轨道线下工程沉降观测技术应用分析

摘要：本文主要对轨道桥隧涵洞等线下工程的沉降观测的变形监测网建立及变形观测点的设置等技术应用做了分析，同时结合一些变形观测的典型问题做了简易分析。

关键词：铁路；线下工程；沉降观测；监测网；测量点Abstract: This paper focuses on the rail bridge culvert line of engineering settlement deformation monitoring network observation and deformation application settings such as technical observation points are analyzed. It combined with some typical problems of deformation observation made simple analysis.

Keywords: railway; line project; settlement observation; monitoring network; the measuring point

中图分类号: U238

轨道变形观测与分析评估涉及到设计措施与计算、施工过程中的实施监测、无砟轨道铺设条件的评估以及运营期间的观测验证与安全，是一项复杂的系统工程。高速铁路必须进行沉降变形观测及评估，以保证轨道工程建设的工期以及工程质量。一、轨道基础沉降评估方法与流程

沉降预测评估方法较多，而每种预测方法均有其一定的适用范围，需要结合线下工程不同结构物和不同地质条件下的沉降观测情况，总结沉降变形特点，选择合适的预测方法。评估除采用曲线拟合法进行线下工程的单个测点评估外，同时应进行区段线下工程综合评估。评估时若发现异常现象或对原始资料存在疑问，应进行必要的检查。评估沉降无法达到设计标准时，应及时通知建设方、设计方、施工方、监理方，由业主组织各方分析原因，并采取相应措施。采用曲线回归法进行线下工程沉降评估，要求相关系数不得小于0.92[1]。对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析评估其差异沉降；通过单点的沉降预测分析，最终将全线不同线下工程的沉降反应到线路纵断面上，完成区段沉降评估工作。

沉降观测与评估工作是个技术工作，更是个管理工作。技术上实施容易，管理上实施困难，所以要加强参建各部门内部的管理和建设单位（业主）的整理统筹管理；

二、线下工程沉降观测的主要技术应用

高速铁路线下工程沉降变形观测工作以桥梁、路基、隧道等建（构）筑物的垂直位移观测为主，水平位移监测根据路基（含过渡段）、桥涵、隧道工点具体要求确定。下面我们将沉降观测的主要技术应用做一解读。

水准基点控制网建网

结构物的变形监测应充分利用CPI、CPII和水准基点作为水平和垂直位移监测的基准点或工作基点，建立独立的变形监测网。

1）垂直位移监测网建网方式

线下工程垂直位移监测一般按沉降变形等级三等的要求（国家二等水准测量）施测，根据沉降变形测量精度要求高的特点，以及标志的作用和要求不同，垂直位移监测网用分级布网逐级控制等精度的方法布设[2]。对于技术特别复杂、垂直位移监测沉降变形测量等级要求二等及以上的重要桥隧工点，应独立建网，并按照国家一等水准测量的技术要求进行施测或进行特殊测量设计。

2）水平位移监测网建网方式

一般按独立建网考虑，根据沉降变形测量等级及精度要求进行施测，并与施工平面控制网进行联测，引入施工测量坐标系统，实现水平位移监测网坐标与施工平面控网坐标的相互转换。

沉降变形测量点的布置

沉降变形测量点分为基准点、工作基点和沉降变形观测点三类。基准点建立在沉降变形区以外的稳定地区，使用全线二等高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点、二等水准点。埋石在现场浇灌，挖坑后底部要夯实，先浇灌底部，待基本凝固后再用模板浇灌上部，并插入不锈钢标心，保持标心垂直和半球露出混凝土（约1～2厘米）。每个水准点埋设后，绘制点之记图。在水准点标石埋石中应对部分标石的坑位、标石浇灌进行照相记录。影像文件名与水准点号对应。标石编号用字模压制，字头朝前进方向，即朝上海方向，并用红油漆填写字体。具体如图1所示。

图1基准点标石埋设图（单位：mm）

工作基点要求在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程的传递点。除使用普通水准点外，按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直位移监测需要。加密后的水准基点（含工作基点）间距200m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。

