高速铁路路基及轨道变形监测方法的探讨

（３）在宴现自动化监耀
目也日Ｈ月小倥标进行 ＾Ｉ观漓。
・中国工程科学高层论坛・
５结语
高速铁路路基以及轨道的监测在我国还刚刚起步，目前还没有明确的监测规范可以参考。本文介绍了 常见的可用于高铁监测的方法和仪器，该类监测方法在其它如大坝安全监测领域已经相ｘ，－Ｊ－比较成熟，并针对 高铁的特点作了相应的探讨。考虑到高速铁路的设计寿命达到１００年，因此相应的监测仪器的选型须考虑 长期监测效果，选用原理结构简单、稳定可靠的监测仪器作为高速铁路的监测设备，从而保证高速铁路的正 常安全运行。 参考文献
／
４自动化数据采集系统
铁路路基监测分为施工前期、施工后期、运行期３个阶段。
４１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，所以只能罘取人工用小仪表测读传感器的方式实现
监测。
用小仪表测凄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＾计算机，以方便效据
分析。 监测系统如下图所示。
高速铁路路基及轨道变形监测方法的探讨
赵斌１ 刘望亭２杨永雄３
（国网电力科学研究院大坝及工程监测研究所南京２１０００３） 摘要结合高速铁路对路基及轨道的要求，以及当前相关工程监测领域的应用情况，对高速铁路路基及轨道变 形监测的方法进行了探讨，同时介绍了国内外各种监测方法的原理及技术性能特点，并针对工程实际应用需要，对 监测仪器设备的选型进行了相应的介绍。 关键词高速铁路路基轨道监测传感器 １
０００
ｋｍ。这对促进
２路基变形监测
路基变形监测主要可分为沉降监测和水平位移监测，对高速铁路而言，沉降监测是路基监测的重点，相 应的规范规定对路基的沉降均提出了明确的标准。路基沉降监测有许多方法，根据测点布置的几何分布不 同，主要可分为单点沉降、分层沉降、横剖面沉降以及纵剖面（线向）沉降。
２．１
沉降板法 沉降板法是一种最简单、普通的沉降观测方法，一般由底座、金属测杆和保护套管组成，个别工程也有省
耀水鉴
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．因而也可称为穗斜式剖面沉降法。根据 测斜仪的种类不同，又有活动测斜法和固定测斜法，活动铡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）．一端采用钢丝幸ｇＩ进行测量．见下圈。
固定测斜法就是在测斜管中安装固定式沁斜仪，传感器问砸一般控制在３ ｍ以内，传感器之间采用不锈 钢杆或玻璃纤维杆连接，用专用的读数仪进行读数，其安装示意图见下图。
收稿日期：２００８—０９—０２ ・１６５・
京沪高速铁蓐桥桀建设技术及工艺设备材料交流研讨备・ 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
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４
２施工后期监耐
在施工后期．监测措施逐渐完善，各传感器电缆也遥渐汇集到测站。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台的方式。 对一些重要、测量频率很高的面、以后作为永久观测的断面，可逐步实现自动化监测。由于现场电源和通 信电缆、光缆等条件还不具备，所以宜采用太阳能电浊供电．无线通信的采集方式。监测系统如下图所示。
２
５静力水准仪 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． 通过测量装最驯出电容比的变化即可计算得测点的相对沉陷。 当前静力水准仪在大地’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
（２）
…
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由（２）式可得：
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……
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Ａ＾”一Ａｈ，．＝（比＋‘ｊ＿）一（ｋ＋ｈ一）＝（Ｙｍ—Ｙ。）＋（ｋ—ｈ）
由（１）式可得：
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将（５）式代＾（４）得： Ｈｉｌ＝（＾，一ｈ，１）一（ｈ。一ｈ０１）
京沪高速铁路桥集建设技术厦工艺设备材料交流研计叁 即只要用传感器测得任意时刻各测点容器内液而相对于该点安装高程的距离ｈｉ，（含ｈ，．及首次的＾。．），
・１７１・
计）受保护简等组成如下ｌ鹌昕示通过钻孔垂直安装．可用于岩基深部的垂直位移监测。
多点式位移｝Ｉ有多个锚头，灌浆后各锚头与被测点结合在一起．多根带保护管的传递杆一端分别与多个 测点锚头相连．男一端穿过封孔锚头同外面的传感器相连。测点锚头因嵌固于混凝土中，故测点锚头与传感
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４
３运行期监蒯 铁路运营后，对需要继续监测断面实现自动化监测。如现场条件具备．可以改为市电供电和双绞电缆
（或光缆）通信。 监测系统见下图。
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说明（ｉ）监铡系统日采用ｉ 线、光缆、公目（移自 ＧＰＲＳ、ｃｓＭ．联Ⅲｃｍ ＭＡ等）方式通信。 （２）系统供电可罘用ｍ 电自太ｍ能蓄电池。
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引言
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高速铁路（客运专线）的建设，根
