高速铁路膨胀土路基变形分层自动监测技术探究(3)

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5. 结语
路基分层自动监测技术的应用，可根据数据实时跟踪和远程网络的动态查询 访问平台,实现实时化、可视化、远程化的监测目标,节约大量的人力，降低测量 人员的劳动作业强度，避免了人工测量误差和对监测数据的人为干预。通过自动 报警和报警后的预警信息分析功能,为信息化施工和科学决策提供指导，对膨胀 土路基变形监测起到良好的分析和判定效果，是控制高速铁路路基施工和运营期 间质量和安全的又一先近技术手段。
参考文献 ［1］《铁路营业线施工安全管理办法补充规定》（铁运〔2014〕180 号）； ［2］夏元友，刘鹏，莫介臻；高速公路软基沉降预测系统及其应用研究［J］； 公路；2005 年 08 期； ［3］刘光洪；新丰江大坝安全自动化监测系统的运行与管理维护［J］；水电自 动化与大坝监测；2012 年 05 期； ［4］王旭，张军；高速铁路沉降自动化监测系统 SMAIS 的研发及应用［J］；铁 道工程学报；2015 年 04 期。
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2.分层自动监测程序
2.1 测点布设 对监测区段进行现场勘测，布设监测点，做好孔位标记。分层沉降自动监测 断面分别在左右线外侧 2.2m 处对称，测点分别布置于基床表层底面、基床底层 底面、填土底面、地基下 3m、6m 处，测线布设在预压土上，安装测线时根据实 际需要在预压土的侧面挖出测线安装平台，将测线布设在平台上，测线布设时基 准点、测点、分层沉降监测及测线布设平面示意图如下。为保证基准点稳定，基 准点钻孔至地基以下 60m。
高速铁路膨胀土路基变形分层自动监测技术探究
宋俊领 摘要：近几年，随着我国高速铁路建设的飞速发展，位于膨胀土地段的高速铁路 路基也较为常见。但高速铁路路基工程在施工和运营期间因沉降变形引起的病害 较多，也较难以治理。那么当前完全依靠人工通过对位移观测桩和沉降板进行观 测分析的常规变形监测方法，对于膨胀土路基的变形监测已不能完全满足其观测 要求，本文从这一问题入手，通过新的施工技术探究，最终实现高速铁路膨胀土 路基变形分层自动监测的目的。 关键词：膨胀土 路基变形 分层自动监测
4.分层自动监测方法与要求
4.1 监测频次 系统可设置自动监测频次，一般每日测量和采集传输一次沉降高程数据，施 工期、雨季等可加密监测。根据实际需要，可通过数据平台对监测频次参数进行 远程设定。 4.2 观测方法 自动监测系统，通过专用的系统监测软件，访问数据平台的数据库，实时观 测本期沉降、累计沉降和沉降速率等数据。 4.3 元件保护及维护要求
2.2 传感器安装调试
监测孔钻至位置后，将防锈测杆植入孔中，底部用水泥浆锚固，锚固长度
0.4~0.8m。逐节安装测杆，连接至路基面的高度，通过安装件将传感器刚性连接
在防锈测杆顶部，监测各层的沉降变化量，测点物位计需覆盖保护罩保护。
所有传感器安装完成后，对整个系统进行测试，检查每个传感器是否可以正
常采值，对不正常的进行调试，满足监测要求。
自动化监测系统工作流程图 3.2 系统原理 路基分层自动监测系统是通过物位计对液体和气体的压差的测量，将压力信 号转化为电信号，实时计算得到垂直高程，高程数据通过采集卡和信号线路传输 到数据处理平台，数据平台将多次测量得到的数值进行运算获得垂直位移高程， 系统内可设定基准点和测点，测点相对基准点的垂直位移高程就是相对沉降值， 多次测量和计算可得到累计沉降值。 3.3 系统功能 （1）测量功能 实时测量监测点区域内的突发或缓慢差异沉降变形。监测点精度±0.5mm；
主要功能
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测量系统
自动监测 物位计
自动测量结构垂直位移的高程
线路保护 管
保护传输总线，达到防水、防腐、抗拉、抗压
3
工 控 设 备 承载和保护数据采集设备、无线传输设备和电
数据传输采 箱
源设备(蓄电池)
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集系统
数据采集 模组
实时控制物位计工作和采集物位计测量数据
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序 号
子系统名称
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7 后台设备
DK000+005 DK000+000
路肩
基准点保护箱