沉降变形点直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。

桥梁墩台水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设于墩台两侧。桥梁梁部徐变水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线。路基水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合水准路线。

目前新疆乌鲁木齐地铁一号线工程正在管线调查和地勘阶段，我们建议其沉降监测点布置可参照如下。标准长度车站，在站台层纵向的1/4、1/2和3/4处各布设1个监测断面；车站长度大于200m时，按50m间距设监测断面。盾构隧道按6m间距（每5环管片）布设沉降监测点。隧道收敛按48m间距布设。

监测网基准点和工作点由于自然条件的变化，人为破坏等原因，不可避免的有个别点位会发生变化。为了验证监测网基准点和工作点的稳定性，应对其进行定期检测[3]。技术方案设计垂直位移监测网的观测分为首次观测和施工过程中的定期复测，定期复测按每半年进行一次，并结合精测网复测进行。在区域沉降地区应根据沉降速率适当增加复测次数，每季度进行一次复测。沉降变形点的监测频率应根据被监测变形体的沉降速率在各单位工程沉降变形观测实施细则中已制定。三、轨道线下工程典型沉降问题简易分析1、工作基点被破坏

施工过程中存在工作基点被破坏的情况。重埋后第一次观测时在备注里记录时间，并计算出埋设后点位高程与未破坏前对应点高程的差值。

2、观测点转移

墩身观测标被破坏，观测点转移存在断高的情况。这种情况可以重新安装观测标，但问题是以前的数据和沉降量不能继续使用，新安装的观测标高程需重新开始。处理同2），将点位的变化前后相关信息记录在附表测点断高表中。在观测点转移时需要加测一期数据，该期数据除了计算沉降外，同时将原来老点的高程传递到新点上去，以后对每个转换后新点减去一个本周期新老点间的高差常数值，总累计高差=转点前累计高差+转换后累计高差。

3、矮墩观测问题

工地现场存在一些矮墩。因为墩身是有弧度的，矮墩观测时，水准尺无法立直。可以改为让施工单位灵活布点，先考虑更换不同长度的短标尺，观测承台标，适当调整观测标的布设高度，观测点转移到便于观测的位置。

除本文上述内容外，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平尺，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。针对矮桥墩、异型桥墩，尺子不能直立的情况，施工单位及监理单位应考虑采用定制短尺的方法，或倒尺的方法进行。还有对工作基点的稳定性要定期检核，在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动，在区域沉降地区每次对沉降变形观测点进行观测前、后都应对工作基点的稳定性进行检核，如果工作基点的沉降量超过限差范围，应对沉降变形观测点的沉降观测量进行修正后再入库。

总结：沉降沉测技术应用主要解决三个问题，一是点位布设，探测变形空间分布的情况。二是测量精度，探测变形量的大小。三是测量频率，探测变形规律。从技术角度说明可细化为四个方面即观测断面及观测点的设置；观测元件与埋设技术要求；观测水准路线、精度要求以及观测频次。轨道线下工程沉降监测是轨道工程沉降监测的重要组成，而桥梁、路基、隧道等建（构）筑物等线下工程通常是轨道工程的重要节点和主要工程构建部分，相较于轨道工程一般工程的沉降变形危害，线下工程沉降变形的危害也更大，其沉降变形对轨道工程的意义相较于一般工程也更为重大和关键。

参考文献：

[1]许兴旺,李肖伦.湿陷性黄土地区客运专线路基沉降观测分析[J].岩土力学,2010,31(1):233-236.DOI:10.3969/j.issn.1000-7598.2010.01.040.

[2]辛学忠,魏丽敏,何群等.深厚软土桥梁桩基荷载传递特性及沉降控制效果研究[J].中国铁道科学,2012,33(4):13-19.DOI:10.3969/j.issn.1001-4632.2012.04.03.

[3]冯忠居,曹文海.软弱地基上高填方路堤沉降观测及数值分析[J].兰州理工大学学报,2013,39(2):126-129.