田孟磊

（中國水利水電第七工程局科研設(shè)計院，四川成都 611730）

高速鐵路軟土路基沉降預(yù)測探究

田孟磊

（中國水利水電第七工程局科研設(shè)計院，四川成都 611730）

我國鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展迎來了高速鐵路建設(shè)的高潮，并且已經(jīng)進入了快速發(fā)展階段。為了有效保障高速鐵路路面的平穩(wěn)性以及列車運行的安全性，對鐵路路基沉降的控制就顯得尤為重要，這也是延長高速鐵路使用壽命的重要條件。

高速鐵路 軟土路基 沉降預(yù)測

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，高速鐵路已進入全面建設(shè)中。高速鐵路的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)鐵路的設(shè)計、施工、監(jiān)測、維護都提出了新的挑戰(zhàn)。高速鐵路工程規(guī)模大，投資大，技術(shù)要求越來越精密，一旦某種原因而引起工程事故，所造成的損失將不可估量。為保證高速鐵路的正常運行，控制路基的沉降變形已成為最關(guān)鍵的問題之一。因此，必須依據(jù)現(xiàn)場前期的沉降觀測數(shù)據(jù)，采用一定的數(shù)值方法，對路基未來某個時間的沉降量進行預(yù)測，進而反饋于原設(shè)計，及時調(diào)整設(shè)計方案和施工方法。

一、高速鐵路路基沉降測量控制要求

1、相關(guān)設(shè)備的要求

在實際觀測高速鐵路沉降中要求要有極高的準確度，從而確保高速鐵路路基在不斷加強負荷的狀況下，準確測出數(shù)據(jù)。我國高速鐵路建設(shè)技術(shù)標準中明確的指出：觀測沉降的誤差值不應(yīng)大于變形值的0.05～0.1倍，所以，在進行觀測沉降的時候，一定要使用精密水準儀。因為通常的水準儀都會受到溫差與環(huán)境的影響，導(dǎo)致結(jié)果中誤差值相對比較大，所以在進行測量時一定要使用受此影響相對較小的精密水準儀。就算是受到高速鐵路施工現(xiàn)場條件的限制，也應(yīng)該采用第一標尺來進行觀測。

2、觀測點的要求

沉降觀測是一項非常嚴謹?shù)娜蝿?wù)，對觀測點有著很高的要求，除了應(yīng)考慮準確反映實際的滑降情況，同時也要考慮到觀測的方便。一般選擇觀測地點在地勢較平坦的位置，并且地貌的縱向與橫向之間相互對稱，它們之間的最佳保持距離應(yīng)該在20m的范圍內(nèi)。

3、觀測周期及觀測時間

施工階段，應(yīng)隨施工進度及時進行。觀測次數(shù)與時間間隔應(yīng)視地基與加荷情況而定。在觀測過程中，如有路基附近荷載突然增減、長時間連續(xù)降雨等情況，均應(yīng)及時增加觀測次

數(shù)。若路基發(fā)生大量沉降、不均勻沉降或嚴重裂紋時，應(yīng)該立即進行逐日甚至一天數(shù)次的連續(xù)觀測。

4、實際觀測的具體要求

觀測前，要對觀測地點的地形、地貌、地質(zhì)、水文以及氣候等情況加以調(diào)查，聯(lián)系實際情況選擇最適宜的觀測方法，既要保證觀測的高效，又要保持正精度的要求。

5、采取適宜的觀測方法與標準

依據(jù)高速鐵路建設(shè)地區(qū)水文、地質(zhì)、環(huán)境、氣候、濕度、溫度等條件的不同情況，應(yīng)該選擇使用的沉降觀測精密程度也不盡相同。在沒有特殊的質(zhì)量與技術(shù)要求的高速鐵路工程項目中，使用二級觀測水平的觀測方法就能基本上滿足技術(shù)需要求。

6、對觀測人員的要求

在高速鐵路路基的設(shè)計和施工當(dāng)中，沉降觀測人員應(yīng)該要經(jīng)過系統(tǒng)專業(yè)的理論學(xué)習(xí)，并定期參加由國家各級地質(zhì)管理部門所組織的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，進而不斷提高施工人員的職業(yè)素質(zhì)。具體在高速鐵路路基沉降觀測當(dāng)中，現(xiàn)場的技術(shù)人員應(yīng)該要靈活、因地制宜的運用理論知識，并根據(jù)現(xiàn)場觀測情況準確運用誤差原理來進行分析，從而找出相對應(yīng)的解決方法。快捷、專業(yè)、準時地完成觀測任務(wù)是一名合格沉降觀測人員必備的職業(yè)素質(zhì)。

