王春成 , 趙明合 ， 楊德全

(中鐵十八局集團有限公司, 天津　河西區(qū)　300222)

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不均勻區(qū)域沉降地區(qū)客運專線沉降觀測數(shù)據(jù)的處理*

王春成 , 趙明合 ， 楊德全

(中鐵十八局集團有限公司, 天津河西區(qū)300222)

通過研究不均勻區(qū)域沉降的特點，將客運專線線下基礎(chǔ)沉降量分為工程沉降量和區(qū)域沉降量，在建立的不均勻區(qū)域沉降模型中，將區(qū)域沉降從總沉降量中剔除，準(zhǔn)確反映真實的工程沉降量，以確定無砟軌道的鋪設(shè)時機。

不均勻區(qū)域沉降； 客運專線； 沉降觀測模型

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，城市建設(shè)和地下水無序開采引起了嚴(yán)重的地面沉降，并形成不均勻區(qū)域沉降即“沉降漏斗區(qū)”，其特點是沉降區(qū)域中心沉降量大，邊緣沉降量小。這是一種緩變的地質(zhì)災(zāi)害，在小范圍內(nèi)很難有所察覺，但他的存在對于工程建設(shè)施工的影響卻很大。如津秦客運專線天津到唐山段經(jīng)過天津市東麗區(qū)軍糧城鎮(zhèn)沉降漏斗區(qū)(直徑約為25 km)，由于地面沉降速率在沉降區(qū)域是不均勻的，對于穿越沉降區(qū)的鐵路工程能夠很明顯的感覺到他的存在。準(zhǔn)確描述不均勻區(qū)域沉降的數(shù)學(xué)模型能夠真實的反應(yīng)線下工程的沉降量和沉降趨勢，準(zhǔn)確的對已完工程進行工后沉降評估。

一、普通地區(qū)的沉降觀測

普通地區(qū)處理沉降觀測數(shù)據(jù)的模型主要是建立基準(zhǔn)點、工作基點和監(jiān)測點，通過精密水準(zhǔn)測量，按照經(jīng)典平差理論以工作基點為起算點計算出監(jiān)測點高程值，根據(jù)各個期次的沉降數(shù)據(jù)，對工后沉降進行評估，預(yù)測沉降趨勢[1]7-12。

二、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)的沉降觀測

(一)不均勻區(qū)域沉降地區(qū)的沉降分析

當(dāng)工程構(gòu)筑物處于不均勻區(qū)域沉降地區(qū)，基準(zhǔn)點、工作基點和監(jiān)測點的地面沉降速率不一致,且在很長一段時間內(nèi)發(fā)生緩慢的變化，不同位置不同的沉降速率對沉降評估結(jié)果有很大的干擾。

在區(qū)域沉降地區(qū)，線下基礎(chǔ)沉降量是由工程沉降量(工程沉降量是增加荷載后，或者構(gòu)筑物自身長期荷載的效果，特點是增加荷載的前后沉降量變化比較明顯)和區(qū)域沉降量(區(qū)域沉降量是范圍比較大，只有通過聯(lián)測基巖點才能計算出的絕對的沉降量)組成的。

(二)不均勻區(qū)域沉降的識別

△s+△h

(1)

其中： △s為區(qū)域沉降地區(qū)工作基點間的不均勻沉降； △h為附和水準(zhǔn)路線的測量誤差。

n=L/L0/2=18(站)

(2)

則該附和線路高程中誤差為：

(3)

按線路L=300 m計，則閉合差限差為±2.19 mm，所以該段兩基點由于不均勻區(qū)域沉降原因?qū)е碌木植坎痪鶆騾^(qū)域沉降的差異限值：

△s

(4)

(三)在不均勻區(qū)域沉降地區(qū)傳統(tǒng)沉降觀測方法的不足

由(4)式可知，若在一條附和水準(zhǔn)線路里工作基點距離按L=300 m計，如果兩工作基點不均勻區(qū)域沉降差異值小于0.92 mm時，通過閉合差的檢驗無法察覺這么小的不均勻沉降。在多期的測量過程中，在閉合差限差范圍內(nèi)的不均勻區(qū)域沉降量被分?jǐn)偟礁髌诘某两涤^測數(shù)據(jù)中。

當(dāng)測段(L=300 m計)的不均勻區(qū)域沉降量超過0.92 mm時，附和路線閉合差超限，此時要對基準(zhǔn)點進行復(fù)測，用新的平差結(jié)果更新工作基點，平差后工作基點被賦予了新的高程值，這時監(jiān)測點就會在同一時間有兩個高程值，為保證沉降曲線連續(xù)，只能做“歸零”處理，這樣就會損失沉降量[2]84-86。

在客運專線的構(gòu)筑物中累計沉降量很小(一般在5 mm左右)，且結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定后會有“沉降曲線上升”狀況，這是因為工程已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而不均勻區(qū)域沉降卻一直存在，在經(jīng)過多次“歸零”處理時會損失部分沉降量。

