高速铁路高边坡路基智能化监测系统的应用
时间：2023-03-27 08:30:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
吴家忠
（成兰铁路有限责任公司，四川 成都 610000）
在高速铁路工程中，通过路堑高边坡、路堤高边坡水平位移、深层位移监测，锚固结构、支挡结构受力监测及其数据分析，适时跟踪高边坡变形情况及其结构受力情况，科学开展高边坡信息化设计、信息化施工，为动态评估边坡稳定性、动态调整施工方案以及优化边坡支挡工程措施提供科学依据。
高边坡坡面自动化变形监测主要包括：①路堑边坡坡面变形监测。②堑边坡坡体深部位移监测。③路堑边坡支挡及锚固工程应力监测。④膨胀岩胀缩变形特性监测。⑤路堤边坡水平变形监测。⑥堤边坡支挡工程应力监测。⑦降雨量监测。⑧坡体裂缝变形监测。
高边坡坡面自能化变形监测预警系统包括四大部分：基准点系统、变形监测系统、数据采集传输系统、数据分析平台。基准点系统是在稳定点布置GPS 测点或观测桩，测量采集的数据用来作为整个系统的基准点和校核点；
变形监测系统根据路堑边坡开挖的施工进度在边坡岩土体表层逐级埋设相关元器件；
数据采集传输系统包括数据传输线、数据采集模块、信号发射装置、太阳能蓄电池、数据采集机箱；
数据分析平台通过接受、处理实时监测数据，对路堑边坡变形情况进行实时监控，并根据相关模型预测边坡位移的发展情况，当变形较大时发出预警信号，以便及时处理[1]。
2.1 施工前的准备工作
2.1.1 清除表土
根据工程项目的实际情况，对该路段采用挖掘机清除表土，并将清除的表土运抵至指定的地点，不得作为种植土继续使用。
2.1.2 测量放样
表土清除完成后，按照复测地面标高和设计图纸上的横断面桩号进行测量放样，确定中桩、碎落台、边桩和路堑顶的开挖位置。
2.1.3 土石方开挖
（1）土石方开挖采用装卸机配合挖掘机作业，采用通道式纵挖法施工，自身而下粉尘开挖，不乱挖、超挖、禁止掏洞取土。
（2）路堑边坡开挖采用阶梯形开挖方式，边坡坡率按照高度的不同，分别采用1∶0.75、1∶1、1∶1.25、1∶1.75。
（3）每开挖8～10m 设置一个以及碎石台，碎石台宽2m，并按照一定的频率使用坡彼尺检查边坡坡度，及时纠正偏差。
（4）开挖时按照设计要求预留30cm 边坡，每挖2～4m 时使用挖掘机修刮边坡一次，确保边坡一次成型。
2.1.4 土方开挖
（1）如果挖方地段沿线纵向地形平缓，可使用挖掘机配额自卸车开挖。
（2）沿着路线方向设置便道，便道纵坡应保证自卸汽车空车情况下顺利爬到坡顶，并于路线的左右副在设置一道便道，便于自卸车上下行驶，从高至低逐层开挖，每一层开挖深度控制在3～4m，宽度控制在8～10m。
2.1.5 石方开挖
（1）对于开挖断边坡高度小或者是半填半挖的地段，使用风枪钻眼、预裂及松动爆破法施工（图1）。开挖接近边坡时，采用放小炮和人工清刷，确保边坡表面平整稳定。
图1 浅孔爆破预裂孔装药结构
（2）对于开挖断面大，边坡高度高于6m 的地段，采用自上而下纵向掘进施工法；
地表岩石风化破碎地段，采用松动爆破法。
2.1.6 边沟、截水沟及排水沟开挖
（1）边沟、截水沟及排水沟开挖应严格按照设计图纸中的要求进行施工。
（2）沟槽应保证排水顺畅、边坡稳定、沟底纵坡符合设计要求，平曲线位置的沟底纵坡与其前后的沟底纵坡相衔接，曲线内侧禁止出现积水或者外溢现象。
（3）需要铺砌的边沟，按照设计要求，增加开挖深度和宽度。
（4）采用爆破法开挖石质边沟、截水沟或者排水沟时，采用小孔、轻量炸药，超挖部分使用碎石块填密实，突出部分凿平即可。
（5）开挖接近坡面时，采用小炮结合人工清刷，保证边坡稳定及表面平顺。
2.2 路基填筑施工
（1）严格处理高边坡路基基底，清除不合格的地表土，使用推土机整平基底，原地面坡度大约为1∶5 的边坡应当按照设计要求开挖台阶。
（2）使用重型压路机对整平后的基底进行碾压，直至达到设计要求后再进行路基填筑，路基填筑采用优质的填料，填筑过程中严格按照填料的含水量，尽量将填料的含水量控制在2%左右。
（3）注重高路基碾压，使用推土机在边坡初步压实，再使用压路机全段面静压1～2 次，再使用重型压路机反复碾压，保障路基碾压密实，压实度符合设计要求。
（4）注重沉降观测，高边坡路基应严格控制填土速度，路基填筑过程中，委派专人记录路基填筑高度和沉降量，如果观测到沉降量高于3m、边缘大于1.5m 时，应立即停止填筑，待沉降稳定后方可停止填筑[2].
