湯曉光

(武廣鐵路客運專線有限責任公司,武漢 430060)

1 概述

為實現時速350 km的無砟軌道客運專線運行的高平順性、舒適性和高安全性,對工后沉降要求非常高。工后沉降要求扣除軌道扣件可調性應不大于15 mm,各種結構物過渡段的不均勻沉降差不大于5 mm,路橋、路隧過渡段折角不大于1‰,且必須將沉降變形觀測數據進行分析評估滿足要求時方可鋪設無砟軌道,鋪設后繼續(xù)觀測2～3年。變形觀測與評估是一項系統工程,涉及到設計措施,施工過程中的實施觀測,無砟軌道鋪設條件的評估,運營期間的監(jiān)測,因而,沉降變形觀測系統在客運專線建設中具有十分重要的意義。

武廣鐵路客運專線是我國先期開工建設、時速350 km、里程最長、投資規(guī)模最大的無砟軌道客運專線,跨越湖北、湖南、廣州三省,全長1 068.6 km,路基327 km,約占31%,路基占有較大比重。沿線地質復雜,存在軟土、松軟土及第四季松散層土及地基巖溶,過渡段較多,且對無砟軌道工后沉降變形控制在國內尚無成熟經驗可借鑒,因此,沉降變形觀測控制和管理難度大。武廣公司要求全線建立沉降變形觀測系統,要求各參建單位提高認識、統一思想，成立相應的領導管理機構,明確職責,將沉降觀測作為技術管理中一項關鍵工作來抓。

2 沉降變形觀測工作的前期開展

2.1 構建沉降變形觀測管理體系

自2006年8月份,依據《客運專線鐵路無砟軌道鋪設評估技術指南》,結合武漢工程試驗段前期總結的有關經驗,并結合國外一些成熟經驗,公司先后編制下發(fā)了《武廣鐵路客運專線沉降變形觀測系統實施細則》、《武廣鐵路客運專線沉降變形觀測分析評估實施方案》、《武廣鐵路客運專線沉降變形平行觀測實施方案》、《武廣鐵路客運專線沉降觀測數據錄入與管理細則》、《關于加強武廣鐵路客運專線沉降變形觀測工作的通知》及《關于進一步加強武廣鐵路客運專線沉降變形觀測分析評估工作的通知》等一系列管理指導文件。從技術層面上對路基、橋梁、隧道及各種過渡段不同結構部位觀測元器件的布點埋設、不同時期的觀測要求及分析評估程序作出了詳細的規(guī)定；并明確了武廣鐵路客運專線建設單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位、咨詢單位、評估單位的職責,形成并構建了觀測、分析、評估較為完整的技術和管理體系；各單位結合自身情況,也確定了相應的工作組織,制定了觀測工作制度和實施細則,有力地推動了全線沉降觀測工作協調有序開展。

2.2 加強技術培訓和指導

針對各參建單位人員對高速客運專線無砟軌道沉降變形理念認識不足,缺乏相應的沉降觀測經驗,因此,在工作啟動前,必須對各單位的有關人員進行必要的技術培訓或交底,公司組織設計院和中外咨詢單位將設計監(jiān)測系統、《沉降變形觀測系統實施細則》及《客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術暫時規(guī)定》、《客運專線鐵路無砟軌道鋪設評估技術指南》進行技術交底和宣貫培訓,并請外方咨詢人員介紹德國高鐵沉降變形觀測實施經驗。使施工單位、監(jiān)理單位人員能夠真正理解有關概念和內容,并遵循《武廣鐵路客運專線沉降變形觀測系統實施細則》中的有關方法、程序實施監(jiān)測和監(jiān)控。

在前期實施過程中,根據施工單位、監(jiān)理單位反映和提出的問題,結合公司現場檢查情況,對一些關鍵技術進行進一步培訓,并隨后下發(fā)《關于加強武廣鐵路客運專線沉降觀測與評估工作的通知》,以確保沉降變形觀測的準確性、可靠性和連續(xù)性。公司又委托沉降變形評估單位編制了《武廣鐵路客運專線沉降觀測數據錄入與管理細則》,規(guī)范了觀測數據的電子文檔及紙質文檔的錄入與填寫、文檔的上傳等工作,與分析軟件與數據庫內容有機結合,以確保評估工作良好運行。

