藺愛軍

中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043

我國(guó)不同區(qū)域氣候環(huán)境差異大，地形地質(zhì)條件復(fù)雜。在列車高頻動(dòng)載和多重環(huán)境作用下，如何建設(shè)高質(zhì)量鐵路工程，確保其毫米級(jí)沉降變形控制及長(zhǎng)期可靠耐久，是高速鐵路工程建設(shè)面臨的重大挑戰(zhàn)［1-3］。

沉降變形觀測(cè)與評(píng)估技術(shù)是高速鐵路工程建設(shè)技術(shù)管理和質(zhì)量控制重要組成部分，其目的是確保線下工程穩(wěn)定性滿足工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和軌道工程鋪設(shè)條件。Q/CR 9230—2016（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）在鐵建設(shè)〔2006〕158號(hào)《客運(yùn)專線鐵路無(wú)碴軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》基礎(chǔ)上，總結(jié)高速鐵路、城際鐵路、客貨共線鐵路的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研成果，并借鑒國(guó)外高速鐵路成功經(jīng)驗(yàn)編制而成?！兑?guī)程》在指導(dǎo)我國(guó)高速鐵路工程沉降變形觀測(cè)與評(píng)估工作方面發(fā)揮著重要作用，但在理解個(gè)別技術(shù)條款和條文說(shuō)明時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況合理執(zhí)行。本文針對(duì)《規(guī)程》在變形觀測(cè)標(biāo)志及其設(shè)置、沉降變形觀測(cè)方法、變形測(cè)量等級(jí)及精度要求、沉降變形觀測(cè)路線等沉降變形觀測(cè)方面，由于工程的具體情況，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際執(zhí)行個(gè)別技術(shù)條款時(shí)需注意的問(wèn)題展開分析，并提出解決方案。

1 變形觀測(cè)標(biāo)志及其設(shè)置

1.1 路基面沉降觀測(cè)樁設(shè)置

路基面沉降觀測(cè)樁設(shè)置參考圖1，存在問(wèn)題及相關(guān)建議如下。

圖1 路基面沉降觀測(cè)樁設(shè)置參考（單位：mm）

1）由圖1可知，路基面沉降觀測(cè)樁埋設(shè)于級(jí)配碎石中，并高出路基面（有砟）或封閉層（無(wú)砟），應(yīng)理解為達(dá)到驗(yàn)收移交條件的觀測(cè)標(biāo)。部分技術(shù)人員可能誤認(rèn)為觀測(cè)樁是在基床表層級(jí)配碎石填筑后才埋設(shè)。而在高速鐵路路基沉降觀測(cè)實(shí)踐中，完成路基基床底層填筑（主要恒載加載完成）時(shí)即埋設(shè)臨時(shí)觀測(cè)樁，并開始沉降觀測(cè)工作，在基床表層施工完成后再進(jìn)行轉(zhuǎn)點(diǎn)埋設(shè)，路基沉降變化是相對(duì)緩慢的，轉(zhuǎn)點(diǎn)埋設(shè)并進(jìn)行斷高處理后不會(huì)影響沉降觀測(cè)的連續(xù)性。如果級(jí)配碎石填筑完成后再埋樁觀測(cè)，受施工工期制約，沉降觀測(cè)期往往是不足的。

2）考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用因素，施工期基底頂面臨時(shí)觀測(cè)標(biāo)可采用普通鋼筋；路基封閉層施工后埋設(shè)的沉降觀測(cè)標(biāo)在運(yùn)營(yíng)期長(zhǎng)期使用，建議采用頂部為球形的預(yù)制不銹鋼棒。

3）鋼筋頭高出路基（封閉層）面10 mm，對(duì)車輛輪胎和行人可能產(chǎn)生影響，不利于觀測(cè)標(biāo)保護(hù)。建議改為高出3 mm左右，水準(zhǔn)尺能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，方便立尺即可。

