無砟軌道客運(yùn)專線沉降變形觀測評估系統(tǒng)建設(shè)管理

湯曉光

(武廣鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司,武漢 430060)

1 概述

為實現(xiàn)時速350 km的無砟軌道客運(yùn)專線運(yùn)行的高平順性、舒適性和高安全性,對工后沉降要求非常高。工后沉降要求扣除軌道扣件可調(diào)性應(yīng)不大于15 mm,各種結(jié)構(gòu)物過渡段的不均勻沉降差不大于5 mm,路橋、路隧過渡段折角不大于1‰,且必須將沉降變形觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估滿足要求時方可鋪設(shè)無砟軌道,鋪設(shè)后繼續(xù)觀測2～3年。變形觀測與評估是一項系統(tǒng)工程,涉及到設(shè)計措施,施工過程中的實施觀測,無砟軌道鋪設(shè)條件的評估,運(yùn)營期間的監(jiān)測,因而,沉降變形觀測系統(tǒng)在客運(yùn)專線建設(shè)中具有十分重要的意義。

武廣鐵路客運(yùn)專線是我國先期開工建設(shè)、時速350 km、里程最長、投資規(guī)模最大的無砟軌道客運(yùn)專線,跨越湖北、湖南、廣州三省,全長1 068.6 km,路基327 km,約占31%,路基占有較大比重。沿線地質(zhì)復(fù)雜,存在軟土、松軟土及第四季松散層土及地基巖溶,過渡段較多,且對無砟軌道工后沉降變形控制在國內(nèi)尚無成熟經(jīng)驗可借鑒,因此,沉降變形觀測控制和管理難度大。武廣公司要求全線建立沉降變形觀測系統(tǒng),要求各參建單位提高認(rèn)識、統(tǒng)一思想，成立相應(yīng)的領(lǐng)導(dǎo)管理機(jī)構(gòu),明確職責(zé),將沉降觀測作為技術(shù)管理中一項關(guān)鍵工作來抓。

2 沉降變形觀測工作的前期開展

2.1 構(gòu)建沉降變形觀測管理體系

自2006年8月份,依據(jù)《客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)評估技術(shù)指南》,結(jié)合武漢工程試驗段前期總結(jié)的有關(guān)經(jīng)驗,并結(jié)合國外一些成熟經(jīng)驗,公司先后編制下發(fā)了《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測系統(tǒng)實施細(xì)則》、《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測分析評估實施方案》、《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形平行觀測實施方案》、《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降觀測數(shù)據(jù)錄入與管理細(xì)則》、《關(guān)于加強(qiáng)武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測工作的通知》及《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測分析評估工作的通知》等一系列管理指導(dǎo)文件。從技術(shù)層面上對路基、橋梁、隧道及各種過渡段不同結(jié)構(gòu)部位觀測元器件的布點(diǎn)埋設(shè)、不同時期的觀測要求及分析評估程序作出了詳細(xì)的規(guī)定；并明確了武廣鐵路客運(yùn)專線建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、咨詢單位、評估單位的職責(zé),形成并構(gòu)建了觀測、分析、評估較為完整的技術(shù)和管理體系；各單位結(jié)合自身情況,也確定了相應(yīng)的工作組織,制定了觀測工作制度和實施細(xì)則,有力地推動了全線沉降觀測工作協(xié)調(diào)有序開展。

2.2 加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)

針對各參建單位人員對高速客運(yùn)專線無砟軌道沉降變形理念認(rèn)識不足,缺乏相應(yīng)的沉降觀測經(jīng)驗,因此,在工作啟動前,必須對各單位的有關(guān)人員進(jìn)行必要的技術(shù)培訓(xùn)或交底,公司組織設(shè)計院和中外咨詢單位將設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)、《沉降變形觀測系統(tǒng)實施細(xì)則》及《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)暫時規(guī)定》、《客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)評估技術(shù)指南》進(jìn)行技術(shù)交底和宣貫培訓(xùn),并請外方咨詢?nèi)藛T介紹德國高鐵沉降變形觀測實施經(jīng)驗。使施工單位、監(jiān)理單位人員能夠真正理解有關(guān)概念和內(nèi)容,并遵循《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測系統(tǒng)實施細(xì)則》中的有關(guān)方法、程序?qū)嵤┍O(jiān)測和監(jiān)控。

