淺談高速鐵路路基沉降觀測(cè)方法

李育凌 （中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

0 引 言

目前，我國(guó)已建成多條高速鐵路，并且繼續(xù)在建。在施工過(guò)程及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中路基沉降是個(gè)難題，路基沉降時(shí)時(shí)刻刻發(fā)生，穩(wěn)定需要時(shí)間，因此，定期進(jìn)行沉降觀測(cè)不可避免。文獻(xiàn)[1]～[4]要求路基沉降觀測(cè)斷面的間距一般不大于50m。路橋過(guò)渡段、路隧過(guò)渡段、路涵過(guò)渡段，于不同結(jié)構(gòu)物起點(diǎn)5m～10m處、距起點(diǎn)20m～30m處、50m處各設(shè)一個(gè)斷面，涵洞兩側(cè)2m處設(shè)一個(gè)觀測(cè)斷面。路堤地段觀測(cè)斷面包括3個(gè)沉降觀測(cè)樁（布置于雙線路中心及左右線中心兩側(cè)各2m處）、1個(gè)沉降板（布置于雙線路基中心）。路塹地段觀測(cè)斷面包括2個(gè)沉降觀測(cè)樁布置于左右線中心兩側(cè)各2m處。沉降觀測(cè)按照三等垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)、二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)。在線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)營(yíng)后，沉降觀測(cè)點(diǎn)除雙線路中心沉降觀測(cè)樁及沉降觀測(cè)板，其余都要轉(zhuǎn)移到路基支承層或其他固定位置。由此可以看出，沉降觀測(cè)點(diǎn)位數(shù)量比較多，沉降觀測(cè)工作量很大。筆者嘗試采用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)，比較沉降觀測(cè)測(cè)量精度及測(cè)量結(jié)果，基本一致，但是測(cè)量效率極大提高。

1 軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量

軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法為：在兩個(gè)CPⅢ點(diǎn)中部安置水準(zhǔn)儀，后視一個(gè)CPⅢ點(diǎn)(如CPⅢ1)，前視另一個(gè)CPⅢ點(diǎn)（如CPⅢ2），采用中視法測(cè)量該區(qū)間所有的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)，然后搬站至CPⅢ2和CPⅢ3之間，相鄰兩測(cè)站之間應(yīng)該至少重疊1個(gè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)，重復(fù)上一個(gè)測(cè)站過(guò)程一直閉合到最后一個(gè)CPⅢ點(diǎn)上。然后進(jìn)行返測(cè)，完成一個(gè)測(cè)段測(cè)量，并將同一測(cè)段的往返測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)保存到一個(gè)文件中，然后進(jìn)行下一測(cè)段的測(cè)量。測(cè)量的CPIII點(diǎn)左右側(cè)CPIII都可以，測(cè)段首末CPⅢ點(diǎn)作為約束點(diǎn)，其余聯(lián)測(cè)的CPⅢ點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，附合水準(zhǔn)線路長(zhǎng)度約為300m。為保證相鄰測(cè)段高程的平順過(guò)渡，相鄰測(cè)段之間應(yīng)重疊3～5個(gè)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)。軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量見圖1。

水準(zhǔn)儀設(shè)站點(diǎn)架設(shè)于相鄰兩個(gè)CPⅢ控制點(diǎn)之間，每一測(cè)站要求如表1所示。

軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程觀測(cè)技術(shù)要求 表1

單程水準(zhǔn)測(cè)量起閉于CPⅢ控制點(diǎn)的允許閉合差限值應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：a——CPⅢ點(diǎn)高程控制點(diǎn)允許偏差，取值0.5mm

b——每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差，精密水準(zhǔn)取值2mm

S——單程水準(zhǔn)測(cè)量線路長(zhǎng)度（km）

一測(cè)段內(nèi)往返測(cè)相鄰CPIII之間高差較差應(yīng)小于0.6mm，各測(cè)站計(jì)算出的各軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值與其中值的偏差不應(yīng)大于0.3mm。一個(gè)測(cè)段內(nèi)及相鄰測(cè)段重疊區(qū)內(nèi)的軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程較差不應(yīng)超過(guò)±0.3mm。軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程取往返測(cè)獨(dú)立平差后的平均值。