1.2 沉降板規(guī)格及制作

1）給出的沉降板厚度（3～5 mm）明顯偏薄，路基填筑過(guò)程中可能被壓裂。在沉降觀測(cè)實(shí)踐中，大多采用10 mm厚鋼板。

2）在保證沉降板測(cè)桿接長(zhǎng)后，由于長(zhǎng)細(xì)比的加大，穩(wěn)定性會(huì)降低；在施工過(guò)程，沉降板周圍本應(yīng)進(jìn)行人工夯實(shí)，但偶爾會(huì)受到重車或壓路機(jī)的碾壓，造成損壞。需注意以下要點(diǎn)：

①測(cè)桿接頭絲扣長(zhǎng)度不小于5 cm，確保接管穩(wěn)固。絲扣短會(huì)引起接管不穩(wěn)，導(dǎo)致沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)失真。

②保護(hù)測(cè)桿的塑料套管壁厚度應(yīng)在5 mm以上。管壁太薄，抗壓強(qiáng)度低，周圍填料擠壓作用下，套管易被擠破而失去保護(hù)測(cè)桿作用。

1.3 橋涵和隧道變形觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

1）鋼筋頭高出周圍仰拱面10 mm，對(duì)車輛輪胎和行人可能產(chǎn)生影響，不利于觀測(cè)標(biāo)保護(hù)。

2）即使采用頂部為球形的預(yù)制不銹鋼標(biāo)志，也不宜高出周圍仰拱面10 mm。沉降觀測(cè)實(shí)踐中，在不同隧道工點(diǎn)曾發(fā)生多起重型出渣車長(zhǎng)期碾壓磨損仰拱沉降觀測(cè)標(biāo)頭的情況，導(dǎo)致觀測(cè)標(biāo)高程逐漸降低，沉降曲線不收斂，而仰拱實(shí)際上并沒(méi)有沉降。觀測(cè)標(biāo)設(shè)置方法和位置不合理，間接導(dǎo)致了沉降曲線不能真實(shí)反映仰拱穩(wěn)定性狀態(tài)。隧道沉降觀測(cè)標(biāo)設(shè)置建議選不易被車輛碾壓的位置，在仰拱面取芯埋設(shè)；取芯直徑120 mm（以便于立尺為宜），深度不小于30 cm，標(biāo)頭頂部高出錨固砂漿頂面約3 mm、低于仰拱面約3 cm；取芯口設(shè)標(biāo)志保護(hù)蓋。

3）不宜采用普通鋼筋作為橋涵永久觀測(cè)標(biāo)材質(zhì)。長(zhǎng)期日曬雨淋條件下，暴露在外的普通鋼筋觀測(cè)標(biāo)可能成為橋涵結(jié)構(gòu)鋼筋的銹蝕通道，降低混凝土保護(hù)層作用。

4）標(biāo)志外露墩身尺寸（50 mm）偏大，不利于觀測(cè)標(biāo)保護(hù)。

5）如果觀測(cè)標(biāo)因埋設(shè)不穩(wěn)固而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，倒L形標(biāo)志頭高程在橋墩穩(wěn)定的情況下可能發(fā)生變化，沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)將不能反映橋墩穩(wěn)定性狀態(tài)。建議橋墩沉降觀測(cè)標(biāo)采用圖2所示通用元器件，標(biāo)頭為?20 mm球形不銹鋼觀測(cè)標(biāo)，標(biāo)志外露墩身30 mm，在墩身拆模后打孔，用植筋膠或錨固砂漿固定埋設(shè)。

圖2 橋墩沉降觀測(cè)標(biāo)志（單位：mm）

6）關(guān)于橋涵和隧道沉降觀測(cè)標(biāo)設(shè)置，在實(shí)踐中會(huì)遇到《規(guī)程》中沒(méi)有涉及的情況，進(jìn)行如下處理：

矮墩或異形墩不便在墩身上設(shè)置沉降觀測(cè)標(biāo)時(shí)，可設(shè)置承臺(tái)觀測(cè)標(biāo)代替橋墩觀測(cè)標(biāo)。若承臺(tái)埋深較大，可在承臺(tái)頂面澆筑鋼筋混凝土立柱（采用壁厚不小于3 mm的PVC管模筑，立柱直徑不小于20 cm），立柱頂面與地面大致同高，標(biāo)志（不銹鋼材質(zhì)）設(shè)置于立柱中央，標(biāo)頭高于立柱混凝土面約5 mm。