三、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)沉降觀測數(shù)據(jù)處理

(一)建立沉降觀測模型

為了真實準(zhǔn)確的測量出沉降量，分析不均勻沉降的原因，在不改變傳統(tǒng)的沉降觀測方案的前提下對沉降觀測的數(shù)據(jù)處理模型進行修改：

首先，建立工作基點定期復(fù)測制度(每三個月復(fù)測一次，與基巖點聯(lián)測)，工作基點統(tǒng)一布設(shè)，規(guī)范埋設(shè)深度，全網(wǎng)統(tǒng)一平差獲得基準(zhǔn)網(wǎng)的初始值，以便后期計算沉降速率參數(shù)。以后根據(jù)每次復(fù)測的高程，更新完善不均勻區(qū)域沉降模型，及時更新沉降參數(shù)-沉降速率。

其次，根據(jù)工作基點最新沉降速率和期間的時間間隔，求出工作基點的實時高程。在基準(zhǔn)點復(fù)測期間監(jiān)測點沉降觀測平差文件全部采用工作基點最新的實時高程值為已知值，進行閉合差檢驗及線路平差。

最后，將結(jié)構(gòu)物沉降量中的不均勻區(qū)域沉降量逐一剔除，即得到構(gòu)筑物的真實工程沉降量。

(二)實例應(yīng)用

津秦鐵路客運專線天津到唐山段,監(jiān)測點布設(shè)在橋墩上，工作基點埋深1.5米(點間距約為300 m)，深埋水準(zhǔn)點鉆孔約50 m(與橋梁樁長大致相等，點間距約為6 km)基巖點鉆孔1 088 m(點間距200 km)。每3個月以基巖點為起算數(shù)據(jù)，更新區(qū)域沉降地區(qū)工作基點和深埋水準(zhǔn)點高程，工作基點與監(jiān)測點位置關(guān)系如下圖所示：

圖1　沉降觀測水準(zhǔn)線路示意圖

根據(jù)兩次復(fù)測的結(jié)果計算出工作基點和監(jiān)測點的沉降速率:

基準(zhǔn)點A沉降速率：VA=(HA1-HA2)/T12

(5)

基準(zhǔn)點B沉降速率：VB=(HB1-HB2)/T12

(6)

監(jiān)測點J1沉降速率：VJ1=VA+(VB-VA)/SAB×SAJ1

(7)

監(jiān)測點J1每期沉降量：△H=VJ1×Tn(n-1)

(8)

其中：HA1:基準(zhǔn)點A第一次高程；HA2:基準(zhǔn)點A第二次高程；HB1:基準(zhǔn)點B第一次高程；HB2:基準(zhǔn)點B第二次高程；Tn(n-1):兩次監(jiān)測時間間隔。

根據(jù)上式計算并填寫沉降觀測匯總表，如表1，依據(jù)沉降觀測匯總表1，生成沉降量如圖2。

表1　沉降觀測匯總表

圖2　沉降量圖

四、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)沉降模型特點

建立工作基點復(fù)測工作與復(fù)測數(shù)據(jù)歸檔整理是一個繁重的任務(wù)，每期不均勻區(qū)域沉降量的計算都要對200 km基巖點線路內(nèi)的基準(zhǔn)點進行二等水準(zhǔn)復(fù)測并整體平差得到。通過不均勻區(qū)域沉降模型和定期的水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測將不均勻的區(qū)域沉降量計算出來并從總沉降量剝離出來，從而盡可能真實反映出工程的沉降量[3]3-14。

五、結(jié)　語

通過津秦鐵路客運專線的實踐表明：改進后的沉降觀測處理方法全面考慮了區(qū)域沉降因素和工程沉降因素，消除了不均勻區(qū)域沉降量對工程沉降量評估的干擾，解決了閉合差超限后多期沉降量“歸零”后的沉降量損失。根本上解釋了在不均勻區(qū)域沉降地區(qū)客運專線工后沉降趨于穩(wěn)定后會有“上升”趨勢的現(xiàn)象。

[1] 李國和，許再良，孫樹禮，等.華北平原地面沉降對高速鐵路的影響及其對策[J].鐵道工程學(xué)報,2007(8).

[2] 尚金光，張獻州，官超偉.高速鐵路沉降評估中工程沉降和區(qū)域沉降的可區(qū)分性研究[J].測繪科學(xué),2013(1).

[3] 董春來，汪云甲.區(qū)域沉降數(shù)據(jù)時空變異特性分析研究[J].測繪通報，2004(10).

Discussion on the Establishment of Settlement Observation Data Processing Model for the Passenger Dedicated Line in the Area of Uneven Subsidence

WANG Chun-cheng ， ZHAO Ming-he , YANG De-quan

(China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Based on the uneven regional subsidence characteristics, the passenger dedicates to line foundation settlement points for the engineering settlement amount and regional settlement. In the establishment of uneven regional subsidence model, regional subsidence is removed from the total settlement amount, and paper tries to accurately reflect the real engineering settlement, determination of ballastless track lying of timing.

the uneven settlement area; passenger line; settlement model

2016-03-22

王春成(1982-)，男，黑龍江明水人，工程師，主要從事公路與鐵路施工技術(shù)研究；趙明合(1968-)，遼寧新民人，工程師，主要從事鐵路施工技術(shù)研究；楊德全(1968-)，吉林農(nóng)安人，工程師，主要從事鐵路施工管理研究。

U239.8

A

1672-2388(2016)03-0080-04