王龍

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

高速鐵路橋梁工程的建設(shè)對于我國社會經(jīng)濟的發(fā)展起著極為重要的促進作用，但是由于我國幅員遼闊擁，自然環(huán)境復(fù)雜多樣，形成了各具特色的地理區(qū)域，因此在進行高速鐵路橋梁工程建設(shè)時會受到很多環(huán)境因素的影響，特別是在平原地區(qū)，由于地面區(qū)域沉降問題越來越嚴重，進而為高速鐵路橋梁工程的建設(shè)帶來了極大的影響。所以，進一步研究地面區(qū)域沉降問題的形成原因、影響范圍以及解決對策，對有效促進我國高速鐵路橋梁工程行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

1 地面區(qū)域沉降問題的特點以及對高速鐵路橋梁工程的影響

地面區(qū)域沉降問題是一個緩慢發(fā)生的問題，其具有發(fā)生成長慢、影響時間持續(xù)性長、影響波及范圍廣、形成原因復(fù)雜以及治理難度大的特點，是一種極為嚴重的地質(zhì)災(zāi)害。如果在高速鐵路橋梁工程的建設(shè)過程中出現(xiàn)地面區(qū)域沉降問題，會對高速鐵路橋梁工程帶來嚴重的安全隱患，同時一旦對地面區(qū)域沉降問題處理不當(dāng)，會給整個高速鐵路工程造成不可估量的損失。

1.1 地面區(qū)域沉降問題的特點

1.1.1 地面區(qū)域沉降問題分布范圍廣。按照地面區(qū)域沉降問題調(diào)查機構(gòu)的調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，華北平原地區(qū)一大半?yún)^(qū)域存在地面區(qū)域沉降，并且在華北平原上不同的地區(qū)，沉降問題的影響依然在擴大，這對于高速鐵路橋梁工程將會造成嚴重的影響。除此之外，很多地面區(qū)域沉降問題不但影響波及范圍廣，而且多發(fā)生在農(nóng)村地區(qū)或者地理位置偏僻地區(qū)，由于交通不便，使得建設(shè)區(qū)域的地面區(qū)域沉降問題很難得到有效的控制和治理，這會直接導(dǎo)致橋梁工程建設(shè)區(qū)域的地面區(qū)域沉降問題影響范圍越來越大。

1.1.2 地面區(qū)域沉降影響的深度大。經(jīng)過對地面區(qū)域沉降問題的進一步研究，造成地面區(qū)域沉降問題的主要原因是地下水的過度開采。如在華北平原地區(qū)范圍內(nèi)，由于地下水過度開采，使得地面區(qū)域沉降問題越來越嚴重。在現(xiàn)實情況中，除我國北京地區(qū)地下水開采引起的地面區(qū)域沉降影響深度比較淺以外，在我國河北滄州地區(qū)、天津地區(qū)、山東德州地區(qū)由于地下水開采而造成的地面區(qū)域沉降影響深度非常深，平均在200～400m。在有些地區(qū)地面區(qū)域沉降的影響深度已經(jīng)達到了500m 以上，甚至在很多沿海地區(qū)在地下水的過度開采和地面區(qū)域沉降的雙重影響下還出現(xiàn)了海水倒灌的現(xiàn)象。而我國高速鐵路橋梁工程的地基通常情況下能夠達到40～60m，所以地面區(qū)域沉降導(dǎo)致地基變形，會嚴重影響我國高速鐵路橋梁工程的安全與穩(wěn)定[1]。