2.3 觀測人員的落實

要求各施工單位、監(jiān)理單位按照武廣鐵路客運專線沉降變形觀測相關要求,結合各自標段實際觀測工作量確定足夠專業(yè)觀測人員,特別是測量監(jiān)測人員,且必須持證上崗,對于平行觀測人員需滿足較高的技術素質要求,同時制定相關人員的培訓和管理制度,保證專業(yè)測量人員的相對穩(wěn)定,掌握觀測技術標準與要求。

2.4 觀測設施及儀器設備的落實

根據沉降變形觀測內容要求,要求各施工單位配備相應的監(jiān)測儀器設備,包括元器件、電子測試系統和測量儀器,并滿足沉降變形觀測精度要求。如對單點沉降計、剖面沉降管觀測系統監(jiān)測精度要求高的特殊元器件、監(jiān)測儀器,按照建設程序進行了招標采購；對于成熟的、可靠的測量設備,采用高精度的電子水準儀,并按規(guī)定進行標定合格；在觀測啟動前,施工單位請監(jiān)理單位進行檢查驗收,以確保觀測測量工作具備合格的工作基礎。

3 建立制度,加強對沉降變形監(jiān)測信息化管理

為確保最終沉降和工后沉降受控,合理確定無砟軌道的鋪設時間,沉降變形觀測應按照重點路基,兼顧橋隧,立體監(jiān)控,信息化監(jiān)測,數據真實、成果可控的原則組織實施,實施過程中重點做到“數據精確、準確、可靠、及時、連續(xù)”,重點加強規(guī)范元器件的埋設和保護及數據采集。

3.1 沉降變形監(jiān)測管理制度化

為確保數據精度和準確度,確保數據匯總的及時性,要求各施工單位、監(jiān)理單位根據各自情況制定沉降變形實施方案或細則及一些制度,如：監(jiān)測元器件埋設確認制度，沉降變形觀測技術交底制度，監(jiān)測元器件保護制度，監(jiān)測基準點、工作基點復測制度，變形監(jiān)測數據核對制度，沉降變形監(jiān)測質量問題報告、調查和處理制度，沉降變形監(jiān)測數據及時管理、分析和上傳制度，沉降變形監(jiān)測獎懲制度(納入質量信譽評價中),從而形成一個完整的沉降變形觀測制度和管理體系。

3.2 加強過程控制,實現觀測數據的連續(xù)性、準確性、可靠性

(1)施工單位在實施過程中切實按照《指南》、《細則》要求,規(guī)范觀測元器件、觀測點埋設、保護措施和獎懲制度,加強其保護,以防止出現缺失觀測點,造成數據的不連續(xù)性,這是極其重要的部分。

(2)在觀測過程中,規(guī)范測量技術操作與記錄,及時整理測量數據,保證原始測量記錄與觀測匯總表中數據的一致性,并及時報監(jiān)理單位核對確認,從測量數據的源頭把關是保證數據準確的基礎。

(3)必須認真建立“零”觀測的理念,即路基以開始填筑即進行觀測,路基填筑到路面高程就盡快埋設路基觀測點,及時觀測；橋梁架設完畢及時進行觀測,以保證觀測數據的連續(xù)性,利于尋求沉降變形變化規(guī)律。

(4)在觀測過程中,應特別注意一些重要、特殊信息點的記錄,如對架梁、運梁車通過，附屬設施、無砟軌道等施工荷載的記錄,天氣、地下水影響情況的記錄,以幫助對結構變形特性的分析。

(5)在實施過程中對觀測數據出現的異常現象、異常點及時分析原因并做好記錄,必要時采取措施。如某橋基礎觀測數據出現隆起現象,某段路基工點觀測數據一段時間普遍出現隆起,應查找原因,是否是基準點、工作基點出現問題,應進行復核測量。

(6)監(jiān)理單位在施工單位沉降觀測實施過程中切實加強監(jiān)督、檢查,對觀測數據及時核對,并嚴格進行平行觀測,在實施過程中真正起到監(jiān)控作用,保證觀測數據的可靠性。

