高速铁路沉降监测方法的应用探讨

高速铁路沉降监测方法的应用探讨

朱瑞坤

国家测绘地理信息局重庆测绘院重庆401120

摘要：在高速铁路建设中，路基建设对沉降观测技术的应用具有极高的要求，工作量也大。本文主要对高速铁路路基中常用的几种沉降观测方法从布设原则、埋设方法以及存在的问题等方面进行了分析和探讨，希望对今后的路基沉降观测提供一些有价值的参考意见。

关键词：高速铁路；路基沉降；监测

沉降监测是建筑物变形监测中一项重要的监测内容。高速铁路在勘测设计、施工和运营阶段都会开展沉降监测工作，由于沉降监测的目的和对象不一致，所采用的沉降监测也是多种多样，下面对所用到的监测方法进行探讨。

1沉降观测意义及内容

1.1意义

由于高速铁路对桥梁等建筑物的稳定性、变形程度及轨道平顺性有更严格的要求,因此,有必要深入研究地面沉降的规模、程度,及其对高速铁路工程的影响,并预测地面沉降的发展趋势。结合沿线已布设的精测网对桥梁等建筑物变形监测,可以确定桥梁等建筑物的变形,通过监测也可以及时发现沿线沉降情况,及时采取对策,防止区域地面沉降对铁路产生影响。

1.2沉降观测内容及控制标准

(1)沉降观测的主要内容是:通过布设控制网,按相关精度要求,根据施工分级加载实况,定期定点对桥梁等建筑物的垂直位移的沉降情况进行观测,直至工程竣工验收,移交使用单位。

(2)对于高速铁路桥梁基础的沉降控制,墩台基础的沉降量应按恒载计算,其工后沉降量不应超过下列允许值。墩台均匀沉降量:对于有砟桥面桥梁≤30mm;对于无砟桥面桥梁≤20mm。静定结构相邻墩台沉降量之差:对于有砟桥面桥梁≤15mm;对于无砟桥面桥梁≤5mm。对于高速铁路,控制桥梁沉降,主要是工后沉降,由于受到各种因素的影响往往偏差很大。因此有必要进行实测验证,积累观测数据。

2路基沉降观测元件布设

一般路堤地段观测断面有两部分组成，分别是沉降观测、沉降板，前者通常设置为3个，需要在每个断面区域内进行设置，主要位于双线路基中心、左右中心线两侧，设置距离需要距这两者的3.2m；后者设置为1个，在每个断面区域内给予设置，通常位于双线路基中心。

观测断面的设置会与路基地面的土地材质情况有所联系，对于软土、松土土路等地质路基来说，其所设置的区域包括沉降观测桩、沉降板、位移观测桩三部分。第一，沉降观测桩的断面通常为3个，主要位于双线路基中心、左右中心线两侧，设置距离需要距这两者的3.2m；第二，沉降板以双线路基中心为主要设置区域；第三，位移观测桩主要是在两侧的坡脚外，距离分别为2m、10m，并且要与前两者处于统一断面。要以改良土工点、土地材质等数据为基础，并且改良土的高度如果超过5m则方可设置单点沉降计，在改良土填土区域内应用沉降观测技术，以200m的距离为断面与断面之间的间隔值。如果地基土层是膨胀土或者红粘土，要在换填地面区域内设置单点沉降计，通过这样的方式来准确判断观测地基的实际情况，确定高速铁路路基是否存在沉降、隆起等问题。

3常用监测方法

3.1沉降板观测法

在组成结构上，该种方法主要由钢板、连接管以及套护管三个部分组成。随着路基逐渐被填高，连接杆与护管二者均需不断接长。通常情况下，将每节护管、连接杆长度控制在50～100cm范围内。接管过程中须接管前、后具体高程测出，并对接管长度进行计算，记录好，为测量对比分析提供依据。土层出现位移变形时，其所存在的沉降板也随着变形，进而带动连接管发生变化，其表征即为路基沉降。通过测量连接管管口变化前、后的高程，对连接管长度进行换算，使之转变为沉降板所处位置的沉降量。

