路基沉降觀測(cè)期對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響及其合理控制

宋 劍,李明領(lǐng),周全能,秦尚林,許錫昌

(1.武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)有限責(zé)任公司,武漢 430060;2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程承包公司,武漢 430063;3.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430071)

1 概述

要實(shí)現(xiàn)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)快速、舒適和安全的運(yùn)營(yíng),需要平順且穩(wěn)定的線(xiàn)路,這就要求嚴(yán)格控制線(xiàn)下結(jié)構(gòu)的沉降變形。由于設(shè)計(jì)計(jì)算還無(wú)法有效地控制軌道的工后沉降和變形。因此,在鋪設(shè)無(wú)砟軌道前,應(yīng)對(duì)線(xiàn)下構(gòu)筑物變形作系統(tǒng)的評(píng)估[1～3]。

為掌握路基沉降發(fā)展趨勢(shì),反饋控制路基工后沉降,《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》提出了較為嚴(yán)格的沉降觀測(cè)期要求,較長(zhǎng)的觀測(cè)期成為影響工程進(jìn)度的攔路虎。因此,急需弄清路基沉降觀測(cè)期對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響,進(jìn)而探討其合理控制問(wèn)題。

為解決此問(wèn)題,結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路基沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)路基沉降變形的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)研究,進(jìn)而探討路基沉降觀測(cè)期合理控制標(biāo)準(zhǔn),以解決建設(shè)進(jìn)度與高技術(shù)要求之間的矛盾。

2 路基沉降規(guī)律及其分類(lèi)

結(jié)合大量鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路基沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)路基沉降變形的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)的分類(lèi)和研究。根據(jù)沉降變形的發(fā)展趨勢(shì),其沉降 -時(shí)間曲線(xiàn)可分為 3種類(lèi)型。

(1)第Ⅰ類(lèi)曲線(xiàn)

主要特征為,路基填筑期間,沉降變形明顯增長(zhǎng),填筑完成后,沉降速率逐步減小,沉降變形在 6個(gè)月內(nèi)已基本趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為較平滑、規(guī)律的收斂曲線(xiàn)。其典型曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 第Ⅰ類(lèi)典型曲線(xiàn)(DK1608+623路基P-T-S曲線(xiàn))

(2)第Ⅱ類(lèi)曲線(xiàn)

主要特征為,路基填筑完成,沉降逐步趨于穩(wěn)定的過(guò)程中,卻在中途出現(xiàn)突然增長(zhǎng),沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為具有明顯拐點(diǎn)、呈臺(tái)階狀發(fā)展的收斂曲線(xiàn)。其典型曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 第Ⅱ類(lèi)典型曲線(xiàn)(DK1803+475路基P-T-S曲線(xiàn))

(3)第Ⅲ類(lèi)曲線(xiàn)

主要特征為,路基填筑期間,沉降變形開(kāi)始增長(zhǎng),填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個(gè)月后未見(jiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。其典型曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 第Ⅲ類(lèi)典型曲線(xiàn)(DK1639+628路基P-T-S曲線(xiàn))

3 觀測(cè)期對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響及其合理控制

以下針對(duì) 3種類(lèi)型的沉降過(guò)程曲線(xiàn),選擇具有代表性的觀測(cè)斷面,分別以填筑完成后 3、4、5、6個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè),對(duì)比其穩(wěn)定趨勢(shì)和分析預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性,探討路基沉降變形的穩(wěn)定規(guī)律和合理觀測(cè)期。

3.1 第Ⅰ類(lèi)

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路基沉降-時(shí)間曲線(xiàn)絕大多數(shù)為第Ⅰ類(lèi)曲線(xiàn),其中代表性觀測(cè)斷面的分析計(jì)算結(jié)果列于表1。