2 沉降變形觀測(cè)方法

1）剖面沉降儀在早期建設(shè)的高速鐵路路基沉降觀測(cè)中進(jìn)行了試用，設(shè)置和測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，對(duì)觀測(cè)人員技術(shù)水平要求較高，實(shí)際應(yīng)用和觀測(cè)效果較差，測(cè)量精度低［4］。近十年新建高速鐵路設(shè)計(jì)文件中，已不再采用剖面沉降儀作為路基沉降觀測(cè)設(shè)備。

2）由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，位于江河湖泊水庫(kù)和復(fù)雜山區(qū)溝谷橋墩的沉降觀測(cè)在架梁前不方便或不能用水準(zhǔn)測(cè)量方式，實(shí)踐中一般采用中間設(shè)站光電測(cè)距三角高程測(cè)量方式。為確保觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，應(yīng)在陰天或晚上大氣比較穩(wěn)定時(shí)觀測(cè)，觀測(cè)距離一般應(yīng)小于150 m。如觀測(cè)視距超過(guò)150 m，可在江河水庫(kù)中搭建觀測(cè)平臺(tái)以縮短觀測(cè)距離或采用特殊觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理方法，確保觀測(cè)精度。

3 變形測(cè)量等級(jí)及精度要求

1）適當(dāng)提高線路水準(zhǔn)基點(diǎn)高程復(fù)測(cè)更新標(biāo)準(zhǔn)。高速鐵路高程控制測(cè)量目前按照國(guó)家二等水準(zhǔn)精度要求建立線路水準(zhǔn)基點(diǎn)網(wǎng)，相鄰線路水準(zhǔn)基點(diǎn)間既有高差和復(fù)測(cè)高差較差絕對(duì)值不大于（Ri為測(cè)段長(zhǎng)度），則認(rèn)為水準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，其高程不更新。對(duì)于變形觀測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，上述水準(zhǔn)點(diǎn)高程成果更新的限差要求相對(duì)偏低，原因分析如下。

高速鐵路沉降變形觀測(cè)相鄰變形點(diǎn)高差中誤差和變形點(diǎn)高程中誤差限差分別為0.5 mm和1 mm，精度要求高。鐵路相鄰水準(zhǔn)基點(diǎn)相距約2 km，水準(zhǔn)路線測(cè)段長(zhǎng)度一般大于2.5 km ；可能大于9 mm，即基準(zhǔn)點(diǎn)間既有高差和復(fù)測(cè)高差的較差超過(guò)9 mm才更新水準(zhǔn)點(diǎn)高程值。沉降觀測(cè)時(shí)導(dǎo)致高差中誤差和高程中誤差超限的原因往往不是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不規(guī)范，而是由于水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)成果更新的技術(shù)要求相對(duì)偏低，高程現(xiàn)勢(shì)性差，導(dǎo)致沉降觀測(cè)附合路線閉合差和相鄰變形點(diǎn)高差改正數(shù)較大，致使相鄰變形點(diǎn)高差中誤差和變形點(diǎn)高程中誤差超限。

2）《規(guī)程》條文說(shuō)明3.3.4條規(guī)定：水準(zhǔn)測(cè)量至少使用DS05級(jí)水準(zhǔn)儀，三角高程測(cè)量使用0.5″級(jí)全站儀，以保證觀測(cè)精度。

①高速鐵路線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)測(cè)量等級(jí)為二等，二等水準(zhǔn)測(cè)量的最低儀器型號(hào)為DS1級(jí)，沉降變形觀測(cè)以線路水準(zhǔn)基點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用的水準(zhǔn)儀最低精度型號(hào)不會(huì)高于線路水準(zhǔn)基點(diǎn)控制網(wǎng)的要求。采用DS1級(jí)水準(zhǔn)儀精度是滿足高速鐵路沉降觀測(cè)工作要求的。

②三角高程的精度取決于測(cè)角和測(cè)距兩個(gè)測(cè)量項(xiàng)目的綜合精度，對(duì)全站儀只描述測(cè)角精度要求是不完整的，且全站儀自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能可減小人為照準(zhǔn)誤差，提高觀測(cè)效率［5-7］。建議對(duì)全站儀的性能要求修改為“三角高程測(cè)量采用的全站儀應(yīng)具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能，儀器標(biāo)稱精度不低于0.5″、1 mm+1×10-6D（D為測(cè)量距離）”。

