一种高速铁路CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道桥台水平位移测试方法

摘要

一种高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移测试方法，其步骤为：a)测试端刺水平位移，b)测试摩擦板水平变形，c)测试相对于摩擦板的桥台水平位移，d)测试温度校正值，e)计算桥台水平位移。温度校正位移传感器测试值实现了端刺与摩擦板上基准杆端部连接的位移传感器测试值的校正，该测量方法原理清晰、测量误差小、精度高，满足高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移的测试。

说明书

技术领域

本发明涉及线路工程测试方法，尤其涉及高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道的桥台水平位移测试方法。 

背景技术

高速铁路CRTS-II型(中国铁路轨道系统)板式无砟轨道，在桥梁端部的钢筋混凝土桥台与路基交界处的路基几十米范围内采用优质路堤填料形成过渡段，并在该段范围内的路基面上设置长50～60m的钢筋混凝土摩擦板及现浇于摩擦板远端厚1m的钢筋混凝土端刺。该种板式无砟轨道在桥上的钢筋混凝土底座不在梁端的桥缝处断开，而是延伸于过渡段的钢筋混凝土摩擦板上部，再与端刺现浇于一体。由摩擦板及端刺平衡桥上的钢筋混凝土底座因热胀冷缩产生的纵向力。在营运过程中，过渡段路基土体受重力和列车长期荷载作用而产生侧向变形会挤压桥台并使桥台产生纵向位移，列车制动产生的纵向力也可能会使桥台产生纵向位移。当桥台的纵向位移超出规定值时，会严重影响行车安全，因此需要对桥台的纵向位移进行测试。 

如果与桥台邻近的摩擦板位置是固定的，则桥台的纵向位移测试的最简单方法是测量其与邻近的摩擦板的相对位移值即为桥台的水平位移值，但由于钢筋混凝土结构的摩擦板热胀冷缩而容易产生变形，与摩擦板另一端浇筑的钢筋混凝土端刺热胀冷缩也容易产生变形，桥上底座板的热胀冷缩也容易使摩擦板及端刺产生位移；也即距桥台50m～60m距离内的摩擦板及端刺结构的水平位置均不是固定的，在桥台附近找不到桥台水平位移测量的固定参照物，从而无法直接实现桥台水平位移的精确测量。采用基准杆测试法：将基准杆的一端固定在过渡段以外的路基上，基准杆的另一端与固定在桥台上的位移传感器连接，也能进行桥台水平位移的“测量”。但长达50m以上的细长基准杆，如用混凝土等非金属材料制作，容易断裂，不容易实现测试；而采用金属材料制作，则由于金属材料的热胀冷缩明显，且如此长的金属杆也容易产生弯曲变形，使得最终测试值误差大，同样无法实现桥台水平位移的精确测试。 

采用测斜仪对桥台的水平位移也可进行测试，其原理是测出埋设于桥台及地基稳定土层中的测斜管轴线与铅垂线之间的夹角变化，从而计算出桥台水平位移，其测试误差较大，30m测斜管长度范围内的系统误差可达8mm，测试精度不能满足要求。采用测斜仪测试时还必须现场人工作业才能完成数据采集，不易实现自动监测，由于很多工点所处的位置和环境特殊，给位移测试及数据采集带来很大困难。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移测试方法。该测试方法测出的桥台水平位移值精确、可靠，能更好的保证高速铁路营运的安全。 

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移测试方法，其步骤为： 

a、测试端刺水平位移 

将位移传感器一固定于端刺的测试点A上，位移传感器一的伸缩杆与基准杆一的近端连接，基准杆一的远端锚固于路基上，由位移传感器一得出端刺的水平位移测试值X₀； 

b、测试摩擦板水平变形 

将位移传感器二固定于端刺的测试点A′上，测试点A′与端刺的测试点A位于同一横断面上，位移传感器二的伸缩杆与基准杆二的远端连接，基准杆二的近端锚固于摩擦板第一段的锚固点B上，由位移传感器二得出摩擦板第一段的水平变形测试值Y₁； 

将位移传感器三固定于摩擦板第二段的测试点B′上，第二段的测试点B′与上述的摩擦板第一段的锚固点B位于同一横断面上，位移传感器三的伸缩杆与基准杆三的远端连接，基准杆三的近端锚固于摩擦板第二段的锚固点C上，由位移传感器三得出摩擦板第二段的水平变形测试值Y₂； 

