淺談高速鐵路沉降觀測控制

張愛民

中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000

1 目前形勢及趨勢

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，物質(zhì)文明的極大提高及建筑設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平的成熟完善，為了保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。

現(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡觀測等均要進(jìn)行沉降觀測。特別在高層建筑物施工過程中應(yīng)用沉降觀測加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，沉降觀測將成為工程建設(shè)領(lǐng)域中，非常重要的工序。

筆者根據(jù)自己在石武客運(yùn)專線沉降觀測的工作經(jīng)驗(yàn)，在此談?wù)剬?duì)沉降觀測工作的幾點(diǎn)遵循事項(xiàng)，請(qǐng)給以批評(píng)指證。

2 石武客運(yùn)專線實(shí)例

2.1 工程概況

石武客專河南段SWZQ-3標(biāo)段包括石武線21.692km和鄭西貫通線37.873km，本段主要工程項(xiàng)目有：路基1.744km，橋梁57.789km，無砟軌道61.628雙線公里。石武跨賈魯河特大橋、跨連霍高速公路特大橋及兩橋間路基，鄭武跨隴海鐵路特大橋、跨機(jī)場高速公路特大橋及兩橋間路基，鄭西貫通線跨隴海鐵路特大橋、跨南水北調(diào)特大橋及兩橋間路基，以及相應(yīng)的無碴軌道工程（不含鋪軌、不含岔區(qū)）。

按設(shè)計(jì)要求將對(duì)其石武客專正線部分進(jìn)行沉降平行觀測，作為施工單位是沉降變形觀測的實(shí)施責(zé)任主體，必須嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)文件及總指要求做好各項(xiàng)工程施工過程的沉降變形觀測，對(duì)觀測數(shù)據(jù)的真實(shí)性負(fù)責(zé)。

2.2 沉降變形測量

1）石武鐵路客運(yùn)專線線下工程沉降變形觀測工作以橋梁、隧道、路基等結(jié)構(gòu)物的垂直位移觀測為主，水平位移監(jiān)測根據(jù)路基（含過渡段）、橋涵、隧道工點(diǎn)具體要求確定。

2）石武鐵路客運(yùn)專線工程測量的高程系統(tǒng)應(yīng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。

結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測應(yīng)建立獨(dú)立的變形監(jiān)測網(wǎng)，覆蓋范圍一般不宜小于4km，基準(zhǔn)點(diǎn)選擇應(yīng)優(yōu)先考慮利用CPI、CPII和水準(zhǔn)基點(diǎn)。

3）結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測應(yīng)充分利用CPI、CPII和水準(zhǔn)基點(diǎn)作為水平和垂直位移監(jiān)測的工作基點(diǎn)。

4）用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）測量時(shí)，應(yīng)符合鐵道部現(xiàn)行全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)鐵路工程測量技術(shù)的有關(guān)規(guī)定。

2.3 測量等級(jí)及精度要求

本線沉降變形測量按三等規(guī)定執(zhí)行，對(duì)于技術(shù)特別復(fù)雜工點(diǎn)，可根據(jù)需要按二等的規(guī)定執(zhí)行。

表1 測量等級(jí)及精度要求

2.4 沉降變形測量點(diǎn)的布置要求

沉降變形測量點(diǎn)分為基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測點(diǎn)3類，其布設(shè)按下列要求：

圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)圖

2.5 測量工作基本要求

水準(zhǔn)基點(diǎn)使用時(shí)應(yīng)作穩(wěn)定性檢驗(yàn)，并以穩(wěn)定或相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)作為沉降變形的參考點(diǎn)，并應(yīng)有一定數(shù)量穩(wěn)固可靠的點(diǎn)以資校核。

每次觀測前，對(duì)所使用的儀器和設(shè)備應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)校正，并保留檢驗(yàn)記錄。

每次沉降變形觀測時(shí)應(yīng)符合：

1）嚴(yán)格按水準(zhǔn)測量規(guī)范的要求施測。首次（即零周期）觀測應(yīng)進(jìn)行往返觀測，并取觀測結(jié)果的中數(shù)，經(jīng)嚴(yán)密平差處理后的高程值，作為變形測量初始值。

