徐 杰

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

在高速鐵路線下工程各種構(gòu)筑物中，路基是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車載荷的基礎(chǔ)，也是線路工程中最薄弱最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)。路基沉降變形觀測對控制鐵路工程質(zhì)量，確保工后沉降滿足設(shè)計要求至關(guān)重要。需要對路基變形做系統(tǒng)的評估，以指導(dǎo)施工及確定無砟軌道施工和鋪軌時間。

結(jié)合大西客運專線DK680+380斷面大量的觀測數(shù)據(jù)，在對路基沉降觀測技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同的數(shù)學(xué)模型經(jīng)回歸分析，合理預(yù)測沉降趨勢，為后期無砟軌道鋪設(shè)條件評估提供了客觀真實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 路基工后沉降特征

設(shè)計的工后沉降量為S=S1+S2，S1為路基鋪軌后運營100年發(fā)生的沉降，采用曲線回歸方法獲得，S2為無砟軌道結(jié)構(gòu)層自重發(fā)生的沉降，可根據(jù)觀測資料反算獲取。

路基的工后沉降包括地基的沉降和路堤的沉降變形，兩者在外載荷的作用下隨時間發(fā)展，其變形規(guī)律理論上可以通過土體固結(jié)原理進(jìn)行數(shù)值分析來估算。由于固結(jié)理論的假定條件和土體在施工過程中產(chǎn)生擾動和許多不確定因素的問題，使得利用路基沉降的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析在某種意義上較理論計算更為重要。通過大量沉降觀測資料的積累，根據(jù)已取得的經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行預(yù)測，可以找出路基沉降過程中具有實際應(yīng)用價值的變形趨勢。

2 基于不同數(shù)學(xué)模型預(yù)測的沉降結(jié)果

在路基施工填筑完成后，經(jīng)過3～6個月恒載或預(yù)壓，由實測的沉降觀測資料，通過擬合反演再預(yù)測路基沉降量與時間的關(guān)系。其中曲線回歸法是最成熟的方法之一，選取5種最常用的預(yù)測模型。

以大西客運專線DK680+380斷面沉降板觀測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，該斷面采用CFG樁進(jìn)行地基加固，以滿足無砟軌道路基預(yù)測工后沉降量不超過15 mm的要求。從2010年12月1日開始填筑，到2010年12月12日填土結(jié)束，累計填土高度4.085 m，觀測數(shù)據(jù)截至2011年7月14日累計總沉降量為－4.77 mm，共觀測225天。沉降觀測數(shù)據(jù)和填土高度－沉降－時間(H－t－S)曲線如表1和圖1。

運用5種不同數(shù)學(xué)模型對DK680+380斷面實測的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合后的各預(yù)測模型表達(dá)式如下。

雙曲線法:

三點法:

表1 斷面DK680+380沉降板觀測數(shù)據(jù)(截至2011年7月14日)

圖1 DK680+380斷面沉降板填土高度-時間-沉降(H-t-S)曲線

星野法:

泊松曲線法:

Asaoka法:

根據(jù)式(1)～式(5)，可得到不同預(yù)測模型的相關(guān)系數(shù)、工后沉降和最終沉降量，見表2，圖2為沉降擬合曲線。

表2 不同數(shù)學(xué)模型的沉降預(yù)測結(jié)果比較

圖2 基于不同數(shù)學(xué)模型預(yù)測的沉降變形趨勢

由表2、圖2分析結(jié)果可知，雙曲線法、三點法的預(yù)測趨勢與實際觀測數(shù)據(jù)比較接近，但三點法無法計算出相關(guān)系數(shù)，不滿足《大西客專線下工程沉降變形觀測評估實施細(xì)則》相關(guān)系數(shù)≥0.92的要求;Asaoka法在開始觀測兩個月內(nèi)和沉降收斂階段也能較好的擬合實測數(shù)據(jù)，但是中間預(yù)測的結(jié)果與實際觀測存在一定差異;泊松曲線法在收斂階段與雙曲線法基本一致，前期擬合效果較差;星野法預(yù)測曲線與實際沉降數(shù)據(jù)偏差較大。雙曲線法在本觀測斷面預(yù)測趨勢與實測數(shù)據(jù)吻合度較高，且相關(guān)系數(shù)和工后沉降量均滿足要求。

3 結(jié)論

以大西客專DK680+380路基斷面為研究對象，通過實測數(shù)據(jù)及預(yù)測的后期沉降量的結(jié)果對比可以看出，不同方法推算的沉降量各有差異，雙曲線模型是最適合本斷面的方法。需要注意的是，對于不同類型的斷面，需要根據(jù)觀測條件、巖土地質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)變性規(guī)律等因素，采取多種方案進(jìn)行預(yù)測對比，以確定最合理的預(yù)測未來沉降變形趨勢的數(shù)學(xué)模型。通過對最終沉降量的預(yù)測，可以系統(tǒng)評估線下工程工后沉降量，杜絕因工后沉降過大對運營安全造成的危害。

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