箱。

④没有交流电的场所，可在水泥箱中放置一个汽车电瓶（充电后可使用6~12个月）。

⑤数据下载可采用无线载波远距离完成，距离范围视地理环境而定，一般为5~30公里。

如果采用手机无线模块，只需一张手机卡将采集单元安装在移动无线网信号覆盖区域，您可在全国任何地方下载数据，无需到达现场。

图11、无线数据下载示意图。