铁路路基监测方法

铁路路基监测方法既有铁路路基监测内容主要包括：路基面的几何形态、道床厚度、路基面的变形、基床厚度、路基基底的沉降变形与不均匀沉降等监测，有条件尚应进行基床土的应力测试。既有铁路路基监测应布设在路基填料或基床土质不良、基底地质条件差、地形变化大、路基排水不畅、以及各种过渡段等部位。尤以路基出现病害或潜在危险地段应加强加密监测。监测点应设置在观测数据容易反馈，且不影响正常行车运营或对整治施工造成不便的部位。1.1监测布置原则1.1.1路基面外观监测路基面外观监测主要包括道床厚度、路基面的几何形态（路肩形状、路基面宽度、路拱形状、横向坡度及其平整度、基床陷槽、翻浆冒泥点等）。可在两侧路肩上安设固定测点，采取开挖道床后经纬仪测量或直接采用钎探丈量。沿线路方向每隔100~200m设置一个监测断面（且每工点不少于2个监测断面），路基基床病害严重地段应适当加密。1.1.2变形监测路基变形监测主要包括路基面沉降监测、路基本体沉降监测、路基基底沉降监测、路基深厚层地基分层沉降监测、路基水平位移监测等。既有铁路受行车运营影响，一般以路基面沉降监测为主，较直观适用，便于实施且不影响既有线行车运营，其它变形监测应用较少，主要原因是监测元件埋设对行车运营干扰较大，但对于既有铁路路基的稳定、沉降变形严重地段视现场实际情况而定。路基变形监测布置图详见图1-1。2.082.08B/2B/2注：当同时进行路基本体监测与路堤基底沉降监测时，可在同一孔中上下分布埋设监测元件。图1-1-1既有铁路路基监测断面示意图（1）路基面沉降监测分别于既有路基内侧钢轨顶、两侧路肩各一个监测点，每个监测断面共3个点，两侧路肩处埋设位移监测桩（包桩），钢轨顶处在钢轨内侧刷红色油漆作为标识，用精准水准仪、经纬仪等仪器，采用精密测量方法。一般每隔50m设置一处监测断面，过渡段路基必须设置。（2）路基本体沉降监测当既有路基填料不良、压实度不足或较高填方等路基本体沉落变形较大时，可视需要进行路基本体沉降监测。于既有路基路肩（或路堤原有地表横坡大于20%地段于两侧路肩处）采用预钻孔成孔后埋设高精度智能型单点沉降计，分别设置于基床表层底部、基床底层底部设置，当路基填高大于8.0m时，于基床以下路基填土中增加1～2个监测点。一般每工点不少于2处沉降监测断面，过渡段路基必须设置。（3）基底沉降监测当既有路基基底软弱沉降变形较大时，可进行路基基底沉降监测。于既有路堤路肩处（或路堤原有地表横坡大于20%地段于两侧路肩处）采用预钻孔成孔后在路基基底地面埋设高精度智能型单点沉降计进行监测。一般每工点不少于2处沉降监测断面，过渡段路基必须设置。（4）深厚层地基分层沉降监测当既有路堤基底软弱层较厚且路基沉降变形严重时，可进行深厚层地基分层沉降监测。于既有路堤路肩处（或路堤原有地表横坡或地基软弱层基底横坡大于20%地段于两侧路肩处）采用预钻孔成孔后在基底地基中埋设高精度智能型串联式分层沉降计，分层沉降计布设间距2.0～3.0m。一般每工点不少于2处深层沉降监测断面，过渡段路基必须设置。（5）路基水平位移监测当既有路基存在稳定变形且持续发展时可进行路基水平位移监测。一般沿线路纵向每隔30～50m在距路堤坡脚外2m、10m处设置边桩进行路基水平位移监测。当既有路基稳定变形量较大，必要时可在既有路基边坡或坡脚处（或路堤原有地表横坡大于20%地段于填方高的一侧）预钻孔成孔埋置测斜管（孔深应至稳定地层一定深度内）,采用测斜仪精确地测量岩土层内部水平位移或变形。一般每工点不少于2处水平位移监测断面。1.1.3应力监测视既有铁路路基基床病害情况，或提速、重载改造工程需要，必要时可进行基床土的应力监测。在扣轨架空线路、限速慢行的条件下，开挖道床、基床，于既有铁路路基中心、钢轨、轨枕端头正下方的基床表面以下0.2m、0.7m、1.2m深度处各埋设3个土压力盒，实测整治期与运营期既有路基基床土中的应力、列车动荷载对基床应力沿深度及横向分布情况以及基床铺设土工合成材料的应力应变状态。