CN110207655A - 路基沉降监测用沉降计及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路基沉降监测用沉降计及监测方法，属于铁路路基施工辅助设备技术领域，路基沉降监测用沉降计包括固定部、位移计和加长部；加长部通过若干个加长杆连接，且端部连接第一锚头，本沉降计能够解决现有技术中存在的监测深度受限的技术问题，能够达到灵活调整监测深度，监测更准确、可靠的技术效果；路基沉降监测方法通过联合采用沉降计和静力水准仪，同步采集沉降监测数据，然后绘制位移‑时间曲线散点图，对监测点进行回归分析，对沉降进行趋势预测，上述方法能解决现有技术中存在的只能监测路基内部监测点的相对沉降的技术问题，能够达到监测绝对沉降且监测精度高和效率高的效果。
Description
技术领域
本发明属于铁路路基施工辅助设备技术领域，更具体地说，是涉及一种路基沉降监测用沉降计及监测方法。
背景技术
伴着铁路建设的高速发展，铁路路网逐渐形成并更加密集，越来越多的路外工程需要穿越铁路进行施工，施工过程中如何监测铁路路基沉降成为人们关注的焦点问题。原有监测方法通过地表布设基准点及观测点，采用普通的监测设备，只能进行地表沉降的监测，无法对路基(土层)的内部进行沉降的监测，即使能监测路基内部的沉降，采用的监测设备结构复杂，使用不便，普通的监测方法得到的数据仅仅是路基的相对沉降数据，并不能得到路基内部监测点准确的绝对沉降，因此，得到的沉降数据存在偏差，并不准确，从而影响后期的测算和施工，导致施工安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路基沉降监测用沉降计及监测方法，路基沉降监测用沉降计能够解决现有技术中存在的无法对路基内部进行沉降监测且监测深度受限的技术问题，能够达到灵活调整监测深度，监测更准确、可靠的技术效果；路基沉降监测方法以解决现有技术中存在的只能监测路基内部监测点的相对沉降的技术问题，能够达到监测绝对沉降且监测精度高和效率高的效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供路基沉降监测用沉降计，包括用于与混凝土固定的固定部、位于所述固定部下部且与所述固定部固定连接的位移计、与所述位移计固定连接的加长部；所述加长部包括若干个可拆卸且对接连接的加长杆，最外端的加长杆的外端部固定连接第一锚头。
进一步地，所述位移计包括位移传感器和与所述位移传感器的端部连接的测杆，所述测杆的另一端连接所述加长杆的端部。
进一步地，所述测杆的外部套接塑料软管。
进一步地，所述位移计与所述加长部之间设有用于对所述路基监测装置施力的连接部；所述连接部包括第二锚头和固定于所述第二锚头侧部的设有施力面的施力杆。
进一步地，所述加长杆之间通过两端分别设有内螺纹的接头螺纹连接；所述加长杆的外部套接绝缘管。
本发明提供的路基沉降监测用沉降计采用固定部与地表锚固，位移计垂直连接于其下部，保证了测量的准确性，位移计的底部固定连接加长部，加长部的长度可调，包括若干个可拆卸且对接连接的加长杆，加长杆的端部固定第一锚头，根据预定部位的钻孔深度调整所需的加长部的长度，确定加长杆的数量，将第一锚头锚固于土体中。本装置可以进行长期的铁路路基沉降监测，相比目前常用监测铁路路基沉降的方法省时省力，并且可以进行实时监测，并不像常用方法只能进行临时监测，能够在铁路路基沉降达到警戒值时实时报警，反馈到铁路工程建设管理与施工单位，优化施工方案，调整施工措施，提高铁路地下施工的安全性，确保铁路路基安全，保障铁路运营正常。本路基沉降监测用沉降计能够解决现有技术中存在的监测深度受限的技术问题，能够达到灵活调整监测深度，监测更准确、可靠的技术效果。
本发明的另一个目的，在于提供一种路基沉降监测方法，包括以下步骤：
A、布设监测点和监测基准点，监测点位于路基内部；
B、在监测点的位置安装如上述任一项所述的路基沉降监测用沉降计，且在所述路基沉降监测用沉降计上方的地表处的安装静力水准仪；
C、同步采集所述路基沉降监测用沉降计和所述静力水准仪的沉降监测数据；
D、绘制位移-时间曲线散点图，以时间为横轴，以监测点的绝对沉降值作为纵坐标，绘制平面直角坐标系，所述绝对沉降值为所述路基沉降监测用沉降计和所述静力水准仪的沉降监测数据之和，随着监测次数的累计，在平面直角坐标系中标记处一系列的点，各点之间用直线连接，得到位移-时间曲线散点图；
E、依据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，对监测点进行回归分析，对沉降进行趋势预测；
