不均勻區(qū)域沉降地區(qū)客運(yùn)專線沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理*

王春成 , 趙明合 ， 楊德全

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司, 天津　河西區(qū)　300222)

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不均勻區(qū)域沉降地區(qū)客運(yùn)專線沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理*

王春成 , 趙明合 ， 楊德全

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司, 天津河西區(qū)300222)

通過研究不均勻區(qū)域沉降的特點(diǎn)，將客運(yùn)專線線下基礎(chǔ)沉降量分為工程沉降量和區(qū)域沉降量，在建立的不均勻區(qū)域沉降模型中，將區(qū)域沉降從總沉降量中剔除，準(zhǔn)確反映真實(shí)的工程沉降量，以確定無砟軌道的鋪設(shè)時(shí)機(jī)。

不均勻區(qū)域沉降； 客運(yùn)專線； 沉降觀測(cè)模型

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)和地下水無序開采引起了嚴(yán)重的地面沉降，并形成不均勻區(qū)域沉降即“沉降漏斗區(qū)”，其特點(diǎn)是沉降區(qū)域中心沉降量大，邊緣沉降量小。這是一種緩變的地質(zhì)災(zāi)害，在小范圍內(nèi)很難有所察覺，但他的存在對(duì)于工程建設(shè)施工的影響卻很大。如津秦客運(yùn)專線天津到唐山段經(jīng)過天津市東麗區(qū)軍糧城鎮(zhèn)沉降漏斗區(qū)(直徑約為25 km)，由于地面沉降速率在沉降區(qū)域是不均勻的，對(duì)于穿越沉降區(qū)的鐵路工程能夠很明顯的感覺到他的存在。準(zhǔn)確描述不均勻區(qū)域沉降的數(shù)學(xué)模型能夠真實(shí)的反應(yīng)線下工程的沉降量和沉降趨勢(shì)，準(zhǔn)確的對(duì)已完工程進(jìn)行工后沉降評(píng)估。

一、普通地區(qū)的沉降觀測(cè)

普通地區(qū)處理沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的模型主要是建立基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過精密水準(zhǔn)測(cè)量，按照經(jīng)典平差理論以工作基點(diǎn)為起算點(diǎn)計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程值，根據(jù)各個(gè)期次的沉降數(shù)據(jù)，對(duì)工后沉降進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)[1]7-12。

二、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)的沉降觀測(cè)

(一)不均勻區(qū)域沉降地區(qū)的沉降分析

當(dāng)工程構(gòu)筑物處于不均勻區(qū)域沉降地區(qū)，基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地面沉降速率不一致,且在很長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生緩慢的變化，不同位置不同的沉降速率對(duì)沉降評(píng)估結(jié)果有很大的干擾。

在區(qū)域沉降地區(qū)，線下基礎(chǔ)沉降量是由工程沉降量(工程沉降量是增加荷載后，或者構(gòu)筑物自身長期荷載的效果，特點(diǎn)是增加荷載的前后沉降量變化比較明顯)和區(qū)域沉降量(區(qū)域沉降量是范圍比較大，只有通過聯(lián)測(cè)基巖點(diǎn)才能計(jì)算出的絕對(duì)的沉降量)組成的。

(二)不均勻區(qū)域沉降的識(shí)別

△s+△h

(1)

其中： △s為區(qū)域沉降地區(qū)工作基點(diǎn)間的不均勻沉降； △h為附和水準(zhǔn)路線的測(cè)量誤差。

n=L/L0/2=18(站)

(2)

則該附和線路高程中誤差為：

(3)

按線路L=300 m計(jì)，則閉合差限差為±2.19 mm，所以該段兩基點(diǎn)由于不均勻區(qū)域沉降原因?qū)е碌木植坎痪鶆騾^(qū)域沉降的差異限值：

△s

(4)

(三)在不均勻區(qū)域沉降地區(qū)傳統(tǒng)沉降觀測(cè)方法的不足

由(4)式可知，若在一條附和水準(zhǔn)線路里工作基點(diǎn)距離按L=300 m計(jì)，如果兩工作基點(diǎn)不均勻區(qū)域沉降差異值小于0.92 mm時(shí)，通過閉合差的檢驗(yàn)無法察覺這么小的不均勻沉降。在多期的測(cè)量過程中，在閉合差限差范圍內(nèi)的不均勻區(qū)域沉降量被分?jǐn)偟礁髌诘某两涤^測(cè)數(shù)據(jù)中。

