石武铁路客运专线路基沉降变形观测及元器件埋设方法

摘要：石武客专湖北段对路基沉降变形要求高，为准确、快速的提供监测数据指导施工，必须采用各种元器件进行沉降监测。沉降监测类型的选择应根据路基填筑高度、压缩层厚度、路基填料类型以及填筑原地面的坡度而定。本文介绍了各种沉降监测元件的测试原理、测试方法，并比较几种方法的优缺点。同时对沉降监测技术进行了总结，为石武客专路基施工提供了有效指导。

关键词：客运专线路基沉降监测元器件埋设

1 前言

无砟轨道的出现对我国传统铁路设计、施工、检测、养护维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计观念和思想。由于普通铁路路基工程是按强度破坏设计的，而无砟轨道路基的主要控制因素是变形问题。无砟轨道路基在达到强度破坏之前，可能已出现不允许的过量变形。因而无砟轨道路基在设计、施工、检测等方面必须比普通铁路有较大的改善和提高。对无砟轨道路基进行沉降监测的仪器和方法随着工业化的发展在不断地发生变化，总的趋势是快速、准确地满足施工的需要。

2 石武客运专线路基沉降监测原则及元器件埋设方法

客运专线无砟轨道路基变形控制十分严格，在设计使用年限内工后沉降一般不应超过15mm，路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000，分析评估沉降稳定满足无砟轨道铺设要求后方可铺设无砟轨道。下面对现场采用的几种监测方法的结构形式和工作原理作一简单介绍。

2.1 路基面沉降桩

对于基底压缩层较簿且填筑不高的路堤及路堑地段，主要在路基面布设沉降监测桩进行路基沉降监测。

（1）元器件埋设

采用φ20mm底端带弯头的钢筋，钢筋原长不小于40cm，底部做成带弯钩状。一般路基填筑至基床表层顶面，加载预压路堤填筑到基床底层顶面后，挖坑埋置于设计位置，坑深30cm，边长15cm，采用砂浆浇注固定。

（2）数据采集

采用闭合或符合水准导线网测量。采用标称精度为0.3mm/km的电子水准仪及配套的铟钢条码尺进行测量，按二等水准测量。

2.2 沉降板

用于测试基底沉降。由钢底板、金属测杆（φ40mm厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于φ75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成，钢底板尺寸为50cm×50cm，厚1 cm；具体按设计图样焊接组装。采用水准仪按国家一等精密水准测量方法测量沉降板标高变化。

（1）埋设要求

①沉降板埋设位置应按试验设计测量确定，沉降板埋在褥垫层顶部并嵌入其内10cm，采用中粗砂回填密实，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保护套管，完成沉降板的埋设工作。

沉降板与沉降桩的工作原理：沉降观测采用水准仪进行。利用底座位置的变化来测定土体的垂直位移。即当土体发生沉降或隆起时，埋设在土中的底座或沉降桩也跟随一道移动，测定观测杆的顶面高程，即可推算出待测点的沉降值。

（2）数据采集

数据采集方法见沉降桩。

2.3 单点沉降计

在路基压缩层较厚（≥20m）处，为测试基底沉降、或路基填料为改良土时或基底为膨胀土时为测试隆起值，采用单点沉降计。单点沉降计是一种埋入式电感调频类智能型位移传感器，由电测位移传感器、测杆、锚头、锚板及金属软管和塑料波纹管等组成。采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径Ф108，钻孔垂直，孔深应与沉降仪总长一致，孔口应平整。

（1）埋设要求

①当地基采用桩处理时，单点沉降计应埋置于桩间形心处。

②采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径Ф108mm，钻孔垂直，孔深应与沉降仪总长一致，应达到硬质稳定层（最好为基岩），孔口应平整密实。

③安装前先在孔底灌浆，固定底端锚板。

④沉降计安装时，锚板朝下，法兰沉降板朝上，注意要用拉绳保护以防止元件自行掉落，采用合适方法将沉降计底端锚板压至设计深度。

⑤每个测试断面埋设完成后，位移计引出导线套钢丝波纹管进行保护，并挖槽集中从一侧引出路基，引入坡脚观测箱内，注意导线应适当松弛。

⑥元件埋入之前应采取措施保证孔径满足安装要求，一般埋设完成后3～5天待缩孔完成后测试初读数。

（2）数据采集

采用测试仪，测试每次的绝对沉降量和相对沉降量，不同时期测量的数据之差，为该段时间该点的沉降。

2.4 剖面沉降管

由于现场实践证明，现场测量数据变化较大，建议不采用。

3 几种方法的优缺点

监测方法 优点 缺点

沉降桩 可以测试基底沉降，成本低，在防护好的情况下精度可以满足工程需要 干扰施工，而且容易遭到破坏

工作量大。

沉降板 测试基床表层以下总沉降，成本低 无法测得路基填筑过程中的沉降

单点沉降计 不影响地表以上的施工、不破坏上部结构的完整，操作方便。测试时工作量小 埋设过程复杂，成本较高，长期稳定性需进一步研究

静力水准仪 精确确定埋设的的差异沉降，测试时工作量小 埋设过程复杂，成本较高，长期稳定性需进一步研究

剖面沉降管 不影响地表以上的施工、不破坏上部结构的完整，能连续测试断面沉降 测试时工作量大，对小变形其精度难以满足要求

4选择合理有效的观测方法

客运专线沉降观测工作量较大，种类繁多，变形观测点设置比较密集，因此，观测方法的选择也直接影响到观测成果的可靠性。

（1）选择合理的观测时间

观测时间应选在标尺分划线呈像清晰和稳定的条件下进行观测。

（2）坚持“五定”原则

沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则，所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测线路上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本固定；观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。

5 选择合适的沉降评估预测模型

客运专线无砟轨道对路基的工后沉降要求很严格，要求工后沉降不小于15mm，在进行无砟轨道施工前，必须进行沉降评估。沉降评估的一项重要内容就是沉降预测，本文研究范围内采用双曲线模型。

6 结论

（1） 在各种沉降监测方法中，沉降板法适用条件最广，而且由于其成本低，在武广客运专线上得到大量应用，沉降桩埋设在基床表层，其沉降量很小，可以与沉降板一起作为校核作用。静力水准仪用于路桥过渡段，由于其成本高，长期稳定性需进一步考虑，应与沉降桩一起作为校核用。剖面沉降管在由于其精度限制，建议只用于沉降量较大（≥50mm）地段)。单点沉降计由于其成本较高，可以考虑用于重点监控地段。

（2）在客运专线施工中要因时、因地制宜地选择合理的路基沉降监测方法，使之既能满足工程所需的精度，又要操作简便，经济合理。

(3)无砟轨道对路基工后沉降要求严格。因此需要对路堤施工的全过程实施沉降与稳定监测的动态控制，合理确定土部结构铺装时间，以获得高标准稳定路基及平顺线路。

参考文献

[1]陈善雄、宋健、周全能、李明领. 高速铁路沉降变形观测评估理论与实践。

[2] 李明领. 武广技[2008]89号《武广铁路客运专线施工测量工作管理办法》

[3] 客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南( 铁建设[2006]158号)