1.1.3 地面區(qū)域沉降問題發(fā)展的階段性和不均勻性。通常情況下，地面區(qū)域沉降問題的發(fā)展過程是極為緩慢的，其大致的發(fā)展過程可以分為三個階段。首先，地面區(qū)域沉降問題的形成階段。在這個階段，地面已經(jīng)開始出現(xiàn)不同程度的沉降，但是其沉降發(fā)展較為緩慢，地面區(qū)域沉降量也很小，影響波及范圍也非常有限，屬于地面區(qū)域沉降問題的初級階段。其次，地面區(qū)域沉降問題的發(fā)展階段。在這個階段中，地面區(qū)域沉降開始出現(xiàn)快速的發(fā)展，地面區(qū)域沉降發(fā)展最為迅速的區(qū)域逐漸形成了以漏斗狀為中心的沉降區(qū)域，并且這個階段的地面區(qū)域沉降不均勻性表現(xiàn)最為突出，同時地面區(qū)域沉降所影響波及的范圍也變得越來越大。最后，地面區(qū)域沉降的快速擴展階段。在這個階段，地面區(qū)域沉降的速度逐漸變緩，但是其沉降影響波及的區(qū)域卻越來越大，并且在影響波及范圍的不斷擴大中，還出現(xiàn)了新的地面區(qū)域沉降中心。這個階段的地面區(qū)域沉降問題最為復(fù)雜，同時也最難治理。除此之外，需要重點關(guān)注的問題是，地面出現(xiàn)最大不均勻性沉降的階段屬于地面區(qū)域沉降問題發(fā)展的中期階段，隨著地面區(qū)域沉降的發(fā)展其發(fā)展速度逐漸變慢并且其發(fā)展慢慢變得穩(wěn)定。因此，在現(xiàn)實情況中一旦發(fā)現(xiàn)地面區(qū)域沉降問題的發(fā)展正處于中期發(fā)展階段或者早期發(fā)展階段，應(yīng)立即采取有效手段對地面區(qū)域沉降進行治理，盡可能穩(wěn)定其進一步的發(fā)展并減小其影響波及的范圍。

1.2 地面區(qū)域沉降問題對高速鐵路橋梁工程的影響

1.2.1 地面區(qū)域沉降對橋梁工程建設(shè)測量方面的影響。在高速公路橋梁工程進行建設(shè)之前，會對建設(shè)區(qū)域進行科學(xué)嚴謹?shù)沫h(huán)境測量，只有得到精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，才能進一步保證整體高速鐵路橋梁工程的后期施工建設(shè)。但是，一旦建設(shè)區(qū)域出現(xiàn)地面區(qū)域沉降問題，會直接影響該區(qū)域的建設(shè)環(huán)境，并會導(dǎo)致在前期測量工作中出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)失真的問題。尤其是對地面水平角度以及坡度測量時，地面區(qū)域沉降問題會嚴重影響測量的數(shù)據(jù)，進而影響整體施工方案的制定，這會給后期的工程建設(shè)帶來極大的施工安全隱患[2]。

1.2.2 地面區(qū)域沉降對橋梁工程地基建設(shè)的影響。在高速鐵路橋梁工程的建設(shè)過程中，橋墩地基的建設(shè)是非常重要的，其保證了橋梁工程的整體穩(wěn)定性與安全性。一旦高速鐵路橋梁工程建設(shè)區(qū)域出現(xiàn)地面區(qū)域沉降問題，會直接造成工程建設(shè)地基出現(xiàn)變形形成坡度差，甚至當(dāng)?shù)孛鎱^(qū)域沉降問題嚴重時會導(dǎo)致橋梁工程地基出現(xiàn)塌陷和斷裂，這嚴重影響了橋梁工程建設(shè)的安全穩(wěn)定施工。除此之外，地面區(qū)域沉降問題會嚴重影響建設(shè)環(huán)境的地質(zhì)穩(wěn)定性，導(dǎo)致地表水位發(fā)生變化，這會給后期高速鐵路橋梁工程的通航能力造成嚴重的影響。

1.2.3 地面區(qū)域沉降問題對高速鐵路舒適度的影響。高速鐵路建設(shè)是為了大眾更安全更舒適的出行，在國家不斷提升高速鐵路舒適度的要求下，地面出現(xiàn)不均勻的沉降會導(dǎo)致地面出現(xiàn)不同程度的起伏，這嚴重影響了高速鐵路的舒適度。除此之外，當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)不同程度的沉降后，勢必會影響整體高速列車的通行速度，這在很大程度上嚴重影響了大眾的快速安全通行[3]。

