浅谈沉降观测在高速铁路施工中的应用

摘要：随着我国铁路事业的发展，高速铁路逐渐替代普通铁路，主要的特点就是高平顺性，高安全性，高舒适性等，沉降观测作为高速铁路正常施工、运营的一项不可或缺的重要指标，必须得到相关部门、技术人员的高度重视。

关键词：沉降观测；高速铁路；施工；应用

1.沉降观测的目的及趋势

在施工过程中进行沉降观测，分析数据随时掌握其变化规律，在不满足设计及相关要求时，及时采取措施加以控制，或是更改设计方案，直至满足沉降要求，确保施工质量，这就是沉降观测的主要目的。随着我国铁路事业的发展，高速铁路逐渐替代普通铁路，主要的特点就是高平顺性，高安全性，高舒适性等，沉降观测已经作为高速铁路正常施工、运营的一项不可或缺的重要指标。

2.沉降变形的测量控制

2.1 沉降观测的工作原理

沉降观测的高程依据是水准基点，即在水准基点高程不变的前提下，定期的测出监测点相对于水准基点的相对高差，并求出其高程，把不同周期的高程加以比较，即可得出监测点高程变化的大小及规律。

2.2 沉降观测控制网的建立

沉降观测监测网可根据需要独立建网，精度按二等水准测量精度控制，高程应采用施工高程控制网系统。不能利用水准基点的监测网，在施工阶段至少应与一个施工高程控制点联测，沉降观测监测网与施工高程控制网高程基准一致；全线二等水准贯通后，应将沉降观测监测网与二等水准基点联测，将沉降观测监测网高程基准归化到二等水准基点上。沉降观测监测网应布置成闭合环状、节点或符合水准路线等形式。

2.3 工作基点及监测元器件的埋设

观测工作基点必须布设在便于长期保存和使用且不受施工影响的稳定地基内。工作基点元件插入基桩中，基桩应埋入当地冻结线以下不小于0.5m，采用混凝土浇注固定，并按顺序编号。监测点的埋设位置应符合设计要求，且标示准确、埋设稳定。观测期间应对观测点采取有效的保护措施，防止施工机械的碰撞，人为因素的破坏，务必使观测工作能善始善终，取得满意成果。

3 测量事项

3.1 测量实施要求

沉降观测采用二等水准测量，观测精度不低于±1mm，读数精度0.1mm，沉降观测时采用DS05型仪器观测，观测方法按国家一等水准测量的技术要求施测。

3.2 水准仪的精度要求

选择满足二等水准测量精度要求，不低于DS1精度的精密水准仪，配套铟瓦钢尺。

3.3 水准测量的主要技术指标

应满足《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中高程控制测量一二等水准测量等级有关指标。

水准观测精度

等级 每千米水准测量偶然中误差（mm） 相邻基准点高差中误差（mm） 每站高差中误差（mm） 测段较差、附和或环线闭合差（mm） 检测已测高差较差（mm）

一等 0.45 0.3 - 2√L/0.3√n 3√L/0.4√n

二等 1.0 1.0 0.3 4√L/0.6√n 6√L/0.8√n

注： L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km，n为站数。

水准观测主要技术要求

等级 水准尺

类型 水准仪

等级 视距

（m） 前后视距差（m） 测段的前后视距累积差（m） 视线高度（m）

一等 铟瓦 DS05 ≤30 ≤0.5 ≤1.5 下丝读数

≥0.5

二等 铟瓦 DS1 ≤50 ≤1.0 ≤3.0 下丝读数

≥0.3

DS05 ≤60

注： L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位km。

3.4水准测量记录表

水准测量记录表是长期保存和使用的基本资料，应做到认真、字迹清晰、整洁、格式统一。记录不得转抄或涂改，如观测、记录数据有误，应在观测记录时将错误划去，在其上方写上正确数字，正确数字及被划去数字均应清晰可辨认，手簿及其他资料图表应有专人保管，不得遗失。