4 沉降變形觀測(cè)路線

4.1 路基沉降觀測(cè)路線

1）TB 10601—2009《高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范》、TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》等均規(guī)定路基沉降觀測(cè)斷面間距一般不大于50 m，即使在地質(zhì)情況良好、路堤填筑高度不大于5 m的情況下也不能大于100 m。因此，被結(jié)構(gòu)物分隔的兩路基一次觀測(cè)時(shí)觀測(cè)斷面間距大于等于100 m時(shí)，按“鐵路工程路基、涵洞沉降變形水準(zhǔn)觀測(cè)路線宜按圖3（a）”進(jìn)行。實(shí)際測(cè)量中同一路基段按規(guī)程中“觀測(cè)斷面間距小于100 m時(shí)，可按圖3（b）”進(jìn)行。

圖3 路基和涵洞沉降變形觀測(cè)水準(zhǔn)路線

2）水準(zhǔn)路線優(yōu)化。

①沉降觀測(cè)實(shí)踐中，交通涵一般在涵洞邊墻設(shè)置標(biāo)志，在路基下方進(jìn)行橋涵沉降觀測(cè)，不與路基觀測(cè)標(biāo)一起觀測(cè)。下方觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于觀測(cè)標(biāo)易保護(hù)，沉降觀測(cè)工作不受路基面交叉施工干擾，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量有保證。

②條文說(shuō)明3.3.7條規(guī)定：當(dāng)斷面間隔較近（小于100 m）時(shí)，儀器架設(shè)在兩個(gè)相鄰斷面中間，一次設(shè)站觀測(cè)各點(diǎn)視距都不超限且前后視距大致相等時(shí)，按照?qǐng)D5（b）另設(shè)一站觀測(cè)環(huán)水準(zhǔn)路線，和主水準(zhǔn)路線構(gòu)成附合結(jié)點(diǎn)網(wǎng)，或采用CPⅢ高程矩形環(huán)網(wǎng)觀測(cè)。在實(shí)際觀測(cè)中：一般每個(gè)路基沉降觀測(cè)斷面至少3個(gè)觀測(cè)標(biāo)，如果在兩個(gè)相鄰斷面中間一次設(shè)站完成環(huán)線上所有觀測(cè)標(biāo)的觀測(cè)，即使觀測(cè)視距不超限，前后視距差或視距累積差往往也會(huì)超限，不滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量要求，條文說(shuō)明推薦的方法在實(shí)際工作中不便實(shí)施；一條環(huán)水準(zhǔn)路線中所有高差測(cè)量應(yīng)不少于2次設(shè)站，只設(shè)1站觀測(cè)完環(huán)線上所有高差，高差值之間相關(guān)不獨(dú)立，這是不允許的；如觀測(cè)完主水準(zhǔn)路線，再返回來(lái)觀測(cè)環(huán)水準(zhǔn)路線，實(shí)際增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量，在沉降觀測(cè)實(shí)踐中可不采用該水準(zhǔn)路線進(jìn)行沉降觀測(cè)工作。

③堆載預(yù)壓期間路基中線附近布設(shè)沉降板，當(dāng)兩側(cè)標(biāo)志為觀測(cè)樁時(shí)，中線和兩側(cè)觀測(cè)標(biāo)高差超過(guò)2.5 m，無(wú)法將同一斷面高差如此大的觀測(cè)標(biāo)在同一測(cè)站中完成觀測(cè)，可分上下兩條水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)”

4.2 橋墩沉降觀測(cè)路線

《規(guī)程》3.3.7條第3款規(guī)定：鐵路工程橋梁沉降變形水準(zhǔn)觀測(cè)路線宜按圖4進(jìn)行。在沉降觀測(cè)實(shí)踐中，采用圖4的兩條單程附合水準(zhǔn)路線開展橋墩左右側(cè)沉降觀測(cè)一般是可行的；因現(xiàn)場(chǎng)積水或地形原因在線路一側(cè)不能架站時(shí)，在相鄰橋墩的中央空地上設(shè)站，采用Z字形水準(zhǔn)路線是現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常采用的觀測(cè)路線，且當(dāng)?shù)貏?shì)比較平緩時(shí)，一次架站相鄰橋墩4個(gè)觀測(cè)標(biāo)3段高差均可以觀測(cè)，可減少設(shè)站數(shù)，提高測(cè)量效率。