太阳能供电系统 工控设备箱
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1
1
1
2.2
测点1 测点2 测点3 测点4 测点5
左线中心线
基准点保护箱
路肩
2.2
太阳能供电系统 工控设备箱
测点1 测点2 测点3 测点4 测点5
1
1
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1
监测点布设平面图
右线中心线
监测点布设纵断面图
2பைடு நூலகம்
监测点布设横断面图
2.3 监测设备拆除
监测结束后，所有设备拆除，钻孔孔洞用水泥砂浆填筑夯实，表面恢复原状。
3.自动监测系统工作原理及功能
3.1 系统构成
路基沉降位移分层自动监测预警系统是由测量系统、数据采集传输系统和数
据分析预警系统组成的。如下表：
DCM 自动化监测系统主要组成及功能表
序 号
子系统名称
子系统 主要组件
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路基变形分层自动监测项目部应成立专门监测小组，进行元器件的埋设、观 测和保护工作，小组人员分工明确，责任到人。元件埋设前应根据现场情况进行 编号，并做好观测箱的保护。所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋。
元器件、基准点、工控箱等设备埋设后，制作相应的标示和保护装置，确保 不受损坏。自动监测设备天线需要警示管的保护，同时以警示管为中心设置水泥 保护井，警示管不得覆盖任何物品；太阳能板要定期清洁，保持表面无污物覆盖； 自动监测系统设备埋设后，应定期巡视地表设备，包括太阳能供电设备和地表传 输线路；太阳能供电设备中的太阳能板应定期清洗，保持相对清洁表面。
1.概述
1.1 分层自动监测原理 该自动监测技术主要用于膨胀土路基变形的补充监测，在路基主体填筑完 成后，处于路基堆载预压阶段时实施。使用测点物位计按设定频次定时实时测量。 工控设备箱自动为系统供电（通过太阳能系统）、自动采集物位计测量数据、实 时无线传输至到网络数据平台。通过软件数据平台实时浏览监控所有测点测量数 据，实时获取路基分层沉降（上拱）变形数据，对路基沉降（上拱）、沉降（上 拱）速率、累计变形值等数据。还可以设定门限预警值，系统可超限自动预警， 结合自动监测系统，系统服务人员定期上线检查维护、长期数据总结汇报、协助 人员进行数据分析，根据不同部位的变化数据情况分析出膨胀土路基变形成因。 1.2 分层自动监测主要设备 分层自动监测所需要的分层监测主要设备有：分层沉降传感器、工控设备箱、 基准板、太阳能供电系统、传输线、分层监测杆、配 PVC 管等。测线安装时，在 需要监测的断面处的平台上钻孔至需要监测的面层处，通过钢管连接测试元件达 到分层沉降的目的，堆载预压完成后，将测线拆除。
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量程范围 500mm；测量设备工作环境：-30～+60℃。测量频次最高可达每分钟 一次，系统通过多次测量基准点设备和测点设备的沉降高程获得数据组从而进行 识别、计算、比对、筛选和应证等必须的过程后，可以在终端显示沉降结果。
（2）软件功能 通信管理系统软件：对各种通信设备通道的建立、驱动、维持、终止等进行 管理；生成各种通信状态变化时的报警等；完成系统对远方数据采集模组的控制 功能；负责报文收发的分析、解释与处理。 数据处理分析系统软件：对原始数据进行计算；向数据预警系统传递参数， 完成与预警系统的数据交换与消息传递；在人工交互操和系统的自动控制下，解 释处理工程师命令并下发，实现对现场测量设备的控制调节；实时数据库的更新 及历史数据的存盘处理。 数据预警系统软件：根据预设的预警规则生成相关事件，如物位计异常、沉 降越限、操作事项等；对相关事件进行声音、文字以及闪烁等报警处理。 数据发布系统软件：将沉降数据发布到工作站与 Web 站点；将沉降数据以 数字、文字、时程曲线等格式实时显示；将预警事件以声音、文字及闪烁等报警。
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子系统 主要组件
电源管理 设备
通信管理 系统软件 数据处理 分析系统
软件 应用服务
器 以太网交
换机
PC 终端
系统工作流程图如下：
主要功能 蓄电池和太阳能板为采集模组和物位计提供电
源 对数据传输采集系统与后台服务器通信进行管
理
进行数据解析、筛选、计算、分析等工作
软件运行平台与数据库管理
用于系统内数据交换 监视沉降分析图表、控制管理系统。