2 地面區(qū)域沉降問題對于高速鐵路不同類型橋梁的影響

現(xiàn)階段，我國高速鐵路橋梁的建設(shè)，分為三種不同類型的橋梁：剛性橋梁、簡支連續(xù)橋梁以及簡支桁架橋梁（見圖1）。地面區(qū)域沉降問題對于三種不同類型的高速鐵路橋梁有著不同的影響。首先，對于剛性橋梁，由于地面區(qū)域沉降問題的出現(xiàn)，會使得地面承受應(yīng)力發(fā)生嚴重變化，尤其是對剛性橋梁中兩側(cè)的橋墩處產(chǎn)生嚴重的作用力影響，同時地面區(qū)域沉降問題還會導(dǎo)致剛性橋梁的橋面發(fā)生變形，這嚴重影響了剛性橋梁的安全與穩(wěn)定。其次，對簡支連續(xù)橋梁的影響。地面區(qū)域沉降問題會影響整體簡支持連續(xù)橋梁橋墩的整體受力面發(fā)生改變，最突出的表現(xiàn)是會影響簡支連續(xù)橋梁橋端因為地面區(qū)域沉降作用力的影響，會向中間部位進行擠壓進而導(dǎo)致橋梁中間部位突起變形，嚴重影響橋梁的安全與穩(wěn)定。最后，對簡支桁架橋梁的影響。簡支桁架橋梁與剛性橋梁和簡支連續(xù)橋梁不同，其軸向應(yīng)力分布較為均勻，與前兩種橋相比應(yīng)對應(yīng)力變化造成的影響最好，但是地面區(qū)域沉降問題會嚴重影響簡支桁架橋梁的應(yīng)力分布的均勻性，使得橋梁各個受力點發(fā)生變化，進而導(dǎo)致橋梁因為受力點不均勻而發(fā)生橋面嚴重變形。

圖1 三種不同類型高速鐵路橋梁

3 地面區(qū)域沉降對高速鐵路橋梁工程的影響的對策及措施

3.1 嚴格控制地下水的開采

眾所周知，我國是一個用水大國，在我國很多地區(qū)都會進行地下水開采來滿足大眾的日常生活及生產(chǎn)需要，但是如果對地下水過度開采不進行有效的治理和嚴格的控制，會直接造成地面出現(xiàn)嚴重的沉降問題。這不僅不利于我國大眾生活水平的提高，同時也會嚴重影響我國高速鐵路橋梁工程的建設(shè)。因此，相關(guān)政府部門應(yīng)高度重視地下水過度開采問題，并制定相應(yīng)的管理制度，嚴格控制地下水的開采。除此之外，在我國很多地區(qū)由于地下水資源的嚴重匱乏，在進行地下水開采時往往集中在某一個特定的區(qū)域，這使得該區(qū)域的地下水迅速下降，如果在地下水開采區(qū)域上建設(shè)有高速鐵路橋梁工程，會直接造成高速鐵路橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的嚴重變形，甚至出現(xiàn)地面塌陷橋梁斷裂的情況出現(xiàn)，這會給整體高速鐵路橋梁工程造成嚴重的安全隱患。因此，相關(guān)政府部門不僅要嚴格控制地下水開采量，同時也要合理規(guī)劃地下水的開采區(qū)域，杜絕在同一個地點進行地下水的大量開采。與此同時，針對地下水的開采，相關(guān)部門要根據(jù)不同地區(qū)的特點制定不同的地下水開采方案，對于水資源相對匱乏的地區(qū)，應(yīng)提高地下水的開采深度，并采取多點開采的方式保證地面不出現(xiàn)沉降問題。而對于水資源相對充足的地區(qū)，相關(guān)政府部門應(yīng)尋找更多的水資源進行補充，盡可能減少對地下水資源的開采。比如在南方地區(qū)，應(yīng)注重江河水資源的引入與利用，有效減少地下水資源的使用量[4]。

3.2 加強高速鐵路橋梁工程選址的科學(xué)合理性

如果要避免地面區(qū)域沉降問題對高速鐵路橋梁工程的影響，不僅要嚴格控制地面區(qū)域沉降的形成，同時也要進行高速鐵路橋梁工程的科學(xué)選址。對于高速鐵路橋梁工程的選址，主要從兩個方面考慮。首先，要選擇地面沒有沉降問題的區(qū)域進行高速鐵路橋梁的建設(shè)，同時在選擇橋梁建設(shè)場地時要選擇地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、建設(shè)風(fēng)險小的區(qū)域，以保證橋梁工程的安全穩(wěn)定施工。其次，如果高速鐵路橋梁工程的建設(shè)必須要建立在地面區(qū)域沉降區(qū)域，就需要對該區(qū)域的地面區(qū)域沉降問題進行科學(xué)的檢測和細致的觀察，同時還要考慮高速鐵路橋梁橋墩的沉降差值是否能夠達到工程結(jié)構(gòu)受力的要求。尤其是對一些連續(xù)性橋梁或者特殊結(jié)構(gòu)的橋梁，必須對地面區(qū)域沉降率進行嚴格的測算，進而得到相應(yīng)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以制定地面加固方案，保證橋梁工程能夠安全、穩(wěn)定地進行施工。