3.1 监测目的
（1）为准确掌握高边坡变形频率，了解工程项目在建设过程中受降雨、开挖等的影响，保证工程项目建设质量，保证高速铁路运行期间的安全与稳定，因此开发了该系统用于高边坡监测。
（2）高速铁路一般工期紧，需要快速施工，准确可靠的监测系统，才能实现信息化施工目的[3]。
3.2 监测元器件布设安装
（1）每个深路堑段落选择边坡最高部位设置一个自动化监测断面。
各监测元器件精度如表1 所示。监测元器件使用寿命不低于6 年。
表1 监测元器件精度
（2）GPS 测点。
每个监测断面设置2～5 个GPS 监测点，监测点布设于每级边坡的最不利边坡部位。
（3）深层水平位移监测系统。
每个监测断面设置2～5 个深层水平位移监测系统，监测孔应设在变形敏感位置，钻孔深度结合边坡滑动弧面确定，潜在稳定地层深度达到不少于5m。路堑边坡中，潜在滑动变形区域测点间距一般为2.5m，相对稳定地层测点间距一般为5m。
（4）锚固桩应力。
每个路堑高边坡监测断面设置1～2 个锚固桩进行受力监测，按照悬臂端与锚固段各2 个位置、分界面1处位置进行设置，每根锚固桩设置5 处监测位置，每个位置在桩背和桩前各设置1 处应力计监测点，以监测锚固桩受力特性。
（5）锚索计。
每个路堑高边坡监测断面设置1～3 个锚索计监测点，监测点布设于受开挖和外界环境影响最大的部位。
（6）锚杆应力计。
每个路堑高边坡监测断面设置2～7 个锚杆应力计监测点，监测点布设于受开挖和外界环境影响最大的部位。
（7）土压力盒。
每个监测断面设置3～4 个土压力计监测点，设置路堑锚固桩。
（8）多点位移计。
每个断面设置2 套监测2 种不同风化程度的膨胀岩的监测系统，每套设置6 个监测点，监测点深度分别为0.5m、1m、1.5m、2m、3m、4m。
（9）雨量计。
雨量计应布置在坡体中部的较高位置处，且要求周围环境空旷，无遮挡，以保证所采集降雨量数据准确，且有代表性。
（10）工控设备箱安装。
工控设备箱内的数据采集控制设备按照设定的频次控制连接杆和位移计测量工作，测量数据实时通过无线传输模组打包上传到数据处理平台，设备箱外置的电源组线连接太阳能供电设备，设备箱外置的天线接口连接无线发射天线。
3.3 监测年限和频次
（1）监测年限：监测工作从边坡开挖开始，至线路开通运营后1 年，之后可将监测测试系统移交运营部门，进行长期监测。自动化监测频次如表2 所示。
表2 自动化监测频次
（2）正常情况下，按预定频率监测，当本次变化量或累计变化量超常时，可通过数据平台对监测频次参数进行远程设定，将监测频率适当加密。当出现下列情况时，应提高监测频率。
①监测数据变化较大或者速率加快；
②发现坡体有异常变化或地表裂缝增大；
③超深、超长开挖等违反设计工况施工；
④周边地面突发较大变形或出现严重开裂。
（3）监测频率还应当与施工进度和工程项目所在区域内的降水相适应，对于雨季高边坡开挖期间出现的变形的概率升高，应加大监测频次；
连续3d 降雨量超过50mm 时，应连续观测3 次，间隔时间不大于2 个工作日；
项目竣工后的头6 个月每月监测一次，以后的每3 个月监测1 次[4]。
3.4 监测数据采集与管理
数据采集传输系统如图2 所示，通过公共网络将实时监测数据发送至数据分析平台，对采集的数据格式进行转化，检查和剔除异常数据，保存至数据库。
图2 数据采集传输系统
预警标准值：①路堑水平位移达到50mm 时；
②当路堑累积水平位移达到2cm，且位移速率达到3mm/d 时。
当数据分析系统判定监测数据超过预警值时，系统自动将预警信息发送至各管理人员的手机上。项目管理人员收到预警信息后及时开展分析，找出原因，制定对策，及时处理[5]。
通过路基高边坡智能化监测系统的应用，对地表位移、深部变形、锚固应力、降雨量、裂缝变形等项目进行监测，通过监测数据综合分析边坡稳定状态，变形发展趋势，及时掌握施工期和运营期路堑高边坡和路堤高边坡稳定性和变形情况，为线路安全运营提供了预警保障。
猜你喜欢 路堑监测点断面 高速公路路堑边坡监测与分析研究建材发展导向(2022年18期)2022-09-22天津南港LNG接收站沉降监测点位布设煤气与热力(2022年4期)2022-05-23파금과 염상섭 문학 비교연구의 한 단면（断面）韩国语教学与研究(2022年3期)2022-02-08山西省祁县G208公路某段深挖路堑边坡稳定性评价及防治对策资源信息与工程(2021年5期)2022-01-15抚河流域综合治理监测布局优化水利水电科技进展(2021年6期)2022-01-07高边坡路堑监控量测技术控制要点山东交通科技(2020年1期)2020-07-24全站仪极坐标法监测点稳定性分析方法研究水电站设计(2020年4期)2020-07-16关于广义纯正断面的一个注记*云南师范大学学报（自然科学版）(2019年2期)2019-04-04湖区航道风速预警监测点布设研究江西建材(2018年4期)2018-04-10京沪高速铁路不同线路形式噪声暴露研究绿色科技(2018年8期)2018-01-30