一般每工点应设置不少于2处监测断面，每监测断面共9个监测点。路基基床应力应变监测布置详见图1-1。1.2监测元件埋设与安装1.2.1位移监测桩采用φ28mm长1.2m的钢钎。在路肩处将位移监测桩打入埋置至设计位置，埋置深度1.0m，桩周上部0.2m用水泥砂浆浇注固定，完成埋设后采用水准仪或全站仪测量桩顶高程作为初读数。1.2.2位移边桩边桩埋设位置应按试验设计测量确定，边桩可采用打入埋设或开挖埋设，埋设深度0.9m，桩周上部0.3m用水泥砂浆浇注固定，完成埋设后采用经纬仪（或全站仪）测量边桩标高及距基桩的距离作为初始读数。1.2.3单点沉降计1）单点沉降计采用智能数码单点位移计，属智能位移传感器，单点沉降计是由传感器、传递杆、传递杆保护管、锚固头、安装基座、测试导线等部分组成。分层沉降计是由多个单点沉降计通过安装套件串联组成的。2）埋设要点①在安装之前，需要对传感器进行检查，以确定其完好无损。②采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径Ф108mm，钻孔垂直，孔深应与沉降仪总长一致，应达到稳定硬层（最好为基岩），孔口应平整密实，引孔垂直度误差≤2°。③成孔后，安装单点位移计前先在孔底灌注水泥砂浆，固定底端锚板。④沉降计安装时，锚板朝下，法兰沉降板朝上，注意要用拉绳保护以防止元件自行掉落，采用合适方法将沉降计底端锚板压至设计深度。单点位移计测杆等各部件安装好后，通过沉降盘的扁形孔将细沙灌入孔中回填，回填过程中使用事先放置的钢管夯实细沙。根据回填高度逐步夯实细沙逐步抽出钢管，回填高度离孔顶-0.3米。⑤每个测试断面的单点位移计埋设完成后，使用水泥沙浆将孔内未回填的部分和沉降盘位置浇注填满后，用原土盖使路基恢复原状。位移计引出导线套钢丝波纹管进行保护，并挖槽集中从一侧引出路基，引入坡脚观测箱内，注意导线应适当松弛。⑥元件埋入之前应采取措施保证孔径满足安装要求，一般埋设完成后3～5天待缩孔完成后测试初读数。1.2.4测斜管埋设可采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的水平位移，测斜导管内十字导槽应顺直，管端接口密合。测斜是将测斜仪探头导轮卡置于预埋测斜导管的十字导槽内，从底部每隔0.5m依次测读，并通过数据处理计算求出不同深度处土体的水平位移。埋设要点：①路堑开挖至设计埋设测斜管位置时，即应开始埋设测斜管。②采用钻孔导孔埋设，钻孔垂直偏差率应小于1.5%，并无塌孔、缩孔现象，软土层应采用泥浆护壁，钻孔深度应不小于设计要求的深度。③测斜管埋设前，应按设计用螺钉进行预组装：管底部用底盖封住，用外接头连接导管至大于埋设长度约0.3m；再根据钻架高度将预装好的导管从接头处拆卸分段备用。④测斜管埋设时，按预装顺序从底部分段依次埋入，相邻两段沉降测斜管随埋随接，并及时灌水入管内，直至将测斜管压入孔底就位。⑤调整测斜管内十字导槽方向与观测断面方向一致后，安装测斜管顶盖，并在测斜管周围回填中粗砂，并灌水使其密实。⑥用水泥砂浆固定观测盒，对孔口进行长期保护。⑦待测斜孔侧土回淤稳定后，连续测读数日，稳定读数作为初始读数。1.2.5土压力盒①土压力盒埋设前应进行稳定、防水密封、压力标定、温度标定等工作,并进行编号。②一般应先将埋设处的基床土仔细削平夯实，然后再安装压力盒。埋设时应使压力盒的膜板直接与基床土接触，膜板要求与基床土底面齐平，不能凸出或凹进（凸出或凹进都会使实际测量值偏大或偏小）。埋设前应该在压力盒的周边裹包一层厚度为1～2厘米的橡胶圈，并在其周围采用同性状的基床土分层回填压实，以免引起土压力的重分布，以保证测试的可靠性。③所有信号线应通过预埋设PVC管引至路肩处的观测箱内。1.3监测方法、频率1.3.1监测方法及测量精度要求①位移监测桩、位移边桩采用水准仪、经伟仪或全站仪进行监测。