郭子良（沈陽鐵路建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧　沈陽　110002）

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高速鐵路路基沉降觀測與預(yù)測評估技術(shù)簡介

郭子良
（沈陽鐵路建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧沈陽110002）

摘要：高速鐵路路基由土、級配碎石等散粒填料填筑，更易發(fā)生沉降，是高速鐵路沉降控制與觀測的重點(diǎn)。因此，本文選擇對高速鐵路路基沉降觀測與預(yù)測評估技術(shù)進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：路基沉降；高速鐵路；沉降觀測；沉降預(yù)測

近年來，我國高速鐵路建設(shè)呈大發(fā)展之勢。高速鐵路的高平順性是高速列車安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行的前提和保障。由于，高速鐵路多采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，軌道變形主要依賴扣件調(diào)整，而扣件的調(diào)整量又十分有限。因此，要保證軌道的高平順性，必須對線下工程的沉降嚴(yán)格控制，使工后沉降在規(guī)定的限值內(nèi)，可以通過軌道系統(tǒng)調(diào)整、克服，減少維護(hù)工作量，保證行車安全。

一、路基沉降控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.無砟軌道鋪設(shè)完成后，工后沉降應(yīng)滿足扣件調(diào)整和豎曲線圓順要求，工后沉降一般不超過15mm；沉降比較均勻且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑滿足式Rsh≥0.4v2js時(shí)，允許最大工后沉降為30mm；式中：Rsh—軌面圓順的豎曲線半徑，0.4vjs—設(shè)計(jì)最高速度（km/h）。

表1有砟軌道工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

路基與橋梁、隧道或橫向結(jié)構(gòu)物交界處的差異沉降不應(yīng)大于5mm，過渡段沉降造成路基與橋梁或隧道的折角不應(yīng)大于1‰。

2.有砟軌道路基工后沉降應(yīng)符合表1。

3.水平變形控制標(biāo)準(zhǔn)

為保證施工過程中路基的安全，軟土地基地段必須控制填土速率并加強(qiáng)監(jiān)測。其控制標(biāo)準(zhǔn)為路堤中心地面沉降速率不大于1.0cm/d，坡腳水平位移速率不大于0.5cm/d，地基條件較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)高變形控制要求。

二、路基沉降觀測技術(shù)

1.路基沉降觀測內(nèi)容

路堤及淺挖路基的路基面沉降觀測、基底沉降觀測、路基本體沉降觀測、過渡段不均勻沉降觀測、軟土及松軟土地基路堤地段水平位移觀測等。

2.變形觀測基準(zhǔn)網(wǎng)

（1）垂直位移觀測網(wǎng)可根據(jù)需要獨(dú)立建網(wǎng)，精度控制須充分考慮高速鐵路工程的特點(diǎn)，制定適宜的精度標(biāo)準(zhǔn)。垂直變基準(zhǔn)測網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成閉合環(huán)狀、結(jié)點(diǎn)及附和水準(zhǔn)線路等形式。

（2）每個(gè)獨(dú)立觀測網(wǎng)應(yīng)設(shè)置不少于3個(gè)穩(wěn)固可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)，長度4km左右?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在變形影響范圍以外，便于長期保存的穩(wěn)定裝置，可選用現(xiàn)有的控制樁。

（3）基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期進(jìn)行復(fù)測。

（4）基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)直接采用施工控制測量中的首級高層網(wǎng)，增設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)應(yīng)按國家二等水準(zhǔn)測量的相關(guān)要求進(jìn)行?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在變形區(qū)以外的基巖或原狀土層中，保證其在較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。

（5）為了觀測方便保證測量精度，應(yīng)布設(shè)工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的位置，一般200m設(shè)一個(gè)。工作基點(diǎn)埋深應(yīng)在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?。其距離應(yīng)滿足距離的平方根小于構(gòu)造物允許變形值比10。

（6）水平位移觀測網(wǎng)可采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)一次布設(shè)。根據(jù)變形測量等級及精度要求進(jìn)行觀測，并與施工平面控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，進(jìn)行水平位移觀測網(wǎng)坐標(biāo)與施工平面控制網(wǎng)坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。