在前期實施過程中,根據(jù)施工單位、監(jiān)理單位反映和提出的問題,結(jié)合公司現(xiàn)場檢查情況,對一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步培訓(xùn),并隨后下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)武廣鐵路客運(yùn)專線沉降觀測與評估工作的通知》,以確保沉降變形觀測的準(zhǔn)確性、可靠性和連續(xù)性。公司又委托沉降變形評估單位編制了《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降觀測數(shù)據(jù)錄入與管理細(xì)則》,規(guī)范了觀測數(shù)據(jù)的電子文檔及紙質(zhì)文檔的錄入與填寫、文檔的上傳等工作,與分析軟件與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,以確保評估工作良好運(yùn)行。

2.3 觀測人員的落實

要求各施工單位、監(jiān)理單位按照武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測相關(guān)要求,結(jié)合各自標(biāo)段實際觀測工作量確定足夠?qū)I(yè)觀測人員,特別是測量監(jiān)測人員,且必須持證上崗,對于平行觀測人員需滿足較高的技術(shù)素質(zhì)要求,同時制定相關(guān)人員的培訓(xùn)和管理制度,保證專業(yè)測量人員的相對穩(wěn)定,掌握觀測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與要求。

2.4 觀測設(shè)施及儀器設(shè)備的落實

根據(jù)沉降變形觀測內(nèi)容要求,要求各施工單位配備相應(yīng)的監(jiān)測儀器設(shè)備,包括元器件、電子測試系統(tǒng)和測量儀器,并滿足沉降變形觀測精度要求。如對單點(diǎn)沉降計、剖面沉降管觀測系統(tǒng)監(jiān)測精度要求高的特殊元器件、監(jiān)測儀器,按照建設(shè)程序進(jìn)行了招標(biāo)采購；對于成熟的、可靠的測量設(shè)備,采用高精度的電子水準(zhǔn)儀,并按規(guī)定進(jìn)行標(biāo)定合格；在觀測啟動前,施工單位請監(jiān)理單位進(jìn)行檢查驗收,以確保觀測測量工作具備合格的工作基礎(chǔ)。

3 建立制度,加強(qiáng)對沉降變形監(jiān)測信息化管理

為確保最終沉降和工后沉降受控,合理確定無砟軌道的鋪設(shè)時間,沉降變形觀測應(yīng)按照重點(diǎn)路基,兼顧橋隧,立體監(jiān)控,信息化監(jiān)測,數(shù)據(jù)真實、成果可控的原則組織實施,實施過程中重點(diǎn)做到“數(shù)據(jù)精確、準(zhǔn)確、可靠、及時、連續(xù)”,重點(diǎn)加強(qiáng)規(guī)范元器件的埋設(shè)和保護(hù)及數(shù)據(jù)采集。

3.1 沉降變形監(jiān)測管理制度化

為確保數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確度,確保數(shù)據(jù)匯總的及時性,要求各施工單位、監(jiān)理單位根據(jù)各自情況制定沉降變形實施方案或細(xì)則及一些制度,如：監(jiān)測元器件埋設(shè)確認(rèn)制度，沉降變形觀測技術(shù)交底制度，監(jiān)測元器件保護(hù)制度，監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)復(fù)測制度，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)核對制度，沉降變形監(jiān)測質(zhì)量問題報告、調(diào)查和處理制度，沉降變形監(jiān)測數(shù)據(jù)及時管理、分析和上傳制度，沉降變形監(jiān)測獎懲制度(納入質(zhì)量信譽(yù)評價中),從而形成一個完整的沉降變形觀測制度和管理體系。

3.2 加強(qiáng)過程控制,實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性、可靠性

(1)施工單位在實施過程中切實按照《指南》、《細(xì)則》要求,規(guī)范觀測元器件、觀測點(diǎn)埋設(shè)、保護(hù)措施和獎懲制度,加強(qiáng)其保護(hù),以防止出現(xiàn)缺失觀測點(diǎn),造成數(shù)據(jù)的不連續(xù)性,這是極其重要的部分。