F、设定初级预警数值和报警控制值，当所述绝对沉降值达到所述初级预警值时，加大监测频率，当所述绝对沉降值达到所述报警控制值时，立即报警。
进一步地，所述步骤C-F，均通过PLC实现。
进一步地，所述PLC的工作步骤分别包括：
a、分别记录所述沉降计的安装位置、安装深度以及所述路基沉降监测用沉降计的初始数值a0，并记录所述静力水准仪的初始数值b0；
b、根据所述位移传感器的监测数值a经公式v＝(a-a0)计算出不同层深处的沉降值，根据静力水准仪的测量数值b经公式w＝(b-b0)-(b基-b基0)计算路基地表处的竖向位移值，然后绘制位移-时间曲线散点图，根据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，选择合适的函数对所述绝对沉降值进行趋势分析；其中b基为监测基准点处的静力水准仪的测量数值，b基0为监测基准点处的静力水准仪的初始测量数值；
d、设定初级预警数值和报警控制值，当所述绝对沉降值达到所述初级预警值时，加大监测频率，当所述绝对沉降值达到所述报警控制值时，立即报警。
进一步地，所述合适的函数指的是线性(y＝ax+b)或二次插值函数(y＝ax2+bx+c)。
进一步地，设定路基沉降的控制值，所述控制值包括路基竖向累计沉降位移不超过20mm，隆起位移不超过5mm。
本发明的路基沉降监测方法同时采用沉降计和静力水准仪，通过沉降计监测路基内部监测点的相对沉降值，通过静力水准仪监测监测点上方地表的沉降值，二者结合相加，得到监测点的绝对沉降值，能够解决现有技术中存在的只能监测路基内部监测点的相对沉降的技术问题，能够达到监测绝对沉降且监测精度高和效率高的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种路基沉降监测用沉降计的结构示意图；
图2为图1中固定部与位移计的结构示意图；
图3为图1中的加长部的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种路基沉降监测方法中的位移-时间曲线散点图。
其中，图中各附图标记：
1—固定部，2—位移计，3—测杆，4—塑料软管，5—连接部，5-1—第二锚头，5-2—施力杆，6—加长杆，7—接头，8—绝缘管，9—第一锚头。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1所示，本发明的路基沉降监测用沉降计包括位于上部且用于与混凝土固定的固定部1、位于固定部1下部且与固定部1固定连接的位移计2、与位移计2固定连接的加长部；加长部包括若干个可拆卸且对接连接的加长杆6，最外端的加长杆6的外端部固定连接第一锚头9。
上述装置采用固定部1与地表锚固，位移计2垂直连接于其下部，保证了测量的准确性，位移计2的底部固定连接加长部，加长部的长度可调，包括若干个可拆卸且对接连接的加长杆6，加长杆6的端部固定第一锚头，根据预定部位的钻孔深度调整所需的加长部的长度，确定加长杆的数量，将第一锚头锚固于土体中。本路基沉降监测方法及沉降计能够解决现有技术中存在的监测深度受限的技术问题，能够达到灵活调整监测深度，监测更准确、可靠的技术效果。
可选的，参照图1-2所示，位移计2包括位移传感器和与位移传感器的端部连接的测杆3，测杆3的另一端连接加长杆6的端部。上述位移传感器精度高、抗干扰能力强，安装方便，使用可靠，通过位移传感器传输位移信号至控制器，使管理人员与施工人员实时查阅数据，及时得到监测值以及监测数据的走向，在接近警戒线时采取措施达到事前预防。
该装置采用整体埋设，导线从侧面引出，稳定性较高，适用于各种温度下以及恶劣的环境，采集数据过程采用数字信号传输，保证了信号传输不会丢失，行车过程中也可进行观测。采用智能电测位移传感器，可快速准确地直接实时监测沉降量。
可选的，参照图1-2所示，测杆3的外部套接塑料软管4。上述塑料软管4套接于测杆3的外围用于保护测杆3表面设有的量程，对测杆3的整体也起到保护作用，延长测杆3的使用寿命。
可选的，参照图1-3所示，位移计2与加长部之间设有用于对路基监测装置施力的连接部5；连接部5包括第二锚头5-1和固定于第二锚头5-1侧部的设有施力面的施力杆5-2，第二锚头5-1为杆体状，第二锚头5-1的上部固定于测杆3的底部，第二锚头5-1的下部固定连接加长杆6的顶部，施力杆5-2呈“L”形，其一端固定在第二锚头5-1的侧部，施力杆5-2设有若干个，沿第二锚头5-1的外轴均布。安装过程中，需要调整监测装置的位置时，使用锤子锤击施力杆5-2即可，避免了敲击位移计的上部或位移计，造成位移计损坏，对位移计起到保护的作用，调整方便、省力。