結(jié)合通州的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃及目前的智慧交通管理發(fā)展趨勢，通州智慧交通管理系統(tǒng)未來的發(fā)展展望可以概括為以下3個(gè)方面：

（7）控制點(diǎn)宜采用有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩，照準(zhǔn)標(biāo)志采用強(qiáng)制對中裝置的覘牌或紅外測距反射片。在設(shè)置水平位移觀測網(wǎng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行精度預(yù)估，選用最優(yōu)方案。

3.變形觀測點(diǎn)的布設(shè)與觀測

每個(gè)觀測段落至少設(shè)2個(gè)工作基點(diǎn)，形成附和或閉合觀水準(zhǔn)線路。沉降觀測采用水準(zhǔn)測量方法，測量精度為+1mm，讀數(shù)取位0.1mm。路基沉降觀測應(yīng)以路基面沉降和地基沉降觀測為主?？稍诰€路2側(cè)設(shè)地基及路肩觀測樁及在地基和基床表層底面設(shè)置剖面沉降觀測裝置，或在線路中心設(shè)沉降板；過渡段易布置剖面管，并在管口設(shè)置沉降觀測樁。路基觀測附和水準(zhǔn)路線一般200m，高路堤可延長至600m～800m。觀測路基沉降過程中，觀測斷面間距應(yīng)當(dāng)小于50m，而在地勢相對平坦且地基條件良好區(qū)域?qū)β返?、路塹觀測時(shí)可以將觀測斷面間距適當(dāng)增加，但不應(yīng)當(dāng)超過100m；而在地基條件較差、地質(zhì)變化相對較大或過度地段則應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況減小觀測斷面間距。在結(jié)構(gòu)物起點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置觀測斷面，設(shè)置位置應(yīng)當(dāng)距離起點(diǎn)5m～10m以及20m～30m處，通過設(shè)置兩個(gè)觀測斷面確保地基沉降觀測的準(zhǔn)確性。另外橫向結(jié)構(gòu)物的兩側(cè)以及沿涵洞軸線位置也應(yīng)當(dāng)設(shè)置觀測斷面。在路堤以及路塹分界位置也必須設(shè)置觀測斷面。除此之外在埋設(shè)觀測裝置時(shí)必須嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)確定埋設(shè)位置，并對觀測設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)。路基面觀測設(shè)備由于受到施工干擾，其設(shè)置位置及方式有時(shí)需要根據(jù)施工進(jìn)程進(jìn)行調(diào)整。

（1）沉降板觀測法

沉降板分普通沉降板和組合沉降板兩種形式，其原理是在沉降觀測點(diǎn)埋設(shè)沉降板，沉降板與連接桿連接，連接桿外設(shè)護(hù)套管防止路基填筑時(shí)對連接桿的破壞和擠壓。隨著路基的填筑連接桿接長，通過測量連接桿頂面高程和連接桿長度，計(jì)算確定沉降板沉降值。

（2）沉降水杯觀測法

沉降水杯法，是在沉降觀測點(diǎn)處埋入沉降水杯觀測儀。沉降水杯觀測儀由儲水室、排水室、進(jìn)水管、排水管、排氣管、觀測水杯組成，進(jìn)水管、排水管、排氣管引出路基本體以外。測量時(shí)，將沉降水杯與進(jìn)水管連接，通過沉降水杯向儲水室注水，儲水室水滿后溢出到排水室通過與排水室相連接的排水管流出，停止加水，待水不再流出，根據(jù)連通器原理，此時(shí)沉降水杯的液面與儲水室的液面等高，通過測量沉降水杯的液面高程得到儲水室液面高程，進(jìn)而確定沉降量。