圖4 橋梁墩臺(tái)沉降觀測(cè)水準(zhǔn)路線示意

4.3 隧道仰拱沉降觀測(cè)路線

《規(guī)程》3.3.7條第4款規(guī)定：鐵路工程隧道沉降變形水準(zhǔn)觀測(cè)路線宜按圖5進(jìn)行附合水準(zhǔn)觀測(cè)。圖5路線適用于貫通后的短隧道沉降觀測(cè)；在隧道貫通前，無(wú)法在不同掘進(jìn)口之間形成附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行仰拱沉降觀測(cè)，通常是在同一掘進(jìn)洞口外不同的控制點(diǎn)之間形成附合路線。

圖5 隧道沉降觀測(cè)水準(zhǔn)路線示意

為確保工作基點(diǎn)穩(wěn)定狀態(tài)不受施工影響，不少項(xiàng)目的沉降觀測(cè)管理人員不允許在洞內(nèi)設(shè)工作基點(diǎn)，每期沉降觀測(cè)均要從洞外控制點(diǎn)引測(cè)。當(dāng)斜井坡度大且較長(zhǎng)時(shí)，不僅引測(cè)工作量大，而且變形點(diǎn)高程中誤差易超限，測(cè)量數(shù)據(jù)精度不高。

TB 10601—2009給出了解決上述矛盾的策略，其8.1.6條第2款“工作基點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的位置”，8.1.8條“基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)建立或選設(shè)在變形影響范圍以外便于長(zhǎng)期保存的穩(wěn)定位置”，并沒(méi)有要求工作基點(diǎn)一定要選在變形影響范圍外。根據(jù)上述規(guī)定，穩(wěn)定性良好的Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)圍巖區(qū)域二次襯砌邊墻或綜合洞室內(nèi)是可以埋設(shè)工作基點(diǎn)的；在穩(wěn)定的洞內(nèi)工作基點(diǎn)間構(gòu)成附合水準(zhǔn)路線，不僅能夠減輕觀測(cè)工作量，而且變形點(diǎn)相對(duì)于工作基點(diǎn)的測(cè)量精度較高。

4.4 沉降觀測(cè)路線修訂建議

1）兼顧觀測(cè)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，允許測(cè)量人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自行設(shè)計(jì)沉降觀測(cè)水準(zhǔn)路線。鐵路工程不同工點(diǎn)觀測(cè)條件差異較大，無(wú)法統(tǒng)一規(guī)定路橋隧各類工點(diǎn)的沉降觀測(cè)路線。

2）路橋、路隧過(guò)渡段附近不同構(gòu)筑物的觀測(cè)斷面納入同一沉降觀測(cè)路線中。高速鐵路無(wú)砟軌道過(guò)渡段是不均勻沉降的高發(fā)地段。如果將橋臺(tái)（或隧道口）和相鄰路基過(guò)渡段納入同一水準(zhǔn)路線觀測(cè)，既方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，又便于相鄰構(gòu)筑物穩(wěn)定性分析。相鄰期次高差觀測(cè)值較差的累計(jì)值直接反映了路基過(guò)渡段附近不同構(gòu)筑物相鄰斷面的沉降差，不含水準(zhǔn)路線閉合差改正，數(shù)據(jù)精度較高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在高速鐵路工程沉降變形觀測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了變形觀測(cè)標(biāo)志及其設(shè)置、沉降變形觀測(cè)方法、變形測(cè)量等級(jí)及精度要求、沉降變形觀測(cè)路線等沉降變形觀測(cè)技術(shù)在實(shí)踐中存在的問(wèn)題，提出了解決問(wèn)題的建議，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)期高速鐵路工程沉降變形觀測(cè)帶來(lái)幫助。