中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002
摘要：随着时代的发展，我国铁路的设计标准越来越高，尤其是对高速铁路路基沉降的控制标准极为严格，本文依托对某铁路路基沉降观测技术的应用，介绍了高铁路基施工中沉降观测方法与数据分析技术，望对今后高铁路基沉降观测提供参考。
关键词：高铁路基；沉降观测；分析；技术
近年来，随着我国经济的飞速发展，高速铁路正以日新月异的速度发展，高速铁路对线下工程的工后沉降要求严、标准高，尤其是高铁的时速都达到200km/h以上，为确保高速列车的行车安全，尽量满足旅客对舒适度的要求，并减少日常维修工作，对于路基工后沉降控制标准越来越高。设计时对土质路基等均进行了沉降变形计算，采取了相应的加固处理措施。施工期间必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降变形观测数据进行系统综合分析、预测、评估，验证或调整设计措施，以保证设计预测沉降与实际沉降更为接近，分析、推算出最终沉降量、工后沉降及差异沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保高速铁路无碴轨道结构的铺设质量。本文就路基沉降观测的技术及数据分析进行概要总结。
1.沉降观测的目的
沉降观测控制的主要目的是为分析线下工程最终沉降量和工后沉降，合理确定无砟轨道铺设时间，确保铺设质量，以确保高速列车的行车安全。所谓路基的工后沉降，是指轨道工程铺设后在路基荷载和列车荷载作用下，路基发生的剩余沉降，即最终形成的总沉降量与路基竣工铺轨开始时的沉降量之差。
2.沉降观测人员及仪器设备要求
对于变形观测工作，要组织精干的人员，配备自动化程度和精度较高的电子水准仪，作业前人员经过变形观测技能专业培训，电子水准仪经过检定和校验合格，为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观测应使用同一台仪器和设备，前后视观测最好用同一水准尺，必须按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。实行“五固定”即“固定水准基点、工作基点、固定人、固定测量仪器、固定监测环境条件、固定测量路线和方法”，以提高观测数据的准确性。对于测量中出现的问题要能够分析其原因，并正确的运用误差理论进行平差计算，做到按时、快速、精确地完成每次的测量任务。
3.路基沉降观测技术和要求
3.1观测断面设置的原则
路基沉降观测主要以路基面沉降观测以及基底沉降观测为主。
3.1.1 路基沉降观测断面的设置及观测断面的观测内容应根据沉降控制要求、地形地质条件、地基处理方法、路堤高度、堆载预压等具体情况并结合施工工期确定，同时还应根据施工核对的地质、地形等情况调整或增设。
3.1.2 各部位观测点应设在同一横断面上，这样有利于测点看护，便于集中观测，统一观测频率，更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。
3.1.3路基沉降监测分为：完整的沉降监测断面和一般的沉降监测断面。完整的沉降监测断面包括：在路基底部预埋一个单点数码沉降计及路基面沉降监测桩，或一个剖面沉降检测管；一般的沉降监测断面只有路基面设置沉降监测桩。
3.1.3.1正线路堤地段，一般每100m设一个完整的沉降监测断面，中间50m一个一般的沉降监测断面。过渡地段监测断面且应加密。一般桥路过渡段，在距台尾5m处各设一个完整的沉降观测断面，1m、20m、30m等处各设一个一般的沉降观测断面。
3.1.3.2正线路堑地段，及地质条件简单且路堤不高时，每50m设置一个一般的沉降监测断面。工点较短时，按填、挖分别设置。
3.1.4为了能够反映出沉降情况，沉降观测点要埋在最能反映沉降特征且便于观测的位置，特别要考虑施工因素的影响使得观测点被破坏，如果不能连续观测将使得沉降观测失去意义。
3.2 观测元器件与埋设技术要求
3.2.1沉降观测桩：桩体选择Φ20mm不锈钢棒，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待基床表层施工完成后（有堆载预压地段在基床底层施工完成后）通过测量埋置在监测断面设计位置，埋置深度0.3m，桩周0.15m用M30水泥砂浆锚固，高出埋设表面5mm，表面做好防锈处理完成埋设后按国家二等精密水准测量标准测量桩顶标高作为初始读数。
3.2.2沉降板：沉降板在地基处理完成后埋设。沉降板由底板、金属测杆（φ40mm壁厚镀锌铁管）及保护套管（直径不小于φ75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成。底板尺寸为50cm×50cm，厚度不小于1cm。按国家一等精密水准测量标准测量沉降板标高变化。
3.2.3沉降板埋设位置应按设计测量确定，埋设位置处可垫10cm砂垫层找平，埋设时确保测杆与地面垂直。
3.2.4放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，再套上保护套管，保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖封住管口，并在其周围填筑相应填料稳定套管，测杆顶面应略高于套管上口，测杆顶用顶帽封住管口，避免填料落入管内而影响测杆下沉自由度，顶帽高出碾压面高度不大于50cm，完成沉降板的埋设工作。
3.2.5按国家二等精密水准测量标准测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，随着路基填筑土的逐渐增高，测杆和套管亦相应加高，沉降板测杆和保护套管每次接长高度以1.0m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。金属测杆用螺丝套扣连接，保护套管用PVC管外接头连接。采用水平仪按国家一等精密水准测量方法测量。路堤填筑和运架梁期间应注意保护沉降板。
3.3 路基沉降观测的频度及沉降观测要求
3.3.1用于观测位移及沉降的基桩，必须置于不受填土荷重影响的稳定地基内，基桩及位移观测桩在观测期间必须采取有效措施加以保护。
3.3.2填筑观测控制标准：路堤中心线地面沉降速率每昼夜不大于1.0cm，坡脚水平位移速率每昼夜不大于0.5cm。如果超出此限应立即停止填筑，待观测值恢复到限界值以下再进行填筑，填筑速率应以水平位移控制为主。