据２００４年１月国家通过的《中长期铁路网规划》，规划到２０２０年，中国将建成客运专线１万ｋｍ，形成“四纵 四横”客运专线骨架，建成环渤海圈、长江三角洲、珠江三角洲地区快速客运系统铁路２ 国民经济持续快速增长、全面建设和谐社会，是十分必要的。 国际上通常将列车运营速度不小于２００ ｋｍ／ｈ的铁路称为高速铁路，我国目前已开工或即将开工的武 广、郑西、京沪、石太、广深城际等客运专线均属于高速铁路范畴。高速铁路的出现，对传统铁路的设计、施 工、监测、维护都提出了新的挑战。为保证高速铁路的正常运行，高速铁路对路基以及轨道的变形要求很高， 但目前我国还没有相应的高速铁路路基和轨道监测规范，当前路基及轨道的监测均参考我国大坝安全监测 规范以及相关的高速公路、岩土工程类监测规范，因此如何合理地布设高速铁路监测项目、监测方法以及仪 器设备选型等是目前高速铁路建设的一项重要任务，也是保证高速铁路建设、运行质量的重要手段之一。
３
１量距位
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。其安装示意图（见下 图１。由于安装部位的特殊性，因此轨问距的监测常常纳人自动化监测
系统。
／
３
２梁式倾斜仪 梁式倾斜仪通过泓量倾
角的变化，用于监泓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）．将粱式倾斜 仪固定其上即可（见下图）。
以计算沉降计所在部位的沉降。其典型的测量原理见下图。
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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。液压式况降仪已在国内如三板溪大坝等工程中得到
器底板问的变形可通过测杆传递到传感器上，从而测得该处多个测点的位 移。位移传感器建议可选电位器式或振弦式位移传感器。 ３轨道监副 当前，轨道变形监测主要有轨间距、整体遭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粱式 埙斜仪测量．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 铡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。
去套管的做法，但根据测量原理以及现场使用情况看，建议仍采用保护套管。沉降板法采用水准仪观测，测 量原理简单，对土建施工有一定的干扰，但只适合于施工期观测。由于沉降板法其原理简单、制作方便（一 般由施工单位在现场制作），因而在一般的铁路路基监测、高速公路路基监测、软基处理工程以及一些小型 堤坝工程的施工期监测中得到了较广泛的应用。 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 土位移汁（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、
前后两次高程读数之差郎为浚坝９点的沉降量。
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
多点位移训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
‰＋ｈ ｏ】＝ｋ＋＾∞＝Ｋ＋ｋ＝ｋ＋＾。
（１）
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）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为＾㈣ｈ、、ｈ”，＾胪由
…
当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面Ｖ％的变化晕为：Ａｈ、Ａｈ口Ａｈｍ
△＾．。（』为测次代号Ｊ＝１，２，３
图可得：
（Ｋｌ＋Ａ＾ｎ）＋ｈ。ｌ＝（％＋△＾口）＋＾口＝（Ｋ＋卧ｐ）＋ｈ＊ ＝（ｋ＋Ａ＾。）＋ｈ。 别』趺测量ｉ点相对于基准点１的相对沉陷量且，：
锚板与拉杆阃的相对位移．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。其典型的安装见右图。 一般水平向安装用于测量水平位移时对施工的干扰
较小．垂直向安装对土建施工有一定干扰，由于其采用传
感器测量，故比较方便实施自动化监涮。
２ ４测斜管洼
测斜管的普通安装方法是采用测斜管垂直（或倾斜） 安装，用恬动式测斜仪测量垂直于测斜管轴线的两个方向
则可求得该时刻各电相对于基准点１的相对高程差。如把任意点ｇ（１，２
ｉ，ｎ）做为相对基准点，将，测次做
为参考测次，则按（６）式同样可求出任意测点相对ｇ测点（以，测次为基准值）的相对高程差Ⅳ。：
２
６液压式沉降仪
液压式沉降仪由装在耐腐蚀钢简内的全不锈钢弦式压力传感器堪掖管、储液罐等组成，通常用于监铡
土体不同部位的沉降量。藏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，基准参考站内设置储液罐．其顶部与大气相通，储液罐的被面要高于沉降仪的安装 高程。土体拉生沉降或隆起时．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
１赵洪勇、刘建坤、崔江余等，高速铁路路基沉降监测方法的认识与评价，路基工程，２００１年第６期 ２刘尧军等，青藏铁路高原冻土区段路基沉降变形和地温监测，铁道标准设计，２００３（４） ３庆颢、高文峰，秦沈线软土路基沉降监测的质量控制，铁路航测，２００２年第４期 ４冯怀平等，水平侧斜仪在路基沉降测量中的误差处理，石家庄铁道学院学报，２００２年１４（４） ５铁三院、铁四院，新建时速２００—２５０ ｋｍ客运专线铁路设计暂行规定，铁建设［２００５］１４０
了良好的应用教果。
２
７水管式沉障仪ｆ沉降水杯法ｌ
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，见下图。水管式沉降仪由测头、通气管、进水管、排水管、观测台等装置构成。
测量时观测人员可在观测房内蒯出眭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，
测或过渡段不均匀沉降监铡，也可用于轨道的变形监翻。 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。 如下图所示，设共布设有ｎ个测点，ｌ号点为相对基准点．初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参 ｎ）；各测点安装高程与液面问 考高程面口乩问的距离则为：％，、ｋ 比ｋ（ｉ为测点代号，＝ｏ，ｌ¨ 的距离则为＾”ｈｍ、ｋ＾，则有：