CN110487167A - 路基变形检测系统及利用该系统评估路基变形的方法 - Google Patents

路基变形检测系统及利用该系统评估路基变形的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种路基变形检测系统，其包括埋置在地基与路基本体的交界面上第一基准、设置在路基外部的第二基准和测量装置，测量装置被设置在路基本体的填筑层上表面，其能够测量其与所述第一基准之间的第一竖向距离和与所述第二基准之间的第二竖向距离。本发明还提供了采用上述路基变形检测系统来检测路基变形的方法。上述系统和方法在保证路基本体压实质量的同时实现了简单高效地对路基本体和地基的变形进行测量和评估。

Description

路基变形检测系统及利用该系统评估路基变形的方法
技术领域
本发明涉及轨道结构变形的检测系统和评估方法，尤其涉及路基变形的检测系统和评估方法。
背景技术
路基是当前高速铁路结构的重要组成部分，其稳定性和安全性直接决定了高速铁路的运行安全和运行速度，因此及时观测路基变形并据此采取对应的处理措施至关重要。路基包括地基以及铺设在地基上方的路基本体，路基的变形既受到地基的上拱或沉降的影响又受到路基本体自身上升或沉降的影响。
目前主要采用沉降板来观测路基本体的变形情况。沉降板主要由沉降板底座和测杆等部件构成，沉降板底座被布置在路基本体与地基的交界面处，测杆垂直设置在该沉降板底座上。现有路基本体的填筑方式一般为分层填筑，随着填土的增高，测杆也相应地接高，最终测杆应高于路基本体的填筑层上表面以便于观察。但是在路基本体的实际铺设过程中，突出于路基本体的测杆往往成为了路基本体铺设中的障碍，因为在铺设过程中，所采用的压路机必须避让该测杆进行压实，由此会导致测杆周围的路基本体的压实质量较差，影响作业效率和施工质量。同时在采用压路机执行压实作业的过程中，极容易对测杆造成损坏，测杆修复难度大，也使人们对从测杆处观测得到的数据提出了质疑。另外，上述沉降板测量方法目前只适用于测量路基本体的变形情况，无法得出地基的上拱或沉降情况对于路基变形的影响。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种路基变形检测系统，其借助于测量装置分别量取第一基准和第二基准与该测量装置之间的竖向距离，接下来人工或智能地通过测得的数据评估路基的变形情况，从而在保证测量精度的同时避免了变形检测对路基本体压实作业造成不利影响。本发明还提供了一种路基变形检测的评估方法，该方法不仅能够得到路基本体本身的变形情况，还能得到地基对路基变形的影响。
本发明提供了一种路基变形检测系统，所述路基包括地基和路基本体，所述路基变形检测系统包括：埋置在所述地基与所述路基本体的交界面上的第一基准、设置在所述路基外部的第二基准和设置在所述路基本体的填筑层上表面的测量装置，该测量装置包括测量模块，所述测量模块被设计为能够测量所述测量装置与所述第一基准之间的第一竖向距离以及所述测量装置与所述第二基准之间的第二竖向距离。
优选地，所述测量装置还包括分析模块，所述分析模块被设计为能够根据在第一时刻和第二时刻分别测得的第一竖向距离的变化以及在所述第一时刻和所述第二时刻分别测得的第二竖向距离的变化评估路基变形情况。
优选地，所述测量装置被设计为还能够执行数据实时传送或云端存储。
优选地，所述测量装置采用雷达或超声无损测量装置。
优选地，所述第一基准采用沉降板底座。
优选地，所述第二基准被设置在路基坡脚外侧且采用钢筋混凝土体或不锈钢体。
本发明还提供了一种利用上述路基变形检测系统来评估路基变形的方法，包括以下步骤：步骤A，在第一时刻执行第一次测量，测得第一竖向距离的第一测量值和第二竖向距离的第一测量值；步骤B，在第二时刻执行第二次测量，测得第一竖向距离的第二测量值和第二竖向距离的第二测量值和步骤C，比较和判断。比较与判断的基本原则如下：
当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值也等于第二竖向距离的第一测量值，则第二次测量时的路基相对于第一次测量时的路基无变化；
当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值不等于第二竖向距离的第一测量值，则地基发生变形，路基本体无变形，路基本体仅随着地基的变形而上拱或沉降
当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则仅有路基本体本身产生变形；
当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量不等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则路基本体在本身产生变形的同时还随着地基的变形而上拱或沉降。
另外，判断路基在使用过程中经常出现的路基本体和地基同时上拱或同时沉降的条件如下，其中以生产实际中通常适用的所述第二基准被布置在所述测量装置的下方为例。若第一竖向距离的第二测量值大于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值大于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体和地基两者均发生上拱。若第一竖向距离的第二测量值小于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值小于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体和地基两者均发生沉降。
优选地，采用所述分析模块对第一竖向距离的第一测量值和第二竖向距离的第一测量值以及第一竖向距离的第二测量值和第二竖向距离的第二测量值进行比较和分析。
附图说明
图1根据本发明的路基检测系统在工作状态下的示意图。
参考标号列表
1.路基本体；2.地基；3.测量装置；4.第一基准；5.第二基准。
具体实施方式
现参考附图来详细说明本发明所公开的路基变形检测系统的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。
在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“竖向”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除非另有指明，否则本说明书所述的方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。
如图1所示，本发明的路基检测系统被设计为包括测量装置3、第一基准4以及第二基准5。其中，测量装置3被设置在路基本体1的填筑层上表面，第一基准4埋设在地基2和路基本体1的交界面上，第二基准5设置在路基外部的某一位置，例如设置在路基坡脚外侧，即其不会受到路基变形的影响。第二基准5用于校核测量装置3的空间几何参数，第二基准5的布置位置在该系统中被示为固定不动的绝对位置。