将位移传感器四固定于摩擦板第三段的测试点C′上，测试点C′与上述的摩擦板第二段的锚固点C位于同一横断面上，位移传感器四的伸缩杆与基准杆四的远端连接，基准杆四的近端锚固于摩擦板第三段的锚固点D上，且锚固点D 位于与桥台相邻的摩擦板端部，由位移传感器四得出摩擦板第三段的水平变形测试值Y₃； 

c、测试相对于摩擦板的桥台水平位移 

将位移传感器五固定于与摩擦板相邻的桥台测试点E上，位移传感器五的伸缩杆与基准件连接，且基准件固定在与桥台相邻的摩擦板端部D′上，由位移传感器测出相对于摩擦板的桥台水平位移值Z； 

d、测试温度校正值 

将温度校正位移传感器固定于基准杆远端以远附近的路基上，温度校正位移传感器的伸缩杆与温度校正杆的近端连接，温度校正杆的远端锚固于路基上，由温度校正位移传感器测出温度校正值R； 

e、计算桥台及水平位移值 

将端刺水平位移测试值X₀、摩擦板第一段的水平变形测试值Y₁、摩擦板第二段的水平变形测试值Y₂、摩擦板第三段的水平变形测试值Y₃和桥台相对于摩擦板的水平位移值Z累加后减去四倍温度校正值R即得桥台水平位移值S_R，即S_R＝X₀+Y₁+Y₂+Y₃+Z-4R。 

本发明的工作原理是： 

a步由基准杆测试法得出端刺的水平位移测试值X₀；b步将摩擦板从远离桥台(即靠近端刺)的远端至邻近桥台的近端依次分为一段、二段、三段，采用基准杆测试法得出摩擦板三段分别由于热胀冷缩产生的水平变形测试值Y₁、Y₂、Y₃；c步则直接用位移传感器测试出桥台与摩擦板的相对位移值Z。将位移测试值(X₀、Y₁、Y₂、Y₃、Z)累加即得出桥台相对于路基锚固点的水平位移值。这种分段串连式基准杆测试法以桥台及相邻摩擦板、端刺结构影响范围以远的路基为固定参照物，进行桥台的水平位移测试，既考虑了摩擦板及端刺结构的水平位移对桥台水平位移测试的影响，同时又缩短了基准杆的长度，避免了过长的细长杆件容易产生弯曲变形和较大摩擦阻力的缺点及过大的温度伸缩值对传感器大量程的要求，减小了测试误差。 

同时，本发明的d步，还在不会产生水平位移的路基表面上采用温度校正杆作为基准杆进行基准杆测试法测试，其测试出的数值(即温度校正值R)为 基准杆测试法中基准杆热胀冷缩及其它环境因素的影响值。由于桥台的水平位移值S_R中有四个测试值(X₀、Y₁、Y₂、Y₃、)由基准杆测试法测试出，因此减去温度校正值R的四倍即可消除该四个测试值(X₀、Y₁、Y₂、Y₃、)中基准杆热胀冷缩及其它环境因素影响产生的误差，从而得出精确可靠的桥台水平位移值S_R。 

虽然本发明的这种分段串连式基准杆测试法并不能保证相邻基准杆串连部位的测试点与锚固点在同一横断面上的位置绝对准确，可能会有几厘米的误差，但这几厘米长的摩擦板所产生的热胀冷缩变形相对于基准杆长度范围的摩擦板热胀冷缩变形完全可以忽略。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

一、以不受桥台及相邻摩擦板、端刺结构影响的远端路基为固定参照物，采用分段串连式基准杆测试法进行桥台水平位移测试，既考虑了摩擦板及端刺结构的水平位移对桥台水平位移测试的影响，又缩短了单根基准杆测试法的测杆长度，避免了过长的细长杆件容易产生弯曲变形和较大摩擦阻力的缺点以及过大的温度伸缩值对传感器大量程的要求，提高了测试精度。 

同时，在位置固定不变的路基上采用温度校正杆测试出基准杆热胀冷缩及其它环境因素的对位移传感器影响值进行温度校正，消除了基准杆测试法中基准杆热胀冷缩及其它环境因素产生的误差。 

可见，本发明测出的桥台水平位移值更加精确、可靠，能更好的保证高速铁路营运的安全。 

二、本发明的位移传感器可为电测型传感器，安装远程智能监测系统即可实现对桥台水平位移的长期监测，掌握结构的服役性能演变规律，以便及时发现危险，采用相应措施，确保高铁运行安全。 

上述的基准杆一、基准杆二、基准杆三、基准杆四和温度校正杆为规格、材料、长度完全相同的杆件；位移传感器一、位移传感器二、位移传感器三、位移传感器四、位移传感器五、温度校正位移传感器为型号、精度、量程完全相同的位移传感器。 

这样，本发明的温度校正将更加准确、可靠。同时，也使基准杆一的长度 为摩擦板长度的三分之一，端刺高度的二倍以上，基准杆一在路基上的锚固点不受因端刺水平位移对相邻路基土体扰动的影响，也使测试结果更准确。 

附图说明

图1为本发明实施例测试时的俯视示意图。 

图2为本发明实施例测试时的剖视示意图(仅剖到地下部分，钢筋混凝土底座和素混凝土支承层及其以上部分未剖)。 

图3为用实施例方法对一高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台用实施例方法测出的水平位移测试变化曲线，横坐标为测试时间，纵坐标为桥台水平位移值。 

