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静力水准仪在北京城铁变形监测中的应用

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2020-02-24 16:15

  

     2002年9月刚刚通车的北京西线城铁,作为首都西北部的交通动脉,不允许中断或出现事故。为此,北京市城市建设工程研究院,在隧道开挖期间,对该段铁路进行连续监测。由于只允许在线路停电期间(每日22时至次日凌晨3时)进入轨道进行测量, 因此,选用磁致伸缩静力水准仪,结合水准测量,取得了良好的效果。
 
1 静力水准测量原理
相连的两个容器分别安装在待测平面A、B上(可以有若干个待测点),当连接两容器中的介质是均匀液体(即同类并具有同样参数)时,液体的自由表面处千同一水平面上。2个平面的高差仅仅取决于容器内的液位高度,测得液位高度就可以获得高差。 根据这一原理, 可将乎面的沉降问题,用测量液位的方法解决。对液体静力水准测量误差来源的分析表明,它的主要误差来自于外界温度的变化,特别是监测头附近的局部温度变化。为了减小温度的影响,应使连接软管下垂量尽量小;降低监测头内的液位;仪器尽量远 离强热辐射源。
静力水准仪测量系统的工作原理是,当主控制器按照设定周期向各仪器发送脉冲控制信号后,经DIA转换器使仪器的步进电机带动探针向下运动,探测容器内的液面,当其与液面接触后形成回路,使电机停止下行返回原位,接着进行下一台仪器的测试;从而将微小高差变化,转换为垂直位移量测试;经连续数据采集、计算、存储 电路,输出与每台仪器液位相关的RS485/RS232型数 字信号,直接与计算机连接。使用LAC或WINMOS软件,就可实现对路肩的实时监测。仪器的主要指标:测量范围50mm;分辨率0.01mm; 准确度0.2%;自动存储连续监测,与电话线连接可远程监测。由于冬季施工,北京地区的低温度一般不会低于-15°C,因此采用-25号乙二醇防冻液作为工作液体。 
磁致伸缩式静力水准仪
2 测试方法与测点布置
2.1路肩沉降测晕
采用静力水准系统对路肩进行连续检测,在轨道路基两侧选择建立了12个测点,其中10个观测点2个基准点。静力水准仪安装在路基两侧,每侧6台,5台安装在观测点,分别安装在隧道中线、半宽2.85m、影响范围9m处;1台安装在隧道变形范围外的基准点。 
2.2轨顶沉降测量
根据工程变形测量方法, 采用静力水准仪,每天在线路停运期间进行高差测量。垂直位移监测网的观测点选在轨道顶面,位置与路肩测点相同,在隧道中间与铁道相交位置的两侧距隧道中间6m处,各增加1点。每条轨道7点,4条轨道共28个观测点,组成4条支水准路线,基准点选在变形区外。
3 测试结果与分析
3.1静力水准路肩沉降
对静力水准系统获得的自12月6日至22日路肩沉降变化数据曲线分析表明,自隧道12月10日开始钻进,路基随之逐渐明显下沉;到12月19日隧道贯通时,下沉呈增大趋势;随后下沉量开始减小,这种变化趋势与施工实际相符。东侧轨道No.4测点,数据曲线开始呈隆起的曲线,原因是仪器安装前,基础浇灌混凝土时间过短,使底角螺栓松动,不与基础一起下沉所致。12月9日后恢复正常,可能是由于气温过低,将螺栓与基础冻在一起。
3.2静力水准轨顶沉降
静力水准仪,获得的12月6日至22日轨顶的沉降曲线,可以看出,它的变化趋势与静力水准测量是一致的,区别是在4条轨道设置了4条导线,因此有4簇曲线。采用静力水准仪和静力水准仪获得的位移—时程变化曲线表明,在隧道开挖初期,沉降较大,隧道贯通后,沉降逐渐稳定在30mm以内。
4 问题与讨论
(1)在原监测方案中,为提高测试效率,拟采用数字水准仪,测量轨顶沉降。作为敏感元件,具有自动进行测量、自动判断处理误差并计算测量结果等功能,可以通过接口1、接口2或软盘进行数据传输。但是,实践中发现对于场地照明有一定要求,夜间铁路的自然月光照明和手电筒不能满足。
(2)对于静力水准测量,随着轨道和路肩沉降的趋缓,12月23日、25日地铁工务段分别拆除了该段铁路上的扣轨。但此后测试发现,由于拆除过程中对液体管道和电缆的扰动,测试开始显示不正常结果。联系到No.4测点在工程初期的状况,说明静力水准线路的基础牢固和线路不受干扰是十分重要的。
(3)对与轨顶测量,由于轨道表面无法标记,在轨道侧面做标记,容易产生标尺的一致性误差。为此,有时候需要反复测量几次,获得较为可靠的结果。
 
综上所述,采用静力水准仪可以满足地铁运行与 管理的要求。当隧道沉降较快时,地铁运营公司对运行的列车,采用了限速措施;降低了隧道开挖的速度。在沉降基本稳定后,拆除了扣轨,恢复了列车的运行速度。


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