2 軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量與路基沉降觀測(cè)主要技術(shù)要求比較

高速鐵路路基沉降觀測(cè)文獻(xiàn)[1]要求路基沉降觀測(cè)相鄰變形觀測(cè)點(diǎn)的高程中誤差1.0mm，相鄰路基沉降觀測(cè)點(diǎn)的高差中誤差0.5mm，每站高差中誤差0.3mm，往返較差、附合或環(huán)線閉合差限值應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：n 為測(cè)站數(shù)

按照路基沉降觀測(cè)段斷面間隔50m，每個(gè)斷面2個(gè)沉降觀測(cè)樁，首尾觀測(cè)樁距離沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)50m，則附合路線閉合差按（1）、（2）式計(jì)算比較如表2。

由表2不難看出，軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量附合路線閉合差較路基沉降觀測(cè)附合路線閉合差限值更小，相應(yīng)的外業(yè)測(cè)量要求其實(shí)更高。

就每一測(cè)站而言，根據(jù)（2）式計(jì)算往返較差應(yīng)小于0.6mm，與軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量一測(cè)段內(nèi)往返測(cè)相鄰CPIII之間高差較差應(yīng)小于0.6mm相一致。其次，高速鐵路路基沉降觀測(cè)每站高差中誤差0.3mm，與軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量各測(cè)站計(jì)算出的各軌道基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值與其中值的偏差不應(yīng)大于0.3mm，一個(gè)測(cè)段內(nèi)重疊軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程較差不應(yīng)超過(guò)±0.3mm也相吻合。

附合路線閉合差計(jì)算比較表 表2

3 算例分析

合?？蛯０不斩文扯味搪坊B接橋隧，沉降觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)如圖2所示。

按照路基沉降觀測(cè)要求進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)采用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，此段路基沉降觀測(cè)每公里偶然中誤差0.79mm/km,采用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法觀測(cè)每公里偶然中誤差0.38mm/km,實(shí)際是由于測(cè)站數(shù)減少，精度計(jì)算結(jié)果提高。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密平差，兩種測(cè)量方法平差成果比較如表3。

由表2較差結(jié)果可以看出，基本沒有差異。當(dāng)然，路基線路長(zhǎng)了，需要進(jìn)行沉降觀測(cè)的點(diǎn)多了，較差會(huì)有一些。

兩種測(cè)量方法平差成果比較 表3

4 結(jié) 論

通過(guò)以上比較分析，可以肯定，軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法在測(cè)量精度和測(cè)量結(jié)果上都能滿足高鐵路基沉降觀測(cè)要求，可以大大提高外業(yè)測(cè)量效率。當(dāng)然，在實(shí)際采用軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法進(jìn)行路基沉降觀測(cè)各測(cè)段之間沒有必要進(jìn)行重疊3～5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，重疊一個(gè)即可。此外，筆者也對(duì)軌道基準(zhǔn)點(diǎn)路基高程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整體進(jìn)行平差計(jì)算，平差結(jié)果變化很小，需要提醒的是，當(dāng)線路長(zhǎng)路、沉降觀測(cè)點(diǎn)多了，軌道基準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量方法計(jì)算觀測(cè)每公里偶然中誤差應(yīng)該按環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)計(jì)算比較合適，因?yàn)槊恳粋€(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)往返觀測(cè)都會(huì)形成一個(gè)閉合環(huán)，這樣精度計(jì)算比較吻合實(shí)際。

[1]TB10601-2009,高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010.

[2]朱穎.客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路工程測(cè)量技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2009.

[3]楊廣慶,劉延吉,楊生偉.鐵路客運(yùn)專線路基施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2006.

[4]陳善雄,宋劍,周全能,李明領(lǐng).高速鐵路沉降變形觀測(cè)評(píng)估[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010.