图1、图2中：01.桥台，02.路基，03.端刺，04.摩擦板，05.钢筋混凝土底座，06.素混凝土支承层，07.轨道板，08.线路分界线。 

具体实施方式

实施例 

图1-2示出，本发明的一种具体实施方式是一种高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移测试方法，其步骤为： 

a、测试端刺水平位移 

将位移传感器一11固定于端刺03的测试点A上，位移传感器一11的伸缩杆与基准杆一21的近端连接，基准杆一21的远端锚固于路基02上，由位移传感器一11得出端刺03的水平位移测试值X₀； 

b、测试摩擦板水平变形 

将位移传感器二12固定于端刺03的测试点A′上，测试点A′与端刺03的测试点A位于同一横断面上，位移传感器二12的伸缩杆与基准杆二22的远端连接，基准杆二22的近端锚固于摩擦板04第一段的锚固点B上，由位移传感器二12得出摩擦板04第一段的水平变形测试值Y₁； 

将位移传感器三13固定于摩擦板04第二段的测试点B′上，第二段的测试点B′与上述的摩擦板04第一段的锚固点B位于同一横断面上，位移传感器三13的伸缩杆与基准杆三23的远端连接，基准杆三23的近端锚固于摩擦板04第二段的锚固点C上，由位移传感器三13得出摩擦板04第二段的水平变形测试 值Y₂； 

将位移传感器四14固定于摩擦板04第三段的测试点C′上，测试点C′与上述的摩擦板04第二段的锚固点C位于同一横断面上，位移传感器四14的伸缩杆与基准杆四24的远端连接，基准杆四24的近端锚固于摩擦板04第三段的锚固点D上，且锚固点D位于与桥台相邻的摩擦板04的端部，由位移传感器四14得出摩擦板04第三段的水平变形测试值Y₃； 

c、测试相对于摩擦板的桥台水平位移 

将位移传感器五15固定于与摩擦板04相邻的桥台01的测试点E上，位移传感器五15的伸缩杆与基准件31连接，且基准件31固定在与桥台01相邻的摩擦板04端部D′上，由位移传感器15测出相对于摩擦板04的桥台水平位移值Z； 

d、测试温度校正值 

将温度校正位移传感器16固定于基准杆21远端以远附近的路基02上，温度校正位移传感器16的伸缩杆与温度校正杆25的近端连接，温度校正杆25的远端锚固于路基02上，由温度校正位移传感器16测出温度校正值R； 

e、计算桥台及相邻摩擦板、端刺水平位移值 

将端刺水平位移测试值X₀、摩擦板第一段的水平变形测试值Y₁、摩擦板第二段的水平变形测试值Y₂、摩擦板第三段的水平变形测试值Y₃和桥台相对于摩擦板的水平位移值Z累加后减去四倍温度校正值R即得桥台水平位移值S_R，即S_R＝X₀+Y₁+Y₂+Y₃+Z-4R。 

本例的基准杆一21、基准杆二22、基准杆三23、基准杆四24和温度校正杆25为规格、材料、长度完全相同的杆件；位移传感器一11、位移传感器二12、位移传感器三13、位移传感器四14、位移传感器五15、温度校正位移传感器16为同型号的位移传感器。 

实测结果 

采用以上实施例的方法(位移传感器为精度等级0.2％的电测型传感器)对实际的高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道的桥台进行了水平位移测试，位移传感器一至五的测试数据见表1，温度校正值和校正前、后的桥台水平位移值见表2。 

表1位移传感器一至五的测试值 

表2温度校正值和校正前、后的桥台相邻摩擦板水平位移值 

注：定义端刺、桥台往路基方向产生水平位移时其测试值为负，摩擦板纵向膨胀时其测试值为正，桥台与摩擦板相对水平位移减小时其测试值为负。 

以上表1-2的两个多月测试数据表明：未经温度校正的桥台水平位移计算公式为S＝X₀+Y₁+Y₂+Y₃+Z，其最大值为20.04mm，经过温度误差校正后的桥台水平位移计算公式为S_R＝X₀+Y₁+Y₂+Y₃+Z-4R，其最大值为2.49mm，校正前后的桥台水平位移值误差达704.81％。 

图3为根据上表测试数据绘制的桥台水平位移随时间变化曲线。图3中由‘□’串起的曲线为校正前的水平位移变化曲线，由‘▲’串起的曲线为校正后的水平位移变化曲线。图3清楚表明：校正前的水平位移测试值受温度等因素的影响，波动大，误差大，校正后的水平测试值波动小。可见，本发明能够很好地消除温度等因素对测试结果的影响，从而得到更准确的高速铁路CRTS-II型板式无砟轨道桥台水平位移值。