高速铁路路基沉降观测与预测评估技术简介

郭子良（沈阳铁路建设监理有限公司，辽宁　沈阳　110002）



高速铁路路基沉降观测与预测评估技术简介

郭子良
（沈阳铁路建设监理有限公司，辽宁沈阳110002）

摘要：高速铁路路基由土、级配碎石等散粒填料填筑，更易发生沉降，是高速铁路沉降控制与观测的重点。因此，本文选择对高速铁路路基沉降观测与预测评估技术进行介绍。

关键词：路基沉降；高速铁路；沉降观测；沉降预测

近年来，我国高速铁路建设呈大发展之势。高速铁路的高平顺性是高速列车安全、平稳、舒适运行的前提和保障。由于，高速铁路多采用无砟轨道结构，轨道变形主要依赖扣件调整，而扣件的调整量又十分有限。因此，要保证轨道的高平顺性，必须对线下工程的沉降严格控制，使工后沉降在规定的限值内，可以通过轨道系统调整、克服，减少维护工作量，保证行车安全。

一、路基沉降控制技术标准

1.无砟轨道铺设完成后，工后沉降应满足扣件调整和竖曲线圆顺要求，工后沉降一般不超过15mm；沉降比较均匀且调整轨面高程后的竖曲线半径满足式Rsh≥0.4v2js时，允许最大工后沉降为30mm；式中：Rsh—轨面圆顺的竖曲线半径，0.4vjs—设计最高速度（km/h）。

表1有砟轨道工后沉降控制标准

路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成路基与桥梁或隧道的折角不应大于1‰。

2.有砟轨道路基工后沉降应符合表1。

3.水平变形控制标准

为保证施工过程中路基的安全，软土地基地段必须控制填土速率并加强监测。其控制标准为路堤中心地面沉降速率不大于1.0cm/d，坡脚水平位移速率不大于0.5cm/d，地基条件较差时，应适当调高变形控制要求。

二、路基沉降观测技术

1.路基沉降观测内容

路堤及浅挖路基的路基面沉降观测、基底沉降观测、路基本体沉降观测、过渡段不均匀沉降观测、软土及松软土地基路堤地段水平位移观测等。

2.变形观测基准网

（1）垂直位移观测网可根据需要独立建网，精度控制须充分考虑高速铁路工程的特点，制定适宜的精度标准。垂直变基准测网应布设成闭合环状、结点及附和水准线路等形式。

（2）每个独立观测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点，长度4km左右。基准点应设在变形影响范围以外，便于长期保存的稳定装置，可选用现有的控制桩。

（3）基准网应定期进行复测。

（4）基准点应直接采用施工控制测量中的首级高层网，增设基准点时应按国家二等水准测量的相关要求进行。基准点应埋设在变形区以外的基岩或原状土层中，保证其在较长时间内稳定。

（5）为了观测方便保证测量精度，应布设工作基点。工作基点应选在比较稳定的位置，一般200m设一个。工作基点埋深应在当地冻土层以下。其距离应满足距离的平方根小于构造物允许变形值比10。

（6）水平位移观测网可采用独立坐标系统一次布设。根据变形测量等级及精度要求进行观测，并与施工平面控制网进行联测，进行水平位移观测网坐标与施工平面控制网坐标的相互转换。

结合通州的区域发展规划及目前的智慧交通管理发展趋势，通州智慧交通管理系统未来的发展展望可以概括为以下3个方面：

（7）控制点宜采用有强制归心装置的观测墩，照准标志采用强制对中装置的觇牌或红外测距反射片。在设置水平位移观测网时，应进行精度预估，选用最优方案。

3.变形观测点的布设与观测

每个观测段落至少设2个工作基点，形成附和或闭合观水准线路。沉降观测采用水准测量方法，测量精度为+1mm，读数取位0.1mm。路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。可在线路2侧设地基及路肩观测桩及在地基和基床表层底面设置剖面沉降观测装置，或在线路中心设沉降板；过渡段易布置剖面管，并在管口设置沉降观测桩。路基观测附和水准路线一般200m，高路堤可延长至600m～800m。观测路基沉降过程中，观测断面间距应当小于50m，而在地势相对平坦且地基条件良好区域对路堤、路堑观测时可以将观测断面间距适当增加，但不应当超过100m；而在地基条件较差、地质变化相对较大或过度地段则应当根据实际情况减小观测断面间距。在结构物起点位置应当设置观测断面，设置位置应当距离起点5m～10m以及20m～30m处，通过设置两个观测断面确保地基沉降观测的准确性。另外横向结构物的两侧以及沿涵洞轴线位置也应当设置观测断面。在路堤以及路堑分界位置也必须设置观测断面。除此之外在埋设观测装置时必须严格依照设计确定埋设位置，并对观测设备进行适当保护。路基面观测设备由于受到施工干扰，其设置位置及方式有时需要根据施工进程进行调整。