3.5观测方法及注意事项

3.5.1观测方法及观测顺序

（1）往测时，奇数测站照准标尺分划的顺序为：

a. 后视标尺；

b. 前视标尺；

c. 前视标尺；

d. 后视标尺。

（2）往测时，偶数测站照准标尺分划的顺序为：

a. 前视标尺；

b. 后视标尺；

c. 后视标尺；

d．前视标尺；

（3）返测时，奇、偶测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇站相同。

3.5.2观测注意事项：

（1）观测路线应组成闭合环、附合路线或带结点的观测网，并且至少联测两个以上高等级点。

（2）采用相同的观测路线和观测方法；

（3）同一路线使用同一仪器和设备；

（4）固定观测人员；

（5）在基本相同的环境和观测条件下工作；

3.6观测频次

3.6.1路基沉降观测频次

所有元器件埋设后必须测试初始读数；在路堤填筑前必须进行复测，作为初始读数，路基沉降观测频次见表3.6.1

表3.6.1路基沉降观测频次

观测阶段

观测频次

填筑或堆载 一般

1次/天

沉降量突变

2～3次/天

两次填筑间隔时间较长

1次/3天

堆载预压或

路基施工完毕 第1个月

1次/周

第2、3个月

1次/10天

3个月以后

1次/2周

6个月以后

1次/月

冬季：冻结期与冻融期 观测频次比平常期增加一倍。

无碴轨道铺设后 第1个月

1次/2周

第2、3个月

1次/月

3～12个月

1次/3月

3.6.2桥梁墩台沉降观测频次

表3.6.2 墩台沉降观测频次

观测阶段

观测频次 备注

观测期限

观测周期

墩台基础施工完成

/

/

设置观测点

墩台混凝土施工 全程

荷载变化前后各1次或1次/周 承台回填时，测点应移至墩身或墩顶

预制梁 桥 架梁前 全程 1次/周

预制梁架设 全程 前后各1次

附属设施施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周

桥位施工桥梁 制梁前 全程

1次/周

上部结构施工中 全程 荷载变化前后各1次或1次/周

附属设施施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程 前后各1次

至少进行2次通过前后的观测

桥梁主体工程完工～

无碴轨道铺设前 ≥6个月 1次/周 岩石地基的桥梁，一般不宜少于2个月

无碴轨道铺设期间

全程

1次/天

无碴轨道铺设完成后 24个月 0～3个月 1次/月 工后沉降长期观测

4～12个月 1次/3个月

13～24个月 1次/6个月

注：观测墩台沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

3.6.3涵洞沉降观测频次

表3.6.3 涵洞沉降观测频次

观测阶段

观测频次 备注

观测期限

观测周期

涵洞基础施工完成

/ / 设置观测点

涵洞主体施工完成

全程 荷载变化前后

或1次/周

观测点移至边墙两侧

洞顶填土施工 全程 荷载变化前后

或1次/周

架桥机(运梁车)通过

全程 前后 至少进行2次通过前后的观测

涵洞完工～

无碴轨道铺设前 ≥6个月

1次/周 岩石地基的涵洞，一般不宜少于2个月

无碴轨道铺设期间

全程

1次/天

无碴轨道铺设完成后 24个月 0～3个月 1次/月

工后沉降长期观测

4～12个月 1次/3个月

13～24个月 1次/6个月

注：测试涵洞沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

3.6.4隧道沉降观测频次

隧道基础沉降观测的频次不低于表3.6.4的规定，沉降稳定后可不再进行观测。

表3.6.4 隧道基础沉降观测频次

观测阶段 观测频次

观测期限 观测周期

隧底工程完成后 3个月

1次/周

无碴轨道铺设后

3个月

0～1个月 1次/周

1～3个月

1次/2周

3.6.4过渡段沉降观测频次及要求

（1）过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，沉降观测期与路基相同，不少于6个月。

（2）过渡段必须在不同结构物的起点设置沉降观测断面，距结构物起点5m～10m、20m～30m、50m处分别设置观测断面。剖面沉降沿线路斜向对角线连续布置沉降管，并在沉降管口设置沉降观测桩。

（3）沉降观测水准的测量精度不低于1mm，读数取位至0.1mm。

（4）沉降观测的频次不低于表3.6.1路基沉降观测频次的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。

