[发明专利]区域分布式沉降监测系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，具体涉及一种区域分布式沉降监测系统。

背景技术

区域性地面沉降是一种由多种因素引起的地表海拔缓慢降低的现象，是近年来我国和世界上许多地区出现的重要地质灾害之一，这种沉降主要由构造下沉、气候变化、地下水开采等因素引起。目前，随着高速铁路的大规模修建，线路将不可避免的穿越这类区域性沉降地区。一方面，区域沉降地区本身就会产生较大沉降变形；另一方面，修筑铁路将会产生地基附加应力，也会不可避免地引起一定的沉降变形。因此，铁路线路区域沉降将是多种因素共同作用的结果。而目前对较大区域地面沉降监测的方法与仪器较少，一般采用常规水准监测。

常规水准监测较大区域地面沉降的方法，一般是通过钻孔，在稳定基岩上埋设基岩标和在有关岩层层面上设置分层标，然后利用普通沉降标的水准网络进行高程测量，基岩标作为高程控制测量的基准，分层标可获取地面下土层在外界作用影响下的变形量，因此，基岩标与分层标是进行地面沉降监测的重要技术手段。但是，对于区域性大范围沉降监测而言，这种方法最大弊端就是需要较大数量基准标，成本太大，而且高程测量的工作量极大。另外，在区域性沉降地区设置大量基准标具有巨大的困难，天津刚刚建成近1000米的基岩标，目前正在建设的“苏锡常地区地面沉降监测网”的基岩标均超过500m，仅上海市为全面监测地面沉降就建设了30多座由一个大于400m的基岩标和若干个100～200m的分层标组成的监测站。由此可见，采用常规方法对铁路全线这类区域性沉降进行水准监测的成本是相当大的。因此，提出一种适合于铁路长远距离线路路基沉降监测系统及方法有着重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的就是针对现有区域性沉降测试技术的不足，提供一种监测范围广，监测精度高、自动化程度高、成本低的区域沉降监测系统及其相应的测试方法。

本发明由若干分段测试子系统和远程集中沉降监控终端组成。分段测试子系统拟采用连通器和水压力测试原理，依次测量若干子系统水压力来反映各点的沉降。子系统的水压力测量是结合自动化控制与测试技术实现的。分段测试子系统由若干特制沉降水杯、串联管路、并联信号线、加水装置、控制与测量装置组成。在铁路沿线沉降观测点处埋设特制沉降水杯，通过单根管路将其串联起来，然后将串联管路连接至加水装置。在每个沉降水杯中设置精密液位开关，在测试时加水至液位开关处，通过反馈信号控制沉降水杯中液位的位置，在测试端测试水压力来反映沉降水杯液位高度，并用标准压力进行长期稳定性与精度的较正，通过理论计算得出沉降杯高程的变化(即测点处的沉降)，依次测试各测点处的沉降完成子系统一次沉降测量，完成各个子系统的一次沉降测量，继而完成区域分布式沉降监测系统的一次沉降观测。所有沿线布置的若干分段测试子系统组成全线的沉降监测系统，测试都是通过自动控制过程实现的，并进行集中监控和远程数据的传输。由于在分段布置的测试子系统中仅需要一个高精度的测量装置，最大限度地降低成本，采用与标准压力瞬时对比的方式来消除测量装置零点漂移和放大系数波动的影响，提高测试精度，满足高速铁路无碴轨道沉降监测的要求，并且在保证精度的条件下尽可能地扩大了测试的范围和分段的长度。

本发明提出的监测系统原理科学、监测精度高、自动化程度高、成本低，由于测试有良好的同时性，可以一次完成所有布设范围的导线测量，在区域性沉降地区最大限度地减少了水准基准桩的设置，并且测量可达到一等水准测量的精度要求。另外，分段测试子系统能够独立进行局部的沉降监测，也能由沉降监控中心与若干分段测试子系统联合，能够完成大区域的监测任务，是解决无碴轨道区域性沉降监测的有效方法，能够最大限度地减少区域性沉降地区昂贵的基准标的设置，节约花费，实时反映沉降的变化，指导高速铁路的建设和保证列车的安全平稳运行。

另外，本发明集岩土、测试、自动控制等专业为一体，将不仅提高我国高速铁路无碴轨道沉降以及大区域沉降监测技术的水平，在地质灾害防治、水土保持、水资源合理利用等方面也有应用前景，促进相关专业的发展，社会效应显著。

附图说明

以下附图仅旨在对本发明做示意性说明和解释。

图1是本发明的原理图。

图中1.特制沉降水杯，2.串联的管路系统，3.加水装置，4.液位开关信号电路，5.分段测试子系统采集设备，6.远程数据无线传输，7.沉降监控终端。

具体实施方式

在图1中，区域沉降测试系统主要由分段测试子系统(1、2、3、4、5构成)和沉降监控终端装置7组成。在铁路沿线沉降观测点处埋设特制沉降水杯1，通过串联管路系统2将路基不同高度处的沉降水杯1的进水管连接起来，管路另一端与加水装置3相连，加水装置3置于高于沉降水杯1高度的位置处。在每个沉降水杯1中设置精密液位开关。测试时，首先确定所要测试的路基部位，然后，给沉降监控终端装置7发出指令，通过远程无线传输6，指令信号传递给分段测试子系统采集设备5，通过分段测试子系统采集设备5与液位开关信号电路4，开启所要测试沉降水杯的液位开关，给沉降水杯注水，同时，还要关闭其他沉降水杯的液位开关，使水只注入所测部位沉降水杯1内，通过液位开关信号电路4的反馈信号控制沉降水杯中液位的固定位置，在测试端测试水压力，通过液位转换电路，来反映沉降水杯液位高度，并用标准压力进行长期稳定性与精度的较正，通过理论计算得出沉降杯高程的变化(即测点处的沉降)，依次测试各测点处的沉降完成一次沉降测量。测试时自动控制测试过程并通过6进行远程数据的传输。最终将采集数据输送到沉降监控终端7。将若干个分段测试子系统(1、2、3、4、5构成)的数据输送到沉降监控终端7，最终形成对铁路区域性沉降的动态监控。