可选的，参照图1-3所示，加长杆6之间通过两端分别设有内螺纹的接头7螺纹连接。加长杆6与接头7螺纹连接，连接可靠，拆装方便、省力，通过接头7连接加长杆6，实现了加长部整体长度的调节，根据预定部位的钻孔深度调整所需的加长部的长度，适用范围广。
可选的，加长杆6的外部套接绝缘管8。绝缘管8对加长杆6起到保护作用，能够保证浇灌锚固底端混凝土时加长杆6不会被混凝土干扰，使测量更加准确。
可选的，固定部1包括锚固板和与锚固板固定连接的连杆，连杆呈圆杆状，锚固板的板面上设有中心孔和位于中心孔外围螺栓孔，连杆的一端插接在上述中心孔内，通过螺栓固定，连杆的另一端部连接位移计，液位计与连杆通过螺纹连接。
具体的安装过程为：施工初期请参阅图4，在预定部位按要求钻孔，孔径应在90mm-127mm之间，钻孔铅垂，孔深应达基岩并记录孔深，孔口应平整。根据孔深计算出所需加长杆6的长度，并配齐接头7。
后将绝缘管8(采用塑料管)插入土体，且最上一节(1.8米)不进行固定，注入水泥砂浆，不得达到距地表2米位置。
接着将加长杆6及第一锚头9插入绝缘管8中，并取下最上节绝缘管8，连接位移计2，并将第一锚头9锚固于土体。
然后，请一并参阅图1至图3，安装锚固板并用螺栓调试量程。过后用水泥将锚固板固定于地表，将土体回填，将装置连接于信号收发器，可从服务器或短信随时得到监测数据。
该装置采用整体埋设，导线从侧面引出，稳定性较高，适用于各种温度下以及恶劣的环境，采集数据过程采用数字信号传输，保证了信号传输不会丢失，行车过程中也可进行观测。采用智能电测位移传感器，可快速准确地直接实时监测沉降量。
本发明的另一个目的，在于提供一种路基沉降监测方法，包括以下步骤：
A、布设监测点和监测基准点，监测点位于路基内部；
B、在监测点的位置安装如上述任一项的路基沉降监测用沉降计，且在路基沉降监测用沉降计上方的地表处的安装静力水准仪；
C、同步采集沉降计和静力水准仪的沉降监测数据；
D、绘制位移-时间曲线散点图，以时间为横轴，以监测点的绝对沉降值作为纵坐标，绘制平面直角坐标系，绝对沉降值为沉降计和静力水准仪的沉降监测数据之和，随着监测次数的累计，在平面直角坐标系中标记处一系列的点，各点之间用直线连接，得到位移-时间曲线散点图；
E、依据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，对监测点进行回归分析，对沉降进行趋势预测；
F、设定初级预警数值和报警控制值，当绝对沉降值达到初级预警值时，加大监测频率，当绝对沉降值达到报警控制值时，立即报警。
本发明的路基沉降监测方法同时采用沉降计和静力水准仪，通过沉降计监测路基内部监测点的相对沉降值，通过静力水准仪监测监测点上方地表的沉降值，二者结合相加，得到监测点的绝对沉降值，能够解决现有技术中存在的只能监测路基内部监测点的相对沉降的技术问题，能够达到监测绝对沉降且监测精度高和效率高的效果。
作为本发明提供的路基沉降监测方法的一种具体实施方式，步骤C-F，均通过PLC实现；PLC的工作步骤分别包括：
a、分别记录路基沉降监测用沉降计的安装位置、安装深度以及路基沉降监测用沉降计的初始数值a0，并记录静力水准仪的初始数值b0；
b、根据位移传感器的监测数值a经公式v＝(a-a0)计算出不同层深处的沉降值，根据静力水准仪的测量数值b经公式w＝(b-b0)-(b基-b基0)计算路基地表处的竖向位移值，然后绘制位移-时间曲线散点图，根据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，选择合适的函数对绝对沉降值进行趋势分析,合适的函数指的是线性(y＝ax+b)或二次插值函数(y＝ax2+bx+c)；其中b基为监测基准点处的静力水准仪的测量数值，b基0为监测基准点处的静力水准仪的初始测量数值；请参照图4所示，横坐标为监测的时间(时刻)，纵坐标为关联沉降(mm)，关联沉降指的是沉降计和静力水准仪的监测到的位移沉降值之和，即监测点的绝对沉降值，通过位移-时间散点图的数据分布趋势状况，选择合适的函数对监测结果进行回归分析，对沉降进行趋势预测(由于回归分析采用PLC程序进行，此处不进行详细赘述)。
d、设定初级预警数值和报警控制值，当绝对沉降值达到初级预警值时，加大监测频率，当绝对沉降值达到报警控制值时，立即报警；设定路基沉降的控制值，控制值包括路基竖向累计沉降位移不超过20mm，隆起位移不超过5mm；初级预警数值为控制值的70％，报警控制值为控制值的80％；将监测数据与原始数据(初始数据)进行比对，当监测到铁路线路路基及附近地表沉降接近设定的初级预警数值时，加大监测频率，监测值达到或超过报警控制值时立即报警。