测量装置3至少包括测量模块。该测量模块被设计用于量取测量装置3与第一基准4之间的第一距离以及测量装置3与第二基准5之间的第二距离。因为路基中路基本体1和地基2的一般变形表现形式为相对于位于路基外部的物体例如第二基准5产生沿竖向的上拱或沉降，故可不考虑路基本体1和地基2在平行于大地的水平面上的移位。由此测量装置3需要借助于其测量模块至少测得其与第一基准4在竖向上的相对距离，也就是第一距离在竖向上的分量，在本文中将其称为第一竖向距离，以及其与第二基准5在竖向上的相对距离，也就是第二距离在竖向上的分量，在本文中将其称为第二竖向距离，本文中竖向指代重力方向。
测量装置3可例如采用雷达、超声无损测量等装置。比如雷达测距已经是探测领域技术人员熟知的技术，其探测原理和探测方法在本文中不再赘述。另外，上述路基坡脚外侧位置在多数情况下位于测量装置3的下方，但在某些路况下也可能位于测量装置3的上方或与测量装置3平齐。
在通过上述测量装置3采集到不同时刻的第一竖向距离和第二竖向距离的数值之后，接下来可人工记录并采用下文所述的比较分析原则来分析上述数值，以判断路基本体1和/或地基2的变形情况。当然为了提高效率优选测量装置3还包括分析模块，该分析模块可用于通过比较不同时刻第一竖向距离的变化以及第二竖向距离的变化来判断路基本体1和/或地基2的变形情况。该分析模块可通过人工编程输入判断规则，之后对测量模块采集到的数据进行分析，得出结论。上述分析模块的作用原理应为例如通信领域广泛应用的现有技术，故在本文中不对其详细操作步骤进行赘述。
鉴于上文所述的第一基准4和测量装置3的相对布置位置，在不同时刻测得的第一竖向距离的变化代表了路基本体1的变形情况。例如，在第一时刻测得的第一竖向距离的第一测量值为150mm，在第二时刻测得的第一竖向距离的第二测量值为130mm，那么路基本体1沉降了20mm；若在第二时刻测得的第一竖向距离的第二测量值为180mm，那么路基本体1上拱了30mm。
鉴于上文所述的第二基准5和测量装置3的相对布置位置，不同时刻测得的第二竖向距离的变化应代表了路基本体1和地基2的变形情况的组合。具体地，例如当第二基准5布置在测量装置3的下方时，若第二时刻测得的第二竖向距离的第二测量值大于第一时刻测得的第二竖向距离的第一测量值，则说明测量装置3远离该第二基准5地移位，也就是说路基本体1产生了上拱或地基2产生了上拱，或者路基本体1和地基2同时产生了上拱。
另外应注意的是，虽然在本申请中没有限定第二基准5在测量装置3的下方距离测量装置3的距离，但本领域技术人员应理解的是，由于路基本体1或地基2的沉降或上拱量一般为毫米数量级范围，故该距离应足以允许测量装置3不会从第二基准5的上方移动到第二基准5的下方。
具体地，例如在路基本体1的填筑层铺设完成时执行第一次测量，此时测量装置3测得其与第一基准4之间的第一竖向距离的第一测量值，其与第二基准5之间的第二竖向距离的第一测量值。例如经过一个月时间后，执行第二次测量，此次测量装置3测得其与第一基准4之间的第一竖向距离的第二测量值以及其与第二基准5之间的第二竖向距离的第二测量值。
接下来可按照以下原则来评估路基的变形情况。首先通过上述四个测量值的比较来判断路基本体1和地基2是否产生变形。当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值也等于第二竖向距离的第一测量值，则第二次测量时的路基相对于第一次测量时的路基无变化；当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值不等于第二竖向距离的第一测量值，则地基2发生变形，路基本体1无变形，路基本体1仅随着地基2的变形而上拱或沉降；当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则仅有路基本体1本身产生变形；当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量不等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则路基本体1在本身产生变形的同时还随着地基2的变形而上拱或沉降。
另外，还可通过上述四个测量值的大小比较具体判断路基本体1和地基2的变形情况。以第二基准5布置在测量装置3下方为例进行描述。若第一竖向距离的第二测量值大于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值大于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体1和地基2两者均发生上拱。举个例子，若第一竖向距离的第一测量值为200mm，第一竖向距离的第二测量值为220mm，第二竖向距离的第一测量值为150mm，第二竖向距离的第二测量值为180mm，那么路基本体1的上拱量为20mm，地基2的上拱量为10mm。
若第一竖向距离的第二测量值小于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值小于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体1和地基2两者均发生沉降。举个例子，若第一竖向距离的第一测量值为200mm，第一竖向距离的第二测量值为185mm，第二竖向距离的第一测量值为150mm，第二竖向距离的第二测量值为122mm，那么路基本体1的沉降量为15mm，地基2的沉降量为13mm。
另外，虽然本申请中以第二基准5布置在测量装置3下方为例进行描述，且仅给出了路基本体1和地基2两者同时发生上拱或沉降的两个实际生产过程中常用的判断条件，但是本领域技术人员应能够推断出第二基准5布置在测量装置3上方或者与其平齐以及路基本体1和地基2不同时地发生上拱或沉降现象的判断标准，且利用上文所述原理举一反三地列出其他情况的判断条件，在本文中不进行穷举。
优选地，该测量装置3还能够执行数据实时传送或云端存储，以实现人工智能实时远程获得路基本体1的变形数据。
其中，为了准确测量到第一基准4的定位，第一基准4可选取为其材料性质与路基本体1材质差异化明显的材料，例如第一基准4可采用现有技术中沉降板的沉降板底座，其可由钢铁或钢筋混凝土等制成。第二基准5可采用钢筋混凝土基座和不锈钢测量标志等制成。
在第一基准4采用沉降板底座的情况下，与现有技术相比，本系统取消了测杆和套管，由此第一基准4不会受到后续路基本体压实作业的影响，同时也可为路基本体压实提供完整的工作面。在路基本体外部固定第二基准操作简便，也不会对路基本体铺设造成不利影响。另外，采用雷达等测量装置，检测效率高，受天气、温度等外界因素的影响较小，且能够实现智能发送、存储和分析，提高了检测精度，降低了人工成本。
与此同时本发明的方法通过数据的比较和分析，能够判断出路基移位的根本原因，以更有针对性地进行治理。