(2)在觀測過程中,規(guī)范測量技術(shù)操作與記錄,及時整理測量數(shù)據(jù),保證原始測量記錄與觀測匯總表中數(shù)據(jù)的一致性,并及時報監(jiān)理單位核對確認(rèn),從測量數(shù)據(jù)的源頭把關(guān)是保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。

(3)必須認(rèn)真建立“零”觀測的理念,即路基以開始填筑即進(jìn)行觀測,路基填筑到路面高程就盡快埋設(shè)路基觀測點(diǎn),及時觀測；橋梁架設(shè)完畢及時進(jìn)行觀測,以保證觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性,利于尋求沉降變形變化規(guī)律。

(4)在觀測過程中,應(yīng)特別注意一些重要、特殊信息點(diǎn)的記錄,如對架梁、運(yùn)梁車通過，附屬設(shè)施、無砟軌道等施工荷載的記錄,天氣、地下水影響情況的記錄,以幫助對結(jié)構(gòu)變形特性的分析。

(5)在實施過程中對觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象、異常點(diǎn)及時分析原因并做好記錄,必要時采取措施。如某橋基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)隆起現(xiàn)象,某段路基工點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)一段時間普遍出現(xiàn)隆起,應(yīng)查找原因,是否是基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)出現(xiàn)問題,應(yīng)進(jìn)行復(fù)核測量。

(6)監(jiān)理單位在施工單位沉降觀測實施過程中切實加強(qiáng)監(jiān)督、檢查,對觀測數(shù)據(jù)及時核對,并嚴(yán)格進(jìn)行平行觀測,在實施過程中真正起到監(jiān)控作用,保證觀測數(shù)據(jù)的可靠性。

3.3 建立完善可靠的沉降觀測網(wǎng)

建立可靠的沉降變形觀測網(wǎng)非常重要,應(yīng)引起高度重視。高程一般采用變形控制網(wǎng)與施工高程控制網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)測,統(tǒng)一歸化為二等水準(zhǔn)基點(diǎn)網(wǎng)上；并按要求建立水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)和布設(shè)工作基點(diǎn)。垂直位移監(jiān)測網(wǎng)按三等變形進(jìn)行控制,沉降變形觀測點(diǎn)的測量精度及觀測方法按國家一等水準(zhǔn)測量和采用一、二等水準(zhǔn)測量儀器(即高精密水準(zhǔn)儀)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測。工作基點(diǎn)應(yīng)定期與水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核,當(dāng)觀測數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)異常應(yīng)及時復(fù)測核對。

3.4 數(shù)據(jù)采集專業(yè)化、管理信息化

要求施工單位建立專門沉降變形觀測管理小組,各施工工區(qū)建立專業(yè)沉降變形監(jiān)測隊,按測量組和元器件數(shù)據(jù)采集組進(jìn)行專門的沉降觀測；并實行“三固定”即“固定人、固定儀器、固定測量路線與方法”,以提高觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

全線使用統(tǒng)一軟件處理數(shù)據(jù)庫和紙質(zhì)表格,觀測數(shù)據(jù)一般應(yīng)當(dāng)天錄入計算機(jī)并進(jìn)行核對,一般不超過3 d；并將數(shù)據(jù)按武廣公司《數(shù)據(jù)錄入和管理細(xì)則》要求錄入信息系統(tǒng),并經(jīng)監(jiān)理核對簽認(rèn)后及時上傳公司分析評估信息庫。

在實施過程中對觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象及時分析并查找原因記錄在案,采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施,防止觀測數(shù)據(jù)失真,保證觀測數(shù)據(jù)的可靠性。

4 沉降變形平行觀測工作的建立與實施

根據(jù)《鐵路建設(shè)協(xié)調(diào)小組第二十八次會議紀(jì)要》(鐵建設(shè)函[2007]599號)和“關(guān)于發(fā)布《客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》修訂的通知”(鐵建設(shè)函[2007]150號)的要求,為充分發(fā)揮監(jiān)理對沉降觀測的監(jiān)控作用,保證沉降觀測的可靠性、連續(xù)性和系統(tǒng)性,武廣公司組織編制了《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形平行觀測實施方案》。