2）參與觀測的人員必須經(jīng)過培訓(xùn)才能上崗，并固定觀測人員。

3）為了將觀測中的系統(tǒng)誤差減到最小，達(dá)到提高精度的目的，各次觀測應(yīng)使用同一臺(tái)儀器和設(shè)備，前后視觀測最好用同一水準(zhǔn)尺，必須按照固定的觀測路線和觀測方法進(jìn)行，觀測路線必須形成附合或閉合路線，使用固定的工作基點(diǎn)對(duì)應(yīng)沉降變形觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測。實(shí)行“五固定”即“固定水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)、固定人、固定測量儀器、固定監(jiān)測環(huán)境條件、固定測量路線和方法”，以提高觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4）觀測時(shí)要避免陽光直射，且在基本相同的環(huán)境和觀測條件下工作。

5）成像清晰、穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)。

6）隨時(shí)觀測，隨時(shí)檢核計(jì)算，觀測時(shí)要一次完成，中途不中斷。

2.6 觀測技術(shù)要求

1） 路堤地段從路基填土開始進(jìn)行沉降觀測；路塹地段從級(jí)配碎石頂面施工完成開始觀測。路基填筑完成或施加預(yù)壓荷載后應(yīng)有不少于6個(gè)月的觀測期。觀測數(shù)據(jù)不足以評(píng)估或工后沉降評(píng)估不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)延長觀測時(shí)間或采取必要的加速或控制沉降的措施。

2）沉降觀測設(shè)備的埋設(shè)是在施工過程中進(jìn)行的，施工單位的填筑施工要與設(shè)備的埋設(shè)做好協(xié)調(diào)，做到互不干擾、影響。觀測設(shè)施的埋設(shè)及沉降觀測工作應(yīng)按要求進(jìn)行，不能影響路基填筑質(zhì)量；路基施工不能影響到觀測設(shè)備。

3）路基填筑過程中應(yīng)及時(shí)整理路堤中心沉降觀測點(diǎn)的沉降與邊樁的位移量，當(dāng)中心地基處沉降觀測點(diǎn)沉降量大于10mm/d或邊樁水平位移大于5mm/d、豎向位移大于10mm/d時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知項(xiàng)目部，并要求停止填筑施工，待沉降穩(wěn)定后再恢復(fù)填土，必要時(shí)采用卸載措施。

4）觀測精度要求：路基沉降觀測水準(zhǔn)測量的精度為±1.0mm，讀數(shù)取位至0.1mm；剖面沉降觀測的精度應(yīng)不低于8mm/30m；位移觀測測距誤差±3mm；方向觀測水平角誤差為±2.5″。

5 )觀測頻次要求：路基沉降觀測的頻次不低于表3.3.5的規(guī)定。

表2 路基沉降觀測頻次表

實(shí)際工作進(jìn)行時(shí)，觀測時(shí)間的間隔還要看地基的沉降值和沉降速率。當(dāng)兩次連續(xù)觀測的沉降差值大于4mm時(shí)應(yīng)加密觀測頻次；當(dāng)出現(xiàn)沉降突變、地下水變化及降雨等外部環(huán)境變化時(shí)應(yīng)增加觀測頻次。觀測應(yīng)持續(xù)到工程驗(yàn)收交由運(yùn)營管理部門繼續(xù)觀測。

2.7 沉降觀測評(píng)估

目前，國內(nèi)外采用的觀測評(píng)估方法較多，而每種預(yù)測方法均有一定的使用范圍，總結(jié)沉降變形特點(diǎn)，需要選擇合適的預(yù)測方法，以下是常見工程的沉降評(píng)估及判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.7.1 路基工程沉降評(píng)估

1）根據(jù)路基填筑完成或堆載預(yù)壓后不少于3個(gè)月的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形的趨勢。

2）有砟軌道路基工后沉降量不應(yīng)大于50mm，年沉降速率應(yīng)小于20mm/年。橋臺(tái)臺(tái)尾過渡段路基工后沉降量不應(yīng)大于30mm；無砟軌道路基工后沉降值不應(yīng)大于15mm。

3）沉降預(yù)測的可靠性應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)證，間隔不少于3個(gè)月的兩次預(yù)測最終沉降的差值不應(yīng)大于8mm。