（3）剖面管觀測法

剖面關(guān)觀測法，是在測路基斷面觀測點(diǎn)高程處埋設(shè)剖面管，管的兩端伸出路基本體以外。觀測時(shí)，將觀測儀探頭深入管中，測得相應(yīng)位置對管口的沉降量。根據(jù)管口高程，計(jì)算出觀測點(diǎn)的沉降量。剖面管法使用的觀測儀有兩種：一種探頭為水壓式，探頭與水管連接，探頭通過測量與觀測點(diǎn)與儲水容器之間的水壓計(jì)算出觀測點(diǎn)與容器液面之間的高差，通過測量容器液面高程，計(jì)算觀測點(diǎn)沉降量；另一種為斜測儀，其探頭原理是根據(jù)鉛錘受重力作用原理，測量探頭的傾角，將探頭深入剖面管中，依次測量一定長度管段的傾角計(jì)算各管段起終點(diǎn)的高差，求出觀測點(diǎn)與管口的高差，再測量管口高程，確定觀測點(diǎn)的沉降量。

（4）高精度智能型沉降儀觀測法

高精度智能型沉降儀，由錨頭、連接桿、位移計(jì)、沉降板組成。其原理是，將錨頭固定于巖層或沉降影響層以下，錨頭、連接桿、位移計(jì)、沉降板依次連接，沉降板下沉?xí)r，由位移計(jì)測得沉降值通過導(dǎo)線傳遞給路基體外部設(shè)備，直接獲得沉降量。

三、沉降預(yù)測方法

地基在荷載作用下，沉降將會(huì)隨時(shí)間發(fā)展，其發(fā)展規(guī)律可以通過土體固結(jié)原理進(jìn)行數(shù)值分析來估算。在實(shí)踐過程中，通過對大量沉降觀測數(shù)據(jù)的積累，可以找出與實(shí)際地基沉降過程規(guī)律比較匹配的有實(shí)用價(jià)值的變形規(guī)律，利用這些變形規(guī)律對沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸分析，對地基沉降進(jìn)行預(yù)測。曲線回歸法是路基沉降預(yù)測的最常用方法，其常用的預(yù)測方法有：雙曲線法、三點(diǎn)法、指數(shù)曲線法、拋物線法、Asaoka法、泊松曲線法、星野法和修正雙曲線法等，其基本思想都是通過回歸曲線的方法，對未來及最終的沉降值進(jìn)行預(yù)測和評估。

四、路基沉降評估判定標(biāo)準(zhǔn)

高速鐵路路基沉降預(yù)測應(yīng)滿足以下要求：

1.根據(jù)路基填筑完成或堆載預(yù)壓后不少于3個(gè)月的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)不應(yīng)低于0.92。

2.沉降預(yù)測的可靠性一經(jīng)驗(yàn)證，間隔不少于3個(gè)月的兩次預(yù)測最終沉降的差值不應(yīng)大于8mm。

3.路基填筑完成或堆載預(yù)壓后，最終沉降預(yù)測時(shí)間應(yīng)滿足下列條件：S（t）/S（t→∞）≥75%。

4.路基沉降的評估應(yīng)結(jié)合路基各觀測斷面以及相鄰橋涵的沉降情況進(jìn)行，預(yù)測的路基工后沉降值不應(yīng)大于15mm。

結(jié)語

高速鐵路建設(shè)中，路基施工質(zhì)量直接影響高速鐵路建設(shè)質(zhì)量，是保證高速鐵路工程質(zhì)量的基礎(chǔ)要件，也是確保高速鐵路行車安全的基礎(chǔ)要件。軌道的平順性是確保列車運(yùn)行安全舒適的前提，而路基的穩(wěn)定、平順則是確保高速鐵路軌道平順的前提。目前我國高速鐵路多采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整扣件對軌道進(jìn)行調(diào)整，但是這種調(diào)整限度較小。因此，對路基沉降進(jìn)行觀測、預(yù)測、評估，進(jìn)而選擇合適的鋪軌時(shí)機(jī)，確保軌道基礎(chǔ)沉降范圍在規(guī)定限度內(nèi)，減少后期的調(diào)整、維護(hù)，保證軌道的高平順性，使列車安全、平穩(wěn)、高速運(yùn)行，具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：U238

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A