3.3.3路基沉降观测的频度不低于下表的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。观测频率见下表，观测后及时整理绘制"填土高～时间～沉降量"关系曲线图。
3.3.4沉降水准的测量精度为1mm，读取位至0.1mm；剖面沉降的测量精度为±4mm/30m。观测结果应纳入竣工文件。
3.3.5观测期内，路基沉降实测值超过设计值20％及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。
4.沉降观测在某铁路中的应用及数据分析
4.1工程概况
本段路基为路基-35，里程为DK609+325.0～DK609+346.93，全长21.93m。
路基沉降变形监测断面如下表：
本段路基共4个观测断面12个沉降观测标。
4.2观测桩沉降分析结果汇总统计表
路基沉降变形监测断面
路基35（DK609+325.00～DK609+346.93）段观测桩沉降分析结果汇总统计表
路基35（DK609+325.00～DK609+346.93）段观测桩左右沉降对比分析汇总表
4.3沉降变形观测数据分析
4.3.1 DK609+325.00～DK609+346.93段开始观测时间为2013年2月1日，观测截止日期为2013年10月18日，观测开始至目前共观测259天，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》对观测时间的要求。
4.3.2 路基沉降观测桩当前观测沉降量为3.31mm～4.09mm。
4.3.3 曲线回归相关系数在0.94～0.96之间，均大于0.92，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》要求。
4.3.4 沉降观测断面的计算工后沉降量均为1.74mm～1.88mm，小于15mm，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》对工后沉降量的要求。
4.3.5 预测时的沉降观测值与预测时的最终沉降量之比S（t）/S（∞）均为91.49％～93.94％，大于75％，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》的要求。
4.3.6时间间隔二个月的两次预测最终沉降量的差值为0.02～0.33mm，小于8mm，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》的要求。
分析表明：所评区段沉降板沉降变形分析数据满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》的各项要求。
4.4路基段区段沉降分析
通过分析可知路基工后沉降量为1.74mm～1.88mm，均不大于15mm，相邻左右观测桩差异沉降正常且均不大于5mm，满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》的要求。
4.5 综合自评结论
本评估区段DK609+325.00～DK609+346.93观测期为259～798天。
当前观测沉降量为3.31～4.09mm；曲线回归相关系数在0.94～0.96之间，均大于0.92；工后沉降量在1.74～1.88mm之间，均小于15mm；预测时的沉降观测值与预测时的最终沉降量之比S（t）/S（∞）在91.49％～93.94％之间，大于75%；路基左右侧观测标最终沉降量差值为0.04～0.08mm，左右观测标实测当前沉降差值0.05～0.48mm，左右观测标工后沉降差值0.04～0.09mm，左右观测标预铺轨时沉降差值0～0.12mm；满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》评估条件。
综上所述，根据沉降变形观测数据分析，DK609+325.00～DK609+346.93段内沉降变形满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》及《客运专线铁路变形观测评估技术手册》。
5.沉降评估方法及判定标准
常用评估方法有规范双曲线、修正双曲线、固结度对数配合法（三点法）、指数曲线法、遗传算法双曲线法、Verhulst法、Asaoka法、灰色系统GM（1，1）算法等8种方法。评估判定的标准：
5.1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，确定沉降变形的趋势。
5.2有砟轨道路基工后沉降量不应大于50mm，年沉降速率应小于20mm/年。桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于30mm；无砟轨道路基工后沉降值不应大于15mm。
5.3沉降预测的可靠性应经过验证，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。
5.4路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：
S（t）/S（t=∞）≥75%式中：
S（t）：预测时的沉降观测值；S（t=∞）：预测的最终沉降值。
注：沉降和时间以路基填筑完成或堆载预压后为起始点。
5.5设计预测总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差值不宜大于10mm。
6.结语
通过在某铁路中的实际应用，发现沉降观测可以实时掌握沉降的位移速率，动态控制填筑速率以及进行信息化指导施工，及时指导、调整施工工艺和施工方法以及施工进度，确保了路基填筑施工速率正常、有序、可控，为后期的无砟轨道施工提供了保障。
我国高速铁路正处于蓬勃发展的时期，为保证高速铁路的质量，必须保证沉降观测符合设计规范要求，才能保证所有外业资料的真实性及可追溯性，才能为高速铁路的顺利开通提供技术保障。
参考文献：
[1]《高速铁路设计规范（试行）》
[2]《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》
[3]《客运专线铁路变形观测评估技术手册》
论文作者:薄健
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/28
标签：路基论文; 断面论文; 客运论文; 铁路论文; 专线论文; 技术论文; 轨道论文; 《基层建设》2017年第34期论文;