（1）沉降板观测法

沉降板分普通沉降板和组合沉降板两种形式，其原理是在沉降观测点埋设沉降板，沉降板与连接杆连接，连接杆外设护套管防止路基填筑时对连接杆的破坏和挤压。随着路基的填筑连接杆接长，通过测量连接杆顶面高程和连接杆长度，计算确定沉降板沉降值。

（2）沉降水杯观测法

沉降水杯法，是在沉降观测点处埋入沉降水杯观测仪。沉降水杯观测仪由储水室、排水室、进水管、排水管、排气管、观测水杯组成，进水管、排水管、排气管引出路基本体以外。测量时，将沉降水杯与进水管连接，通过沉降水杯向储水室注水，储水室水满后溢出到排水室通过与排水室相连接的排水管流出，停止加水，待水不再流出，根据连通器原理，此时沉降水杯的液面与储水室的液面等高，通过测量沉降水杯的液面高程得到储水室液面高程，进而确定沉降量。

（3）剖面管观测法

剖面关观测法，是在测路基断面观测点高程处埋设剖面管，管的两端伸出路基本体以外。观测时，将观测仪探头深入管中，测得相应位置对管口的沉降量。根据管口高程，计算出观测点的沉降量。剖面管法使用的观测仪有两种：一种探头为水压式，探头与水管连接，探头通过测量与观测点与储水容器之间的水压计算出观测点与容器液面之间的高差，通过测量容器液面高程，计算观测点沉降量；另一种为斜测仪，其探头原理是根据铅锤受重力作用原理，测量探头的倾角，将探头深入剖面管中，依次测量一定长度管段的倾角计算各管段起终点的高差，求出观测点与管口的高差，再测量管口高程，确定观测点的沉降量。

（4）高精度智能型沉降仪观测法

高精度智能型沉降仪，由锚头、连接杆、位移计、沉降板组成。其原理是，将锚头固定于岩层或沉降影响层以下，锚头、连接杆、位移计、沉降板依次连接，沉降板下沉时，由位移计测得沉降值通过导线传递给路基体外部设备，直接获得沉降量。

三、沉降预测方法

地基在荷载作用下，沉降将会随时间发展，其发展规律可以通过土体固结原理进行数值分析来估算。在实践过程中，通过对大量沉降观测数据的积累，可以找出与实际地基沉降过程规律比较匹配的有实用价值的变形规律，利用这些变形规律对沉降观测数据进行曲线回归分析，对地基沉降进行预测。曲线回归法是路基沉降预测的最常用方法，其常用的预测方法有：双曲线法、三点法、指数曲线法、抛物线法、Asaoka法、泊松曲线法、星野法和修正双曲线法等，其基本思想都是通过回归曲线的方法，对未来及最终的沉降值进行预测和评估。

四、路基沉降评估判定标准

高速铁路路基沉降预测应满足以下要求：

1.根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92。

2.沉降预测的可靠性一经验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8mm。

3.路基填筑完成或堆载预压后，最终沉降预测时间应满足下列条件：S（t）/S（t→∞）≥75%。

4.路基沉降的评估应结合路基各观测断面以及相邻桥涵的沉降情况进行，预测的路基工后沉降值不应大于15mm。

结语

高速铁路建设中，路基施工质量直接影响高速铁路建设质量，是保证高速铁路工程质量的基础要件，也是确保高速铁路行车安全的基础要件。轨道的平顺性是确保列车运行安全舒适的前提，而路基的稳定、平顺则是确保高速铁路轨道平顺的前提。目前我国高速铁路多采用无砟轨道结构，通过调整扣件对轨道进行调整，但是这种调整限度较小。因此，对路基沉降进行观测、预测、评估，进而选择合适的铺轨时机，确保轨道基础沉降范围在规定限度内，减少后期的调整、维护，保证轨道的高平顺性，使列车安全、平稳、高速运行，具有重要的意义。

参考文献

［1］尚金光，张献州.高速铁路路基沉降观测分析与评估方法研究［J］.路基工程，2011（3）：26-28，32.

［2］廖世芳，叶满珠.兰新高速铁路路基沉降自动化监测系统整体设计方案［J］.高速铁路技术.2013，4（5）：26-30.

中图分类号：U238

文献标识码：A