所有标高水准测量应满足二等变形等级测量技术要求，按国家一等精密水准测量方法施测，测量精度：±1.0mm，读数取位至0.1mm。②单点沉降计或串联式分层沉降计、土压力盒采用智能型振弦频率检测仪器进行测试。主要监测元件技术参数指标见下表表1-3-1主要监测元件参数指标仪器名称量程灵敏度适用范围主要特点备注位移监测元件监测桩位移0.1mm测量路基面位移读数直观，精度一般。主要监测元件边桩位移0.1mm测量路基边坡位移智能数码沉降计100mm0.01mm测量土体垂直向变形精度高，数据量大，能实现自动系统及无线采集数据。视需要设置智能数码分层沉降计100mm0.01mm土体的分层沉降量测测斜仪100mm0.01mm测量岩土层侧向变形应力应变监测元件智能弦式数码压力盒6MPa0.001MPa测量岩土体应力应变1.3.2监测频率①所有元件埋设后，必须测试初始读数，在正式开始前，必须对所有元件进行复测，作为正式初始读数。②各阶段沉降观测频度应满足表1-3-2要求。表1-3-2路基沉降观测频次观测阶段观测频次整治期一般1次/天沉降量突变2～3次/天运营期第1个月1次/周第2、3个月1次/10天3～6个月1次/2周6～12个月以后1次/月③测试过程中发现异常必须及时查明原因，尽快妥善处理。1.3.3元件保护要求①应成立专门监测测试小组，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。②元件埋设前应根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基路肩或坡脚观测箱内，并做好观测箱的保护。③有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋或经设计、监理确认采取其它替代措施。④应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏。⑤元器件埋设后，制作相应的标志旗或保护架插在上方。1.3.4资料整理要求①所有测试数据应真实、可靠，并有可追溯性；记录必须清晰，不得擦改；测试、记录人员必须签名。各种监测数据记录格式应满足相应技术要求的规定。②人工测试数据应当天及时输入电脑，核对无误后在计算机内保存，自动采集测试数据应及时在计算机内备份。沉降观测资料及时输入沉降观测管理信息系统，以保证在观测过程中时时监控。观测中有沉降异常情况应及时及时处理。③按照资料提交要求及时对测试数据进行整理、分析、汇总，绘制有关分析曲线及完成有关报告。④观测数据及观测报告作为评判路基工后沉降是否满足要求及作为工程竣工验收的依据。1.3.5沉降的评估方法与措施路基整治施工后,先持续监测不少于6个月的时间，根据这6个月的监测数据，绘制“时间—填土高—沉降量”曲线，按实测沉降推算法或沉降的反演分析法，分析并推算总沉降量、工后沉降值以及后期沉降速率，并初步分析推测最终沉降完成时间。根据分析结果，验证、调整设计措施使地基处理达到预定的变形控制要求。当评估结果表明沉降还不能满足要求时，则研究确定是否应继续观测或采取必要的加固处理措施，即进行“监测—评估—调整”循环，直至满足要求。实测沉降推算：利用实测数据推算最终沉降量方法很多，常用的有双曲线法、三点法（对数曲线法）、沉降速率法、星野法及修正双曲线法等。根据现有的研究成果，推算方法得到的结果与实际沉降对比，误差较小的推算方法有：复合地基为沉降速率法、双曲线法；等载（或超载）排水固结为三点法、双曲线法。沉降的反演分析推算：利用先前实测沉降曲线进行反演分析，修正地基土设计参数，并重新进行沉降计算，再由实测沉降验证，经过多次循环分析计算，预测工后沉降量。要说明的是该法进行计算时的土层参数应是利用先前实测曲线进行反演推算出来的，且经过实测沉降验证，因此更符合实际情况。