3.3 橋梁工程適應(yīng)性措施

為了有效增加橋梁結(jié)構(gòu)對地面區(qū)域沉降的適應(yīng)能力，橋梁地基支座應(yīng)采用可調(diào)節(jié)性支座。目前，市場中的橋梁地基可調(diào)節(jié)支座所設(shè)計的坡度最大可以達到25%左右，通過科學(xué)采用可調(diào)節(jié)支座，可以有效應(yīng)對地面區(qū)域沉降對橋梁工程所造成的影響。除此之外，為了有效加固橋梁工程建設(shè)區(qū)域地面的穩(wěn)固性，可以對建設(shè)區(qū)域沉降地面進行建筑材料的填充。在進行沉降地面建筑材料填充時，首先要對地面區(qū)域沉降區(qū)域進行科學(xué)的測量與觀察，找到形成區(qū)域地面區(qū)域沉降的真正原因，判斷地面區(qū)域沉降問題處于何種發(fā)展階段。如果地面區(qū)域沉降問題已經(jīng)發(fā)展到中后期，地面區(qū)域沉降趨于穩(wěn)定并不再出現(xiàn)連續(xù)沉降，則可以進行建筑材料的填充。其次，在進行建筑材料填充加固地面穩(wěn)定性時，要分析地面區(qū)域沉降所產(chǎn)生縫隙的大小，進而選擇適合的建筑材料進行填充。比如，地面區(qū)域沉降造成的地質(zhì)縫隙較小時，可以采用細顆粒建筑材料制作成澆筑液體進行填充，也可以采用化學(xué)澆筑液進行填充。而對于地質(zhì)縫隙較大的地面區(qū)域沉降問題可以選用顆粒較為粗大的建筑材料進行填充。

3.4 加強地面區(qū)域沉降問題的監(jiān)測以及災(zāi)害預(yù)警

在高速鐵路橋梁工程實際建設(shè)的過程中，相關(guān)部門要不斷加強地面區(qū)域沉降問題的監(jiān)測和預(yù)警工作。尤其是對連續(xù)性橋梁等重點區(qū)域要建立長期穩(wěn)定的地面區(qū)域沉降監(jiān)測點，對地面區(qū)域沉降問題進行全天候?qū)崟r的監(jiān)測。而對于特殊地段要采用常規(guī)監(jiān)測方法與自動化監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的方式對地面區(qū)域沉降問題進行監(jiān)測。其中，常規(guī)監(jiān)測方法是在特殊地段進行定點定時的人工監(jiān)測，以保證能夠?qū)Φ孛鎱^(qū)域沉降數(shù)據(jù)能夠進行實時的更新與記錄。而自動化監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測方法，可以通過在特殊地段設(shè)計安裝高科技監(jiān)測設(shè)備，以實現(xiàn)對地面區(qū)域沉降問題進行全天候?qū)崟r監(jiān)測。值得注意的是，不管是常規(guī)監(jiān)測方法還是自動化技術(shù)監(jiān)測方法，都要建立在不影響橋梁正常使用的前提下進行。除此之外，相關(guān)部門還要建立相應(yīng)的預(yù)警機制，對于地面區(qū)域沉降問題的實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)安全隱患，要立即停止橋梁的使用，積極采取科學(xué)手段進行地面區(qū)域沉降問題的治理，盡可能保證高速鐵路橋梁的使用安全。

4 結(jié)語

高速鐵路橋梁工程的施工安全決定著整個高速鐵路工程的質(zhì)量，因此，深入研究地面區(qū)域沉降問題對于高速鐵路橋梁的影響以及提升整體高速鐵路工程質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。而為了能有效提高高速鐵路橋梁工程的建設(shè)水平，相關(guān)部門不僅要深入研究分析地面區(qū)域沉降問題的形成原因，還要積極制定相應(yīng)的治理方案，進一步保證橋梁工程能夠在安全穩(wěn)定的環(huán)境下進行施工。相信通過廣大高速鐵路橋梁工程建設(shè)工作者的不斷努力，我國的高速鐵路工程建設(shè)行業(yè)一定能夠取得更加輝煌的成就。