平行觀測工作由監(jiān)理單位負(fù)責(zé),各監(jiān)理分站配備相應(yīng)的專業(yè)測量人員,采用與施工單位觀測人員相同的測量方式同步進(jìn)行,全過程對變形進(jìn)行平行觀測；并有對施工單位的變形觀測網(wǎng)、觀測方法、觀測儀器性能進(jìn)行檢查的職責(zé)。

配合各專業(yè)測量的變形觀測人員應(yīng)具有較高素質(zhì),具有多年測量工作的經(jīng)驗,熟悉平面、高程的測量技術(shù),掌握高等級水平儀、全站儀等施測及核準(zhǔn)方法,具有測量數(shù)據(jù)處理、測量報告復(fù)核能力,具有中級及以上職稱,這樣才能真正具備平行觀測的復(fù)核作用。

各監(jiān)理單位制定各自的平行觀測實施方案與管理辦法,并按公司規(guī)定上報平行觀測月報、上傳平行觀測數(shù)據(jù),形成沉降觀測監(jiān)理管理體系。

5 建立沉降觀測分析與評估系統(tǒng)

沉降評估工作是沉降變形觀測系統(tǒng)中最后的一道關(guān)卡,主要對結(jié)構(gòu)施工期間及主體工程完成后一定擺放期的沉降變形觀測數(shù)據(jù),進(jìn)行系統(tǒng)的綜合分析和評估,推算出最終的沉降和工后沉降,合理確定無砟軌道開始鋪設(shè)時間,確保無砟軌道鋪設(shè)質(zhì)量。

武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測評估工作,武漢工程試驗段由德國海德坎普負(fù)責(zé)評估,其他部分公司委托專業(yè)評估單位和武廣鐵路客運(yùn)專線咨詢項目部聯(lián)合進(jìn)行獨(dú)立評估,并負(fù)責(zé)沉降變形評估工作的日常管理、培訓(xùn)、檢查和歸檔工作。同時,公司成立了武廣鐵路客運(yùn)專線鋪設(shè)無砟軌道條件沉降評估領(lǐng)導(dǎo)小組,由公司總工程師任組長,成員由公司相關(guān)部門、建設(shè)指揮部、設(shè)計、施工、監(jiān)理、咨詢、評估單位技術(shù)負(fù)責(zé)人及總監(jiān)組成,各施工單位也相應(yīng)成立了評估領(lǐng)導(dǎo)小組,構(gòu)建了評估管理體系。

武廣公司組織編制了《武廣鐵路客運(yùn)專線沉降變形觀測分析評估實施方案》,明確了各方職責(zé),制定了嚴(yán)格的評估工作制度(申請、審核、批復(fù)流程)、評估程序、分析評估內(nèi)容要求,形成了一個完整的評估體系。

5.1 建立分析評估系統(tǒng)

(1)根據(jù)武廣鐵路客運(yùn)專線的特點(diǎn),評估單位編制和建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和沉降變形觀測分析評估軟件,并制定了《評估實施細(xì)則》。

(2)分析評估單位應(yīng)裝配適用于不同地質(zhì)條件、不同結(jié)構(gòu)形式、不同地基處理措施的多種沉降預(yù)測分析軟件；無論采取何種回歸曲線法預(yù)測均應(yīng)滿足《評估技術(shù)指南》中提出的3個條件,具有較好的可靠性、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。

(3)建立沉降變形分析評估制度。施工單位和監(jiān)理單位應(yīng)按照統(tǒng)一要求的數(shù)據(jù)庫格式整理編輯,形成可供數(shù)據(jù)庫軟件編輯處理的文件,并按要求及時上報。分析評估單位將上報的評估資料及時查閱核對,對評估中還需提供的信息和發(fā)現(xiàn)的問題及時通知各方,做好各方協(xié)調(diào)溝通,使評估工作有序進(jìn)行。