4）路基填筑完成或堆載預(yù)壓后，最終的沉降預(yù)測時(shí)間應(yīng)滿足下列條件：

S（t）/S（t=∞）≥75%

式中：

S（t）：預(yù)測時(shí)的沉降觀測值；

S（t=∞）：預(yù)測的最終沉降值。

注：沉降和時(shí)間以路基填筑完成或堆載預(yù)壓后為起始點(diǎn)。

5）設(shè)計(jì)預(yù)測總沉降量與通過實(shí)測資料預(yù)測的總沉降量之差值不宜大于10mm。

2.7.2 橋涵工程沉降評(píng)估

判定標(biāo)準(zhǔn)：

1）根據(jù)橋涵實(shí)際荷載情況及觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)作多個(gè)階段的回歸分析及預(yù)測，綜合確定沉降變形的趨勢。首次回歸分析時(shí)，觀測期不應(yīng)少于橋涵主體工程完工后3個(gè)月，對(duì)于巖石地基等良好地質(zhì)的橋涵不應(yīng)少于1個(gè)月。

2）墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降量應(yīng)按恒載計(jì)算，其工后沉降量不應(yīng)超過下列允許值：

墩臺(tái)均勻沉降量：對(duì)于有砟橋面橋梁≤30mm;對(duì)于無砟橋面橋梁≤20mm

3）靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)沉降量之差要求：對(duì)于有砟橋面橋梁≤15mm；對(duì)于無砟橋面橋梁≤5mm超靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)沉降量之差除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，尚應(yīng)根據(jù)沉降差對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力的影響確定。

4）框構(gòu)、旅客地道及涵洞在鋪設(shè)有砟軌道時(shí)其工后沉降量不應(yīng)大于50mm，鋪設(shè)無砟軌道時(shí)，工后沉降量不應(yīng)大于15mm。

5）處于巖石地基等良好地質(zhì)的橋粱，當(dāng)墩臺(tái)沉降值趨于穩(wěn)定且設(shè)計(jì)及實(shí)測沉降總量不大于5mm時(shí)，可判定沉降滿足無砟軌道鋪設(shè)條件。

6）設(shè)計(jì)預(yù)測的總沉降量與通過實(shí)測資料預(yù)測的總沉降量之差不宜大于10mm。

7）利用兩次回歸結(jié)果預(yù)測的最終沉降的差值不應(yīng)大于8mm。兩次預(yù)測的時(shí)間間隔一般不少于3個(gè)月，對(duì)于巖石地基等良好地質(zhì)的橋涵不應(yīng)少于1個(gè)月。

8）橋梁主體結(jié)構(gòu)完工至無砟軌道鋪設(shè)前，沉降預(yù)測的時(shí)間應(yīng)滿足以下條件：

S（t）/S(t= ∞ )≥ 75%式中：

S（t）：預(yù)測時(shí)的的沉降觀測值；

S（t=∞）：預(yù)測的最終沉降值。

2.7.3 過渡段工程沉降評(píng)估

1）過渡段工后沉降的分析評(píng)估應(yīng)沿線路方向考慮各觀測斷面和各種結(jié)構(gòu)物之間的關(guān)系綜合進(jìn)行。

2）對(duì)線路不同下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物之間以及不同地基條件或不同地基處理方法之間形成的各種過渡段，應(yīng)重點(diǎn)分析評(píng)估其差異沉降。

判定標(biāo)準(zhǔn)：

1）過渡段不同結(jié)構(gòu)物間的預(yù)測差異沉降不應(yīng)大于5mm，預(yù)測沉降引起沿線路方向的折角不應(yīng)大于1/1000。

2）過渡段工程的沉降預(yù)測評(píng)估方法參照路基執(zhí)行。

3 結(jié)論

不論地面還是建筑物的沉降，現(xiàn)階段在都在威脅著我們社會(huì)主義的發(fā)展建設(shè)，加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害的防治管理，堅(jiān)持地面沉降監(jiān)測與研究，堅(jiān)持高層建筑物的沉降監(jiān)測與研究，最大限度的控制沉降事故的發(fā)生，關(guān)系到人民生活質(zhì)量的提高和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，利在當(dāng)代，功在千秋。

[1]2009京廣鐵路客運(yùn)專線.沉降變形觀測與評(píng)估實(shí)施細(xì)則.

[2]鐵建設(shè)2006——189文.鐵路客運(yùn)專線無砟軌道、鐵路工程測量暫行辦法.