測斜儀在沉降觀測中的應用

    一、工程概況

 

    武廣鐵路客運專線是我國鐵路線路里程最長、技術標準最高、投資最多的客運專線，對路基的工后沉降要求亦十分嚴格。為了滿足沉降速率、工后沉降的要求，必須在施工中對軟基的豎向形變進行觀測。除對路堤填層壓實質量進行嚴格檢測控制外，對路堤整體的沉降觀測也是一種不可缺少的質量控制手段。

 

    二、沉降觀測

 

    路基沉降觀測以路基面沉降和地基沉降觀測為主。沉降變形觀測斷面根據不同的地基條件，不同的結構部位等具體情況設置。在過渡段埋設測斜管。測斜管采用專用塑料硬管，其抗彎剛度應適應被測土體的豎向位移要求，管端接口密合。

 

    （一）測斜管的安裝及保護

 

    1、用測斜儀（或經緯儀與水準儀結合使用）測定觀測斷面的中心高程及埋設方向。

 

    2、在路基填筑過程中，當路堤填筑高度高于埋管位置30cm的填土壓實以后，在垂直線路方向開挖出寬20cm,深30cm的溝槽，整平槽底并在溝底鋪設一層5～10cm厚的細砂。

 

    3、在鋪設測斜管時應逐節對口連接成一根，每側要伸出路基坡腳一定距離（具體長度以設計為準，一般伸出50cm），為防止測斜管損壞，管頭兩端用C20混凝土澆筑保護井，井壁厚30cm，井內斷面尺寸90cm×90cm，井深100cm。　　測斜管內預留一根Ø2～3mm鋼絲繩，長度大于測斜管長度2m左右，且與兩端孔蓋方便連接，端頭不得縮入測斜管內。

 

    （二）工作原理　　活動式測斜儀主要由NCX-2型測斜儀探頭、引出電纜、人工繞線輪和NDA1511型變送器信號指示儀等及預先埋設在待監測處的測斜管組成。

 

    測斜儀探頭主要部分為伺服加速度式傳感器，殼體上有四個導向輪，分別裝在兩輪架上，輪架可繞軸心轉動，兩輪架轉軸間的距離L稱為測斜儀的標距。

 

    測斜儀引出電纜起著牽引測頭和確定測頭位置的作用，采用具有加強芯的專用電纜，具有良好的尺寸穩定性，電纜上每隔0.5米做一個標記，以便確定測頭在測斜管中的位置。

 

    NDA1511型變送器信號指示儀是測斜儀數據輸出的二次儀表，用以完成測頭數據的測量、顯示、存貯功能，并可通過通信口向PC機輸出測量數據。

 

    （三）測量

 

    測斜管采用正反拉測法進行測量。正程測量首先將布放在測斜管內的鋼絲繩與測斜儀探頭前端拉環連接牢固，然后推拉測斜儀使其導向輪完全進入測斜管垂直導槽內，注意導輪的方向。之后根據電纜上標明的記號，每標準測點間距（0.5m）測讀一次并作記錄，直至整個管線測量完成。

 

    正程測量完成后拉電纜收回測斜儀，然后拆下預留鋼絲繩，在孔口處將繩頭固定好，注意保護不能使預留鋼絲繩縮入測斜管內。

 

    再將測斜儀從測斜管另一端進入管內（假設為左端），同時鋼絲繞線盤移到右端處。如圖3所示。在左邊把布放在測斜管內的鋼絲繩與測斜儀探頭前端拉環連接牢固，然后推拉測斜儀使其導向輪完全進入測斜管垂直導槽內。卷動鋼絲繞線盤使測斜儀探頭滑到右端，注意導輪的方向。　　看鋼絲繩上的標記，與墩臺上設置的測繪標點對應，確保反向測量起點與正程時相同。之后根據電纜上標明的記號，拉動電纜，每標準測點間距（0.5m）測讀一次測斜管軸線相對水平線的位移，直至整個管線測量完成。　　反程測量完成后拉電纜收回測斜儀，然后拆下預留鋼絲繩，在孔口處將繩頭固定好，注意保護不能使預留鋼絲繩縮入測斜管內。

 

    三、數據處理

 

    （一）系統測讀數據原理

 

    圖1活動測斜儀測量過程圖　　如圖1所示，活動式測斜儀沿著測斜管導槽按設定的間距0.5m移動，在每一測點處輸出一個與傾斜角度的正弦值相對應的一個電壓值U。即：（1）式中：為測斜儀輸出電壓，單位：V（伏特）；為測斜儀軸線與水平面夾角，單位：°（度）。

 

    正程測量時：(2)　　反程測量時：(3)　　每一測點處的測值可按下式計算：(4)　　對于有m個測點的測斜孔的第j次測量，每一個測點處相對于前一測點的沉降位移量為：i=1,2,3,,m;j=0,1,2,m(5)式中：為i測點的首次測值；　　為j測點的第j次測值。則在第j次測量的整個測斜管軸線的徑向位移為各段的相對位移之和：　　(6)　　（二）觀測數據的整理　　觀測時，測斜儀測孔第一次測讀的值為初測值，以后每日的測值與初測值的差值稱為變化值(變化值=測值¬—初測值)，觀測垂直位移時從導管的一端開始，將變化值代數和累加到測斜管的另一點，其計算結果即為這一點相對測斜管的一個端點的垂直位移，每次觀測位移與初始觀測位移之差即為本次觀測的累積沉降量，每次觀測位移與前次觀測位移之差為本次沉降量，據此可繪出位移曲線、距離—沉降曲線。