该种方法需应用到的测量技术以及相应的要求具体表现如下：应用高精度电子水准仪以及该仪器所配备的铟瓦水准尺观测沉降板具体沉降变形，相关观测均严格按照技术及设备要求进行，保证观测精度。为了能够获取精确的高速铁路路基或地基内部实际沉降信息，首先需获取沉降板初始读数，初始读数为沉降板连接管管口具体高程。在实施路基填筑施工过程中，逐渐将连接管以及护管接高。

3.2变形观测桩观测法

在结构上，该种方法主要应用到圆形钢筋（Ф2cm），将顶端磨圆，将底端做成一个T形弯钩。通常情况下，观测桩需要在基床表层或底层表面填筑施工完成之后，将观测桩埋设于其表面。一般可在同一个断面埋设3个点，深度控制在＜0.5m。挖孔浇筑的直接通常选择为15cm孔，选用的是C15混凝土浇筑固定。

通常将钢筋顶部设置为凸形或半球形，高出其表面的距离为3～5mm，通过采取涂漆等措施防止其表面生锈。静止3d之后便可进行观测。通常需观测3次将高程初始值明确。

3.3传感器监测法

（1）剖面沉降管

路基基地剖面沉降管在路基地基加固施工完成后，需要通过图层回填的方式来进行，通常填土高度为0.6n，随后进行碾压米氏工作，挖掘宽度为20cm到30cm、深度为30cm的沟，上下各铺5～10cm细砂。将剖面沉降罐铺设在所挖掘的沟槽内，用中粗砂夯实沟槽并碾平。沉降管埋设完成后在两头设置0.5m×0.5m×0.95m的C15混凝土保护墩，并砌筑观测井，加设盖板。待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。

（2）单点沉降计

单点沉降计是当前信息化技术在高速铁路路基建设应用中的重要表现形式，可以根据区域内的频率智能化的进行位移传递，由多个部分组成，分别是测杆、电测位移传感器、锚头、塑料波纹管、锚板、金属软管。通过钻孔引孔的方式埋设，孔深达到岩基为宜，孔口处于凭证密实的状态。埋设完成后3～5天待缩孔完成后测试零点。初始测量时需进行三次以上，且数值稳定后取平均值作为初始值。

（3）分层沉降监测仪

分层沉降仪主要由两大部分组成，具体为探头、测尺，所应用的传感器主要以电磁感应原理作为根据进行设计的，凭借钻孔，选择在指定的地下位置把磁感应沉降环进行预埋。传感器在磁感应环的过程中会有声光警报发出，这时将孔口标记点上所对应的相应钢尺刻度显示出来的数值进行读取，然后实施沉降管管口实际高程与其之间关系的建立，进而便可对沉降环的实际位移情况进行推导。

4沉降观测过程中存在问题分析

在观测数据处理的过程中发现有的曲线呈现不正常变化,如断高和隆起,原因主要有以下几个方面:(1)基点因破环重新修复、测点破坏重新修复和测点转移导致变化。(2)区域性地面沉降的不规则性导致的变化,特别是由于降水的增多,基点和测点沉降不同步,导致数据波动比较大。(3)测点受到外力的打击导致的变化;对于这种情况发现之后及时对基准点重新测量,并及时修改测点的工况信息,以保证数据的真实可靠。

结束语：

综上所述，高速铁路工程线下工程(桥梁墩台)沉降观测是一项全新的课题,在高速铁路的建设中起着非常重要的作用,它的一个硬性指标就是判断工程结构的整体稳定性,也是能否保证列车安全高速运行的先决条件;沉降观测工作就是要测出线下结构物在各个阶段(如架梁,底座板施工,轨道板铺设等)的沉降值和沉降趋势,为线上工程的施工提供数据,从而最大限度的为高速铁路的无碴轨道的施工提供衡量标准。

参考文献：

[1]程利平，高速铁路沉降观测技术要点分析[J]，中国水运，2013，13(9):265-266，179

[2]周建东，谯生有，等，高速铁路施工测量[M].西安.西安交通大学出版社，2011.

[3]张丽娜，靳自强等，沉降观测技术在某高铁无砟轨道路基中的应用[J]，江西建材，2013，5:192-7193