5.2 評估程序及評估基本原則

(1)評估流程

施工單位提交區(qū)段沉降變形評估申請及觀測資料→監(jiān)理單位對施工單位原始觀測資料進(jìn)行核對與簽認(rèn),并和沉降平行觀測數(shù)據(jù)一并上報→各建設(shè)指揮部負(fù)責(zé)統(tǒng)一審核、簽發(fā)區(qū)段評估申請表及評估材料→評估單位進(jìn)行沉降評估并及時處理評估過程中的有關(guān)問題→評估單位向各指揮部及各施工單位提交《評估結(jié)果通知單》及評估報告→對于重要、特殊地段的評估,公司沉降評估領(lǐng)導(dǎo)小組組織召開評審會,以會簽紀(jì)要方式通過,并據(jù)此批準(zhǔn)提出評審意見(沉降滿足無砟軌道鋪設(shè)條件,不滿足則延長觀測時間或采取措施等明確說明)。具體評估流程見圖1。

圖1 沉降變形評估流程

(2)評估原則：對評估報告中相關(guān)資料,施工單位應(yīng)對觀測數(shù)據(jù)及相關(guān)資料準(zhǔn)確性、可靠性負(fù)責(zé),監(jiān)理應(yīng)對平行觀測數(shù)據(jù)可靠性負(fù)責(zé),設(shè)計單位需對施工單位沉降觀測提出總體分析意見,并對實測數(shù)據(jù)與設(shè)計估算的沉降量差別較大時,提出分析意見；咨詢單位(分析評估單位)應(yīng)對分析評估的準(zhǔn)確性、可靠性負(fù)責(zé)。

6 體會與建議

(1)制定嚴(yán)密、科學(xué)的沉降觀測實施方案和建立科學(xué)、快捷、系統(tǒng)的分析評估系統(tǒng),保證觀測數(shù)據(jù)和預(yù)測工后沉降的準(zhǔn)確性、可靠性、連續(xù)性,合理確定無砟軌道開始鋪設(shè)時間,是客運(yùn)專線無砟軌道成功與否的關(guān)鍵之一。

(2)建立高精度測量控制網(wǎng)是無砟軌道客運(yùn)專線設(shè)計、施工及運(yùn)營必不可少的重要基礎(chǔ),在無砟軌道線下工程沉降觀測與評估工作階段,它是所有觀測數(shù)據(jù)真實性和可靠性的保障。

(3)應(yīng)實行獨(dú)立的第三方平行觀測：有必要對于重要的沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證,如對于宜產(chǎn)生不均勻沉降和沉降量較大的結(jié)構(gòu)部位和工點(diǎn)實施第三方平行觀測,對保證沉降預(yù)測與評估的質(zhì)量意義重大。

(4)監(jiān)測精度及監(jiān)測儀器：沉降觀測工作是一項高精度的測量工作,應(yīng)進(jìn)一步探討沉降變形監(jiān)測手段和設(shè)備。沉降板對施工干擾較大,且保護(hù)困難；因此,需要研究先進(jìn)的觀測設(shè)備和方法,減少與施工的相互干擾,保證觀測的精度,提高觀測效率。

(5)預(yù)測方法與評估方案探討：不同的預(yù)測擬合方法適用性與不同的基礎(chǔ)巖土地質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)變形規(guī)律有關(guān),對于不同的線下結(jié)構(gòu)形式應(yīng)采取多種方法進(jìn)行預(yù)測對比；在實踐中需進(jìn)一步探討其規(guī)律性和適用性,完善評估方案,保證其預(yù)測的可靠性、穩(wěn)定性。

(6)由于大部分工程受各種因素的影響,工期較緊；對于加固措施有效,沉降量較小,而3～4個月沉降即趨于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),可以組織專家評審適當(dāng)放寬觀測期,以加快施工。

7 結(jié)語

沉降變形觀測與評估是確保鐵路客運(yùn)專線無砟軌道結(jié)構(gòu)鋪設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán),是保證高速列車長期平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)；且隨著鐵路客運(yùn)專線建設(shè)的推進(jìn),鐵路客運(yùn)專線對沉降變形觀測與評估的需求將越來越多,要求越來越高,做好沉降觀測與評估管理工作對鐵路客運(yùn)專線的健康發(fā)展具有重大意義。

[1] 鐵建設(shè)[2006]158號，客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南[S].

[2] 鐵建設(shè)[2006]189號，客運(yùn)專線鐵路無砟軌道鐵路測量暫行規(guī)定[S].