表1 第Ⅰ類(lèi)曲線(xiàn)代表性斷面預(yù)測(cè)分析成果

從圖1可以看出,第Ⅰ類(lèi)曲線(xiàn)主要表現(xiàn)在前期沉降發(fā)展較快,爾后沉降逐步趨緩,并在填筑完成 6個(gè)月后已基本趨于穩(wěn)定。從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出:

(1)路基主體填筑完成 3個(gè)月內(nèi):沉降變形趨勢(shì)不穩(wěn)定,處于繼續(xù)發(fā)展階段;

(2)路基主體填筑完成 3～4個(gè)月內(nèi):部分?jǐn)嗝娉两底冃沃鸩节呌诜€(wěn)定,但分析預(yù)測(cè)結(jié)果很難滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的要求,表明預(yù)測(cè)結(jié)果不可靠和不準(zhǔn)確,隱含著較大的風(fēng)險(xiǎn);

(3)路基主體填筑完成 4～6個(gè)月內(nèi):沉降速率明顯減小,沉降趨勢(shì)逐步趨于穩(wěn)定,分析預(yù)測(cè)結(jié)果顯示,評(píng)估核心指標(biāo)一般能滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的要求,但部分?jǐn)嗝婵刂菩灾笜?biāo)與《評(píng)估技術(shù)指南》的要求相差較大,表明預(yù)測(cè)分析成果不一定可靠,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)路基主體填筑完成 6個(gè)月以上:沉降變形趨勢(shì)已基本穩(wěn)定,分析預(yù)測(cè)的結(jié)果較好,一般均能滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的各項(xiàng)要求。

鑒于以上研究成果,建議對(duì)嚴(yán)重影響整體施工進(jìn)度的特殊工點(diǎn),在沉降變形趨勢(shì)已基本穩(wěn)定的條件下,路基沉降觀測(cè)期可放寬至 4個(gè)月以上,容許其提前進(jìn)行沉降評(píng)估,并在后續(xù)施工階段中繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)。

3.2 第Ⅱ類(lèi)

第Ⅱ類(lèi)曲線(xiàn)所占比重較小,但比較典型,相應(yīng)的分析計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2 第Ⅱ類(lèi)曲線(xiàn)代表性斷面預(yù)測(cè)分析成果

從圖2可以看出,路基填筑完成后,沉降很快趨于穩(wěn)定,但在主體填筑完成 4～5個(gè)月期間,沉降變形出現(xiàn)突然增長(zhǎng),沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為具有明顯拐點(diǎn)、呈臺(tái)階狀發(fā)展的收斂曲線(xiàn)。從表2的分析結(jié)果可以看出:

(1)沉降變形突變以前,沉降趨勢(shì)表現(xiàn)為逐步趨于穩(wěn)定,且能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,分析成果基本能滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的要求,但該分析預(yù)測(cè)結(jié)果是不真實(shí)的;

(2)沉降變形發(fā)生突變后 1～2個(gè)月內(nèi)(即主體填筑完成 4～5個(gè)月期間),沉降變形處于發(fā)展階段,變形趨勢(shì)明顯不穩(wěn)定,分析預(yù)測(cè)結(jié)果一般不能滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的要求;

(3)沉降變形發(fā)生突變 2～3個(gè)月以后:沉降速率明顯減小,沉降趨勢(shì)又逐步趨于穩(wěn)定,以拐點(diǎn)以后的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,評(píng)估技術(shù)指標(biāo)一般能滿(mǎn)足《評(píng)估技術(shù)指南》的要求。

第Ⅱ類(lèi)沉降曲線(xiàn)的分析結(jié)果反映,部分?jǐn)嗝嬖谥黧w填筑完成 4～5個(gè)月內(nèi)存在沉降突變的現(xiàn)象,若采用較短的觀測(cè)期(＜4個(gè)月)數(shù)據(jù),其分析預(yù)測(cè)結(jié)果是不真實(shí)的;為了準(zhǔn)確的進(jìn)行分析預(yù)測(cè),需要對(duì)沉降突變后繼續(xù)觀測(cè) 2～3個(gè)月,待沉降趨勢(shì)基本穩(wěn)定后,才能進(jìn)行有效的評(píng)估。