4.内业数据处理

（1）通过外业精度指标检核合格后，利用专用平差软件进行平差计算，通过历次高程变化，计算出本次沉降量与累计沉降量；本次沉降量=Hn-1- Hn , 累计沉降量=H1-Hn(Hn为本次观测高程，Hn-1为本次之前的观测高程，H1为第一次观测值或基准值)，隆起为“-”，下沉为“+”；

（2）特别注意关于观测阶段，工况的填写准确、真实，如堆载预压开始、路基填筑完成、架梁后第一次观测等标志性施工节点；

（3）加强工作基准点的校核及校核密度，发现工作基准点自身发生变形时，应及时分析原因，及时采取合理的方式进行数据处理，保持数据的连续性、过程的真实性；

（4）变形突变、异常时，及时组织复测，并报主管技术总工审核，必要时报送业主、设计、监理和评估单位。

（5）内业资料必须真实完善，坚决禁止弄虚作假，要以严谨的、客观的态度对待内业中发现的任何问题。

5.沉降观测结果的分析评估

5.1 路基沉降评估

（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，曲线回归的相关系数不应低于0.92。

（2） 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。

（3） 设计预计总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量的差值不宜大于10mm。

（4）路基沉降的评估应结合路基各观测断面以及相邻桥涵隧的沉降预测进行，预测的路基工后沉降值不大于15mm。

（5）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。

5.2 桥涵沉降评估

（1）根据桥涵实际荷载情况及观测数据，应作多个阶段的回归分析及预测，综合确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数应不低于0.92。首次回归分析时，观测期不应少于桥涵主体工程完工后3个月；对于岩石地基等良好地质的桥涵，不应少于1个月。

（2）利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8mm。两次预测的时间间隔一般不少于3个月；对于岩石地基等良好地质的桥涵，不应少于1个月。

（3）桥梁主体结构完工至无碴轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件：

S(t)/S(t=∞)≥75%

式中：

S(t)― 预测时的的沉降观测值；

S(t=∞)― 预测的最终沉降值。

（4）设计预测的总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差不宜大于10mm。

（5）处于岩石地基等良好地质的桥涵，当墩台沉降值趋于稳定且设计及实测沉降总量不大于5mm时，可判定沉降满足无碴轨道铺设条件。

（6）预测的桥梁基础沉降变形应满足《客运专线无砟轨道铁路设计指南》的要求。预测的涵洞工后沉降值不大于15mm。

5.3隧道沉降评估

（1）隧道基础沉降预测评估参考5.1节执行。

（2）地质条件较好、沉降趋于稳定且设计及实测沉降总量不大于5mm时，可判定沉降满足无碴轨道铺设条件。

（3）预测的隧道基础工后沉降值不应大于15mm。

5.4 过渡段沉降评估

（1）过渡段沉降的预测评估参照5.1节执行。

（2）过渡段不同结构物间的预测差异沉降不应大于5mm，预测沉降引起沿线路方向的折角不应大于1/1000。

6.结论

沉降观测是一门实践性、技术性、专业性很强的工作，对工程的整体进度和质量都具有重要的影响，必须养成认真、负责、严格的实事求是的科学态度和工作作风，进而才能更好地服务于工程建设与管理。近年来，随着我国铁路事业的发展，高速铁路逐渐替代普通铁路，沉降观测作为高速铁路正常施工、运营的一项不可或缺的重要指标，必须得到相关部门、技术人员的高度重视。

参考文献：

［1］高速铁路工程测量规范 TB10601-2009 中国铁道出版社2010.4版

［2］客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南 铁建设〔2006〕158号中国铁道出版社2006

［3］客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定 铁建设〔2006〕189号中国铁道出版社2006

［4］国家一二等水准测量规范 GB/T 12897-2006

［5］铁道工程测量 中国铁道出版社2003

作者简介：袁荣涛，男，汉族，1983年生，2006年毕业于西安铁路职工大学，籍贯：陕西省武功县，助理工程师，主要从事高速铁路、公路施工技术研究。

作者简介：李 坤，男，汉族，1984年生，2005年毕业于陕西省铁路职业技术学院，籍贯：陕西省高陵县，助理工程师，主要从事高速铁路、公路施工技术研究。