Claims (9)

1.一种路基变形检测系统，所述路基包括地基和路基本体，其特征是，包括：
第一基准，其埋置在所述地基与所述路基本体的交界面上；
第二基准，其设置在所述路基外部；
测量装置，其设置在所述路基本体的填筑层上表面，包括测量模块，所述测量模块被设计为能够测量所述测量装置与所述第一基准之间的第一竖向距离以及所述测量装置与所述第二基准之间的第二竖向距离。
2.根据权利要求1所述的路基变形检测系统，其特征是，所述测量装置还包括分析模块，所述分析模块被设计为能够根据在第一时刻和第二时刻分别测得的第一竖向距离的变化以及在所述第一时刻和所述第二时刻分别测得的第二竖向距离的变化评估路基变形情况。
3.根据权利要求1所述的路基变形检测系统，其特征是，所述测量装置被设计为还能够执行数据实时传送或云端存储。
4.根据权利要求1所述的路基变形检测系统，其特征是，所述测量装置采用雷达或超声无损测量装置。
5.根据权利要求1所述的路基变形检测系统，其特征是，所述第一基准采用沉降板底座。
6.根据权利要求5所述的路基变形检测系统，其特征是，所述第二基准被设置在路基坡脚外侧且采用钢筋混凝土体或不锈钢体。
7.一种利用根据权利要求1至6中任一项所述的路基变形检测系统来评估路基变形的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤A，在第一时刻执行第一次测量，测得第一竖向距离的第一测量值和第二竖向距离的第一测量值；
步骤B，在第二时刻执行第二次测量，测得第一竖向距离的第二测量值和第二竖向距离的第二测量值；
步骤C，比较和判断，
当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值也等于第二竖向距离的第一测量值，则第二次测量时的路基相对于第一次测量时的路基无变化；
当第一竖向距离的第二测量值等于第一竖向距离的第一测量值时，若第二竖向距离的第二测量值不等于第二竖向距离的第一测量值，则地基发生变形，路基本体无变形，路基本体仅随着地基的变形而上拱或沉降；
当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则仅有路基本体本身产生变形；
当第一竖向距离的第二测量值不等于第一竖向距离的第一测量值时，若第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量不等于第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量，则路基本体在本身产生变形的同时还随着地基的变形而上拱或沉降。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，当所述第二基准被布置在所述测量装置的下方时，
若第一竖向距离的第二测量值大于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值大于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体和地基两者均发生上拱；
若第一竖向距离的第二测量值小于第一竖向距离的第一测量值、第二竖向距离的第二测量值小于第二竖向距离的第一测量值且第二竖向距离的第二测量值相对于第二竖向距离的第一测量值的变化量大于第一竖向距离的第二测量值相对于第一竖向距离的第一测量值的变化量，那么路基本体和地基两者均发生沉降。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征是，采用所述分析模块对第一竖向距离的第一测量值和第二竖向距离的第一测量值以及第一竖向距离的第二测量值和第二竖向距离的第二测量值进行比较和分析。
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