二、高速鐵路路基沉降預(yù)測模型的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國對高速鐵路路基沉降預(yù)測方法進行了研究，主要有兩大類，一種是根據(jù)施工期獲得的路基基面的數(shù)據(jù)，在實驗室內(nèi)采用物理或者是化學(xué)方法對路基沉降進行預(yù)測；另一類則是根據(jù)在高速鐵路路基施工中測得的數(shù)據(jù)以及四個階段獲得的沉降規(guī)律，對路基沉降量進行預(yù)測。

在這兩大類的預(yù)測方法中后者應(yīng)用較多，并且第二類的預(yù)測技術(shù)具體又可以分為以下幾種方法，分別是曲線擬合、灰色系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等四種。

1、曲線擬合法

曲線擬合，就是通過實驗獲得有限對測試數(shù)據(jù)（xi, yi）,利用這些數(shù)據(jù)來求取近似函數(shù)y=f(x)。式中x 為輸出量，y 為被測物理量。即通過分析實測資料與時間的關(guān)系，建立適當(dāng)?shù)某两蹬c時間的函數(shù)關(guān)系，進而推測沉降的發(fā)展規(guī)律。曲線擬合法是將沉降近似看做按照某種規(guī)律變化的過程，對實際測量的沉降數(shù)據(jù)進行擬合，建立某種相適應(yīng)的曲線模型，采取適宜的優(yōu)化方法，反推出計算公式所需的參數(shù)，在運用于后期的沉降預(yù)測。此方法參數(shù)較少并且易于確定，所以應(yīng)用廣泛。工程中常用的曲線擬合法包括：雙曲線法、星野法、指數(shù)曲線法、三點法、沉降速率法、Asaoka 法、S 形成長曲線模型。

2、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進行信息處理的數(shù)學(xué)模型。在工程與學(xué)術(shù)界也常直接簡稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運算模型，由大量的節(jié)點和之間相互聯(lián)接構(gòu)成。每個節(jié)點代表一種特定的輸出函數(shù)，稱為激勵函數(shù)。每兩個節(jié)點間的連接都代表一個對于通過該連接信號的加權(quán)值，稱之為權(quán)重，這相當(dāng)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶。網(wǎng)絡(luò)的輸出則依網(wǎng)絡(luò)的連接方式，權(quán)重值和激勵函數(shù)的不同而不同。而網(wǎng)絡(luò)自身通常都是對自然界某種算法或者函數(shù)的逼近，也可能是對一種邏輯策略的表達。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立預(yù)測路基沉降的BP 模型和Elman 模型，兩種模型在預(yù)測路基沉降時，不需要建立任何土工模型，只要采集訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的樣本就可以比較精確的預(yù)測路基沉降。

3、灰色系統(tǒng)理論

灰色系統(tǒng)理論主要是通過從已知信息中提取出具有價值的信息，然后根據(jù)其中的規(guī)律進行描述和控制。而利用灰色系統(tǒng)進行預(yù)測是指對已有信息進行處理后與灰色模型建立關(guān)系，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律并進行預(yù)測。在該種預(yù)測方法中，GM模型是應(yīng)用較多的一種方式，但是為了保證預(yù)測結(jié)果的準確性，需要對其進行修正。

4、遺傳算法

最后一種預(yù)測方法是遺傳算法，該種方法是路基沉降預(yù)測的新方法，該種方法和其他類型不同，主要是對參數(shù)的代碼進行處理，并且對目標函數(shù)和其他約束條件沒有要求，這對于處理非線性的路基沉降量具有明顯的優(yōu)勢。

路基沉降預(yù)測模型的建立對于高速鐵路沉降預(yù)測與控制至關(guān)重要。適宜的預(yù)測模型可以很好地預(yù)測路基沉降的發(fā)展趨勢，對于工程施工以及線路運營階段的管理都有指導(dǎo)作用。通過路基沉降預(yù)測模型與實測數(shù)據(jù)，推算最終沉降量，若預(yù)測沉降超限，應(yīng)及時采取相應(yīng)的工程措施。

結(jié)語

為了確保高速鐵路建設(shè)中路基沉降測量控制工作的順利展開，正確掌握高速鐵路路基沉降預(yù)測模型以及觀測工作的控制要求是不可或缺的必要條件。在實際的工作當(dāng)中應(yīng)該嚴格地遵守高速鐵路路基沉降觀測的基本規(guī)范與要求，建立恰當(dāng)?shù)母咚勹F路路基沉降預(yù)測模型，從而保證高速鐵路路基沉降量在允許值的范圍內(nèi)，圓滿有效地完成高速鐵路建設(shè)的任務(wù)。

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1007-6344（2015）11-0330-01

王瑋，女，1986-，吉林遼源人，西安交通工程學(xué)院交通運輸系，助教，研究方向：城市軌道交通運營管理