3.3 建立完善可靠的沉降觀測網

建立可靠的沉降變形觀測網非常重要,應引起高度重視。高程一般采用變形控制網與施工高程控制網系統聯測,統一歸化為二等水準基點網上；并按要求建立水準基準點和布設工作基點。垂直位移監(jiān)測網按三等變形進行控制,沉降變形觀測點的測量精度及觀測方法按國家一等水準測量和采用一、二等水準測量儀器(即高精密水準儀)標準進行觀測。工作基點應定期與水準基點進行復核,當觀測數據連續(xù)出現異常應及時復測核對。

3.4 數據采集專業(yè)化、管理信息化

要求施工單位建立專門沉降變形觀測管理小組,各施工工區(qū)建立專業(yè)沉降變形監(jiān)測隊,按測量組和元器件數據采集組進行專門的沉降觀測；并實行“三固定”即“固定人、固定儀器、固定測量路線與方法”,以提高觀測數據的準確性。

全線使用統一軟件處理數據庫和紙質表格,觀測數據一般應當天錄入計算機并進行核對,一般不超過3 d；并將數據按武廣公司《數據錄入和管理細則》要求錄入信息系統,并經監(jiān)理核對簽認后及時上傳公司分析評估信息庫。

在實施過程中對觀測數據出現異?，F象及時分析并查找原因記錄在案,采取相應的補救措施,防止觀測數據失真,保證觀測數據的可靠性。

4 沉降變形平行觀測工作的建立與實施

根據《鐵路建設協調小組第二十八次會議紀要》(鐵建設函[2007]599號)和“關于發(fā)布《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》修訂的通知”(鐵建設函[2007]150號)的要求,為充分發(fā)揮監(jiān)理對沉降觀測的監(jiān)控作用,保證沉降觀測的可靠性、連續(xù)性和系統性,武廣公司組織編制了《武廣鐵路客運專線沉降變形平行觀測實施方案》。

平行觀測工作由監(jiān)理單位負責,各監(jiān)理分站配備相應的專業(yè)測量人員,采用與施工單位觀測人員相同的測量方式同步進行,全過程對變形進行平行觀測；并有對施工單位的變形觀測網、觀測方法、觀測儀器性能進行檢查的職責。

配合各專業(yè)測量的變形觀測人員應具有較高素質,具有多年測量工作的經驗,熟悉平面、高程的測量技術,掌握高等級水平儀、全站儀等施測及核準方法,具有測量數據處理、測量報告復核能力,具有中級及以上職稱,這樣才能真正具備平行觀測的復核作用。

各監(jiān)理單位制定各自的平行觀測實施方案與管理辦法,并按公司規(guī)定上報平行觀測月報、上傳平行觀測數據,形成沉降觀測監(jiān)理管理體系。

5 建立沉降觀測分析與評估系統

沉降評估工作是沉降變形觀測系統中最后的一道關卡,主要對結構施工期間及主體工程完成后一定擺放期的沉降變形觀測數據,進行系統的綜合分析和評估,推算出最終的沉降和工后沉降,合理確定無砟軌道開始鋪設時間,確保無砟軌道鋪設質量。

武廣鐵路客運專線沉降變形觀測評估工作,武漢工程試驗段由德國海德坎普負責評估,其他部分公司委托專業(yè)評估單位和武廣鐵路客運專線咨詢項目部聯合進行獨立評估,并負責沉降變形評估工作的日常管理、培訓、檢查和歸檔工作。同時,公司成立了武廣鐵路客運專線鋪設無砟軌道條件沉降評估領導小組,由公司總工程師任組長,成員由公司相關部門、建設指揮部、設計、施工、監(jiān)理、咨詢、評估單位技術負責人及總監(jiān)組成,各施工單位也相應成立了評估領導小組,構建了評估管理體系。

武廣公司組織編制了《武廣鐵路客運專線沉降變形觀測分析評估實施方案》,明確了各方職責,制定了嚴格的評估工作制度(申請、審核、批復流程)、評估程序、分析評估內容要求,形成了一個完整的評估體系。

