测斜仪在路基沉降监测中的应用

　　摘要：武广铁路是国内目前线路里程最长、技术标准最高的一条客运专线，对路基的沉降提出了严格要求。本文介绍了NDA1511型测斜仪在路基沉降监测中的应用，分析其工作原理及数据处理方法，说明该仪器在今后高等级铁路工程中的应用前景。
　　关键词：测斜仪；路基沉降；应用
　　
　　
　　一、工程概况
　　武广铁路客运专线是我国铁路线路里程最长、技术标准最高、投资最多的客运专线，对路基的工后沉降要求亦十分严格。为了满足沉降速率、工后沉降的要求，必须在施工中对软基的竖向形变进行观测。除对路堤填层压实质量进行严格检测控制外，对路堤整体的沉降观测也是一种不可缺少的质量控制手段。
　　二、沉降观测
　　路基沉降观测以路基面沉降和地基沉降观测为主。沉降变形观测断面根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置。在过渡段埋设测斜管。测斜管采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求，管端接口密合。
　　（一）测斜管的安装及保护
　　1、用全站仪（或经纬仪与水准仪结合使用）测定观测断面的中心高程及埋设方向。
　　2、在路基填筑过程中，当路堤填筑高度高于埋管位置30cm的填土压实以后，在垂直线路方向开挖出宽20cm,深30cm的沟槽，整平槽底并在沟底铺设一层5～10cm厚的细砂。
　　3、在铺设测斜管时应逐节对口连接成一根，每侧要伸出路基坡脚一定距离（具体长度以设计为准，一般伸出50cm），为防止测斜管损坏，管头两端用C20混凝土浇筑保护井，井壁厚30cm，井内断面尺寸90cm×90cm，井深100cm。
　　测斜管内预留一根Ø2～3mm钢丝绳，长度大于测斜管长度2m左右，且与两端孔盖方便连接，端头不得缩入测斜管内。
　　（二）工作原理
　　活动式测斜仪主要由NCX-2型测斜仪探头、引出电缆、人工绕线轮和NDA1511型变送器信号指示仪等及预先埋设在待监测处的测斜管组成。
　　测斜仪探头主要部分为伺服加速度式传感器，壳体上有四个导向轮，分别装在两轮架上，轮架可绕轴心转动，两轮架转轴间的距离L称为测斜仪的标距。
　　测斜仪引出电缆起着牵引测头和确定测头位置的作用，采用具有加强芯的专用电缆，具有良好的尺寸稳定性，电缆上每隔0.5米做一个标记，以便确定测头在测斜管中的位置。
　　NDA1511型变送器信号指示仪是测斜仪数据输出的二次仪表，用以完成测头数据的测量、显示、存贮功能，并可通过通信口向PC机输出测量数据。
　　（三）测量
　　测斜管采用正反拉测法进行测量。正程测量首先将布放在测斜管内的钢丝绳与测斜仪探头前端拉环连接牢固，然后推拉测斜仪使其导向轮完全进入测斜管垂直导槽内，注意导轮的方向。之后根据电缆上标明的记号，每标准测点间距（0.5m）测读一次并作记录，直至整个管线测量完成。
　　正程测量完成后拉电缆收回测斜仪，然后拆下预留钢丝绳，在孔口处将绳头固定好，注意保护不能使预留钢丝绳缩入测斜管内。
　　再将测斜仪从测斜管另一端进入管内（假设为左端），同时钢丝绕线盘移到右端处。如图3所示。在左边把布放在测斜管内的钢丝绳与测斜仪探头前端拉环连接牢固，然后推拉测斜仪使其导向轮完全进入测斜管垂直导槽内。卷动钢丝绕线盘使测斜仪探头滑到右端，注意导轮的方向。
　　看钢丝绳上的标记，与墩台上设置的测绘标点对应，确保反向测量起点与正程时相同。之后根据电缆上标明的记号，拉动电缆，每标准测点间距（0.5m）测读一次测斜管轴线相对水平线的位移，直至整个管线测量完成。
　　反程测量完成后拉电缆收回测斜仪，然后拆下预留钢丝绳，在孔口处将绳头固定好，注意保护不能使预留钢丝绳缩入测斜管内。
　　三、数据处理
　　（一）系统测读数据原理
　　
　　图1活动测斜仪测量过程图
　　如图1所示，活动式测斜仪沿着测斜管导槽按设定的间距0.5m移动，在每一测点处输出一个与倾斜角度的正弦值相对应的一个电压值U。即：（1）式中：为测斜仪输出电压，单位：V（伏特）；为测斜仪轴线与水平面夹角，单位：°（度）。
　　正程测量时：(2)
　　反程测量时：(3)
　　每一测点处的测值可按下式计算：(4)
　　对于有m个测点的测斜孔的第j次测量，每一个测点处相对于前一测点的沉降位移量为：i=1,2,3,,m;j=0,1,2,m(5)式中：为i测点的首次测值；
　　为j测点的第j次测值。则在第j次测量的整个测斜管轴线的径向位移为各段的相对位移之和：
　　(6)
　　（二）观测数据的整理
　　观测时，测孔第一次测读的值为初测值，以后每日的测值与初测值的差值称为变化值(变化值=测值¬—初测值)，观测垂直位移时从导管的一端开始，将变化值代数和累加到测斜管的另一点，其计算结果即为这一点相对测斜管的一个端点的垂直位移，每次观测位移与初始观测位移之差即为本次观测的累积沉降量，每次观测位移与前次观测位移之差为本次沉降量，据此可绘出位移曲线、距离—沉降曲线。
　　
　　四、结语
　　土体测斜仪作为路基竖向形变的一种监测工具，在应用中十分快捷、高效，它不仅能监测地基的整体形变，而且能够检测路基横断面任一点的竖向位移和不同深度处的水平位移;测斜仪的双向拉测法有效地消除了测斜槽上下不垂直的影响,克服了现场标定带来的误差。现场操作表明,采用双向拉测法使水平测斜仪具有不影响施工,不受天气的影响,操作方便、轻捷、灵活、精度高等优点,为及时、准确地测试路基沉降,提供了保障，在以后的高速铁路工程中具有广阔的应用前景。
　　
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