3.3 第Ⅲ類(lèi)

第Ⅲ類(lèi)沉降曲線(xiàn)雖較少,但屬于需要引起重視的一種類(lèi)型,其中代表性觀測(cè)斷面的分析計(jì)算結(jié)果列于表3。

表3 第Ⅲ類(lèi)曲線(xiàn)代表性斷面預(yù)測(cè)分析成果

從圖3可以看出,路基填筑期間,沉降變形開(kāi)始增長(zhǎng),填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個(gè)月后未見(jiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。這種類(lèi)型的觀測(cè)斷面應(yīng)引起觀測(cè)單位和建設(shè)單位的重視,應(yīng)延長(zhǎng)觀測(cè)期并加強(qiáng)后期觀測(cè),以判斷其沉降變化趨勢(shì),必要時(shí)采取工程處理措施以滿(mǎn)足鋪軌的要求。

4 結(jié)論

為掌握路基沉降發(fā)展趨勢(shì),反饋控制路基工后沉降,《客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》提出了較為嚴(yán)格的沉降觀測(cè)期要求,較長(zhǎng)的觀測(cè)期成為影響工程進(jìn)度的攔路虎。因此,急需弄清路基沉降觀測(cè)期對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響,進(jìn)而探討其合理控制。

結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)路基沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)路基沉降變形的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)的分類(lèi)和研究。根據(jù)沉降變形的發(fā)展趨勢(shì),其沉降 -時(shí)間曲線(xiàn)可分為 3種類(lèi)型:

第Ⅰ類(lèi),路基填筑期間,沉降變形明顯增長(zhǎng),填筑完成后,沉降速率逐步減小,沉降變形在 6個(gè)月內(nèi)已基本趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為較平滑、規(guī)律的收斂曲線(xiàn)。對(duì)于該類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù),建議對(duì)嚴(yán)重影響整體施工進(jìn)度的特殊工點(diǎn),在沉降變形趨勢(shì)已基本穩(wěn)定的條件下,路基沉降觀測(cè)期可放寬至 4個(gè)月以上,容許其提前進(jìn)行沉降評(píng)估,并在后續(xù)施工階段中繼續(xù)加強(qiáng)觀測(cè)。

第Ⅱ類(lèi),路基填筑完成,沉降逐步趨于穩(wěn)定的過(guò)程中,沉降變形出現(xiàn)突然增長(zhǎng),沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為具有明顯拐點(diǎn)、呈臺(tái)階狀發(fā)展的收斂曲線(xiàn)。對(duì)于該類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù),需要在沉降突變后繼續(xù)觀測(cè)不少于 2～3個(gè)月,待沉降趨勢(shì)基本穩(wěn)定后,方能進(jìn)行評(píng)估。

第Ⅲ類(lèi),路基填筑期間,沉降變形開(kāi)始增長(zhǎng),填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個(gè)月后未見(jiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。該類(lèi)的觀測(cè)斷面應(yīng)引起觀測(cè)單位和建設(shè)單位的重視,應(yīng)延長(zhǎng)觀測(cè)期并加強(qiáng)后期觀測(cè),以判斷其沉降變化趨勢(shì),必要時(shí)采取工程處理措施以滿(mǎn)足鋪軌的要求。

[1] 鐵建設(shè)[2006]158號(hào),客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南[S].

[2] 吳明友.客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)無(wú)砟軌道鐵路工程測(cè)量和鋪設(shè)條件評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)鐵路,2006,(10):28-32.

[3] 尤昌龍.無(wú)砟軌道工后沉降變形觀測(cè)、評(píng)估的集成理念[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,102(3):25- 28.

[4] 李明領(lǐng),周全能,陳善雄,等.試論鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)沉降變形觀測(cè)評(píng)估工作模式[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2010(2):7-10.