5.1 建立分析評估系統

(1)根據武廣鐵路客運專線的特點,評估單位編制和建立了統一的數據庫系統和沉降變形觀測分析評估軟件,并制定了《評估實施細則》。

(2)分析評估單位應裝配適用于不同地質條件、不同結構形式、不同地基處理措施的多種沉降預測分析軟件；無論采取何種回歸曲線法預測均應滿足《評估技術指南》中提出的3個條件,具有較好的可靠性、穩(wěn)定性及準確性。

(3)建立沉降變形分析評估制度。施工單位和監(jiān)理單位應按照統一要求的數據庫格式整理編輯,形成可供數據庫軟件編輯處理的文件,并按要求及時上報。分析評估單位將上報的評估資料及時查閱核對,對評估中還需提供的信息和發(fā)現的問題及時通知各方,做好各方協調溝通,使評估工作有序進行。

5.2 評估程序及評估基本原則

(1)評估流程

施工單位提交區(qū)段沉降變形評估申請及觀測資料→監(jiān)理單位對施工單位原始觀測資料進行核對與簽認,并和沉降平行觀測數據一并上報→各建設指揮部負責統一審核、簽發(fā)區(qū)段評估申請表及評估材料→評估單位進行沉降評估并及時處理評估過程中的有關問題→評估單位向各指揮部及各施工單位提交《評估結果通知單》及評估報告→對于重要、特殊地段的評估,公司沉降評估領導小組組織召開評審會,以會簽紀要方式通過,并據此批準提出評審意見(沉降滿足無砟軌道鋪設條件,不滿足則延長觀測時間或采取措施等明確說明)。具體評估流程見圖1。

圖1 沉降變形評估流程

(2)評估原則：對評估報告中相關資料,施工單位應對觀測數據及相關資料準確性、可靠性負責,監(jiān)理應對平行觀測數據可靠性負責,設計單位需對施工單位沉降觀測提出總體分析意見,并對實測數據與設計估算的沉降量差別較大時,提出分析意見；咨詢單位(分析評估單位)應對分析評估的準確性、可靠性負責。

6 體會與建議

(1)制定嚴密、科學的沉降觀測實施方案和建立科學、快捷、系統的分析評估系統,保證觀測數據和預測工后沉降的準確性、可靠性、連續(xù)性,合理確定無砟軌道開始鋪設時間,是客運專線無砟軌道成功與否的關鍵之一。

(2)建立高精度測量控制網是無砟軌道客運專線設計、施工及運營必不可少的重要基礎,在無砟軌道線下工程沉降觀測與評估工作階段,它是所有觀測數據真實性和可靠性的保障。

(3)應實行獨立的第三方平行觀測：有必要對于重要的沉降觀測數據進行驗證,如對于宜產生不均勻沉降和沉降量較大的結構部位和工點實施第三方平行觀測,對保證沉降預測與評估的質量意義重大。

(4)監(jiān)測精度及監(jiān)測儀器：沉降觀測工作是一項高精度的測量工作,應進一步探討沉降變形監(jiān)測手段和設備。沉降板對施工干擾較大,且保護困難；因此,需要研究先進的觀測設備和方法,減少與施工的相互干擾,保證觀測的精度,提高觀測效率。

(5)預測方法與評估方案探討：不同的預測擬合方法適用性與不同的基礎巖土地質特性和結構變形規(guī)律有關,對于不同的線下結構形式應采取多種方法進行預測對比；在實踐中需進一步探討其規(guī)律性和適用性,完善評估方案,保證其預測的可靠性、穩(wěn)定性。

(6)由于大部分工程受各種因素的影響,工期較緊；對于加固措施有效,沉降量較小,而3～4個月沉降即趨于穩(wěn)定的結構,可以組織專家評審適當放寬觀測期,以加快施工。

7 結語

沉降變形觀測與評估是確保鐵路客運專線無砟軌道結構鋪設質量的關鍵一環(huán),是保證高速列車長期平穩(wěn)運行的基礎；且隨著鐵路客運專線建設的推進,鐵路客運專線對沉降變形觀測與評估的需求將越來越多,要求越來越高,做好沉降觀測與評估管理工作對鐵路客運專線的健康發(fā)展具有重大意義。

[1] 鐵建設[2006]158號，客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南[S].

[2] 鐵建設[2006]189號，客運專線鐵路無砟軌道鐵路測量暫行規(guī)定[S].