区域沉降与工程沉降对高速铁路的综合影响

摘 要：某高速铁路经过的大部分地区存在较为严重的区域沉降问题，但目前国内外还缺乏在区域沉降地区修建高速铁路的经验。通过建立叠加模型来研究区域沉降与工程沉降的对高速铁路线下工程的综合影响，为今后类似地区的高速铁路建设积累了经验。

关键词：高速铁路 区域沉降 工程沉降

中图分类号：U213.157 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-011-02

1 引言

某高速铁路经过的大部分地区存在较为严重的区域沉降问题，区域沉降会降低线路设计高程、改变线路设计坡度，甚至对列车的行车安全产生严重的影响。另外由于工程施工和自身荷载等原因，线下工程会产生工程沉降。工程沉降是一个较短的过程，而区域沉降是一个长期持续的过程，其多因为过度开采地下水产生。目前对高速铁路线下工程的沉降评估均是以其工程沉降作为评估标准，在区域沉降地区没有考虑区域沉降的影响，区域沉降加上工程沉降才是线下工程真正的沉降值。本文通过建立叠加模型来研究区域沉降与工程沉降对高速铁路的综合影响。

2 区域沉降与工程沉降叠加模型

目前在区域沉降地区的高速铁路线下工程沉降评估中没有考虑区域沉降的影响，线下工程区域沉降加上工程沉降才是其真正的沉降值，因此需将区域沉降叠加到工程沉降上进行综合的沉降评估。一般来说，可以通过工作基点联测复测后的水准点来对工作基点高程进行改正，从而进一步计算出沉降监测标的总沉降量，但由于目前工程单位缺乏该数据，导致不能计算沉降监测标的最新高程，无法进行区域沉降与工程沉降的综合评估。

在这里建立一种考虑区域沉降与工程沉降综合影响的模型，利用该模型可获得沉降观测标的沉降总量、线路坡度和坡度差的变化量等数据，为相关部门提供参考依据。

2.1 区域沉降和工程沉降叠加模型的建立

根据两期水准点复测成果，按下列公式得到工作基点的沉降值。

（1）

其中：SGJ1为工作基点GJ1内插出的沉降量，BM1和BM2为GJ1沿线路两侧最近的水准点，DKBM1和DKBM2分别为BM1和BM2的里程。

利用第一期的IN1文件计算出沉降观测标的高程，再对第二期的IN1文件中的工作基点高程进行修改，公式如下：

H第二期工作基点=H第二期工作基点+内插出的沉降值 （2）

根据修改后的工作基点高程进行起算，得到第二期沉降观测标的高程。两期成果之差即为沉降观测标的总沉降量，它是在工程沉降与区域沉降的综合影响下产生的。

2.2 实例计算

根据某工程单位共三期的沿线水准点复测成果，利用上述公式计算得出沉降观测标的总沉降量。各期之间沉降观测标的综合沉降曲线分别如图1和图2所示，图中x轴为里程，单位km，y轴为沉降量，单位mm。

2.3 数据分析

由于线下工程沉降速率与规模的不同，会使得线路坡度发生变化，产生附加坡度，其计算公式为：

（3）

式中，S为相邻沉降观测标的高差闭合差（m），L为其路线长度（m）。

另外相邻的附加坡度将引起反向坡度变化，产生坡度差，它由相邻的附加坡度之差获得，反映总沉降量对线路纵坡的影响。

根据相关公式计算出各期之间线路坡度及坡度差变化量，分别如图3和图4所示，图中x轴为里程，y轴为变化量（y001‰）。

图3 第一期与第二期线路坡度及坡度差变化量

图4 第一期与第二期线路坡度及坡度差变化量

从结果可知：该地区地面沉降较为严重，在区域沉降与工程沉降的综合影响下，线下工程的沉降量较大，远超出相关规范的最大允许值，但相邻的差异沉降较小；线下工程的工程沉降较小，区域沉降占总沉降量的主要部分；线路坡度及坡度差变化量很小，其对轨道平顺性的影响较小，采取一定的技术措施后，可满足高速铁路安全平稳行车的需要。

3 结论和建议

（1）建立工程沉降和区域沉降的叠加模型，可得到大范围内区域沉降和工程沉降对高速铁路的综合影响数据，为相关部门提供参考依据。

（2）这种模型建模简单，认为水准点与工作基点的总沉降值在线路里程上呈线性关系，虽然该模型在理论上不严密，但对于长大的高速铁路而言，水准点联测工作基点的工作量极大，该模型有其实用优势。

（3）若能收集到水准点与工作基点的空间坐标，采用空间坐标进行线性内插计算，得出结果的相似性更强。

（4）相关部门应尽可能结合区域沉降数据进行综合沉降分析，并研究相应的沉降评估措施。

参考文献：

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