上述方法取代了每天人工上线监测和人工监测误差，能够达到监测智能、监测周期长、监测精度高和效率高的效果。
进一步地，控制值还包括地面沉降速率控制值、轨道沉降，地面沉降速率控制值不超过2mm/d，轨道沉降不超过4mm。
作为本发明提供的路基沉降监测方法的一种具体实施方式，沉降计的埋设时间为，混凝土浇筑后的2-3天，待混凝土凝固后测试零点；静力水准仪待1-2天液面稳定后进行初值采集、调零。上述沉降计的埋设时间和静力水准仪的调零时间的控制，是发明人经过大量实践得到的，能够保证采集的数据的准确性。
作为本发明提供的路基沉降监测方法的一种具体实施方式，静力水准仪设有2-4个，其设置在沉降计的旁边。
作为本发明提供的路基沉降监测方法的一种具体实施方式，监测点布设于铁路顺线路方向的两侧，两侧对称布置，两侧各布设14个监测点，监测点沿铁路纵向成排布置。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.路基沉降监测用沉降计，其特征在于：包括用于与混凝土固定的固定部、位于所述固定部下部且与所述固定部固定连接的位移计、与所述位移计固定连接的加长部；所述加长部包括若干个可拆卸且对接连接的加长杆，最外端的加长杆的外端部固定连接第一锚头。
2.根据权利要求1所述的路基沉降监测用沉降计，其特征在于：所述位移计包括位移传感器和与所述位移传感器的端部连接的测杆，所述测杆的另一端连接所述加长杆的端部。
3.根据权利要求2所述的路基沉降监测用沉降计，其特征在于：所述测杆的外部套接塑料软管。
4.根据权利要求1所述的路基沉降监测用沉降计，其特征在于：所述位移计与所述加长部之间设有用于对所述路基监测装置施力的连接部；所述连接部包括第二锚头和固定于所述第二锚头侧部的设有施力面的施力杆。
5.根据权利要求1所述的路基沉降监测用沉降计，其特征在于：所述加长杆之间通过两端分别设有内螺纹的接头螺纹连接；所述加长杆的外部套接绝缘管。
6.路基沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、布设监测点和监测基准点，监测点位于路基内部；
B、在监测点的位置安装如权利要求1-5所述的路基沉降监测用沉降计，且在所述路基沉降监测用沉降计上方的地表处的安装静力水准仪；
C、同步采集所述路基沉降监测用沉降计和所述静力水准仪的沉降监测数据；
D、绘制位移-时间曲线散点图，以时间为横轴，以监测点的绝对沉降值作为纵坐标，绘制平面直角坐标系，所述绝对沉降值为所述路基沉降监测用沉降计和所述静力水准仪的沉降监测数据之和，随着监测次数的累计，在平面直角坐标系中标记处一系列的点，各点之间用直线连接，得到位移-时间曲线散点图；
E、依据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，对监测点进行回归分析，对沉降进行趋势预测；
F、设定初级预警数值和报警控制值，当所述绝对沉降值达到所述初级预警值时，加大监测频率，当所述绝对沉降值达到所述报警控制值时，立即报警。
7.根据权利要求6所述的路基沉降监测方法，其特征在于：所述步骤C-F，均通过PLC实现。
8.根据权利要求7所述的路基沉降监测方法，其特征在于：所述PLC的工作步骤分别包括：
a、分别记录所述沉降计的安装位置、安装深度以及所述路基沉降监测用沉降计的初始数值a0，并记录所述静力水准仪的初始数值b0；
b、根据所述位移传感器的监测数值a经公式v＝(a-a0)计算出不同层深处的沉降值，根据静力水准仪的测量数值b经公式w＝(b-b0)-(b基-b基0)计算路基地表处的竖向位移值，然后绘制位移-时间曲线散点图，根据位移-时间曲线散点图的数据分布趋势状况，选择合适的函数对所述绝对沉降值进行趋势分析；其中b基为监测基准点处的静力水准仪的测量数值，b基0为监测基准点处的静力水准仪的初始测量数值；
d、设定初级预警数值和报警控制值，当所述绝对沉降值达到所述初级预警值时，加大监测频率，当所述绝对沉降值达到所述报警控制值时，立即报警。
9.根据权利要求8所述的路基沉降监测方法，其特征在于：所述合适的函数指的是线性(y＝ax+b)或二次插值函数(y＝ax2+bx+c)。
10.根据权利要求6所述的路基沉降监测方法，其特征在于：设定路基沉降的控制值，所述控制值包括路基竖向累计沉降位移不超过20mm，隆起位移不超过5mm。
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