當(dāng)測(cè)段(L=300 m計(jì))的不均勻區(qū)域沉降量超過0.92 mm時(shí)，附和路線閉合差超限，此時(shí)要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，用新的平差結(jié)果更新工作基點(diǎn)，平差后工作基點(diǎn)被賦予了新的高程值，這時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)就會(huì)在同一時(shí)間有兩個(gè)高程值，為保證沉降曲線連續(xù)，只能做“歸零”處理，這樣就會(huì)損失沉降量[2]84-86。

在客運(yùn)專線的構(gòu)筑物中累計(jì)沉降量很小(一般在5 mm左右)，且結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定后會(huì)有“沉降曲線上升”狀況，這是因?yàn)楣こ桃呀?jīng)趨于穩(wěn)定，而不均勻區(qū)域沉降卻一直存在，在經(jīng)過多次“歸零”處理時(shí)會(huì)損失部分沉降量。

三、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理

(一)建立沉降觀測(cè)模型

為了真實(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量出沉降量，分析不均勻沉降的原因，在不改變傳統(tǒng)的沉降觀測(cè)方案的前提下對(duì)沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行修改：

首先，建立工作基點(diǎn)定期復(fù)測(cè)制度(每三個(gè)月復(fù)測(cè)一次，與基巖點(diǎn)聯(lián)測(cè))，工作基點(diǎn)統(tǒng)一布設(shè)，規(guī)范埋設(shè)深度，全網(wǎng)統(tǒng)一平差獲得基準(zhǔn)網(wǎng)的初始值，以便后期計(jì)算沉降速率參數(shù)。以后根據(jù)每次復(fù)測(cè)的高程，更新完善不均勻區(qū)域沉降模型，及時(shí)更新沉降參數(shù)-沉降速率。

其次，根據(jù)工作基點(diǎn)最新沉降速率和期間的時(shí)間間隔，求出工作基點(diǎn)的實(shí)時(shí)高程。在基準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降觀測(cè)平差文件全部采用工作基點(diǎn)最新的實(shí)時(shí)高程值為已知值，進(jìn)行閉合差檢驗(yàn)及線路平差。

最后，將結(jié)構(gòu)物沉降量中的不均勻區(qū)域沉降量逐一剔除，即得到構(gòu)筑物的真實(shí)工程沉降量。

(二)實(shí)例應(yīng)用

津秦鐵路客運(yùn)專線天津到唐山段,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在橋墩上，工作基點(diǎn)埋深1.5米(點(diǎn)間距約為300 m)，深埋水準(zhǔn)點(diǎn)鉆孔約50 m(與橋梁樁長大致相等，點(diǎn)間距約為6 km)基巖點(diǎn)鉆孔1 088 m(點(diǎn)間距200 km)。每3個(gè)月以基巖點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)，更新區(qū)域沉降地區(qū)工作基點(diǎn)和深埋水準(zhǔn)點(diǎn)高程，工作基點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系如下圖所示：

圖1　沉降觀測(cè)水準(zhǔn)線路示意圖

根據(jù)兩次復(fù)測(cè)的結(jié)果計(jì)算出工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率:

基準(zhǔn)點(diǎn)A沉降速率：VA=(HA1-HA2)/T12

(5)

基準(zhǔn)點(diǎn)B沉降速率：VB=(HB1-HB2)/T12

(6)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)J1沉降速率：VJ1=VA+(VB-VA)/SAB×SAJ1

(7)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)J1每期沉降量：△H=VJ1×Tn(n-1)

(8)

其中：HA1:基準(zhǔn)點(diǎn)A第一次高程；HA2:基準(zhǔn)點(diǎn)A第二次高程；HB1:基準(zhǔn)點(diǎn)B第一次高程；HB2:基準(zhǔn)點(diǎn)B第二次高程；Tn(n-1):兩次監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔。

根據(jù)上式計(jì)算并填寫沉降觀測(cè)匯總表，如表1，依據(jù)沉降觀測(cè)匯總表1，生成沉降量如圖2。

表1　沉降觀測(cè)匯總表

圖2　沉降量圖

四、不均勻區(qū)域沉降地區(qū)沉降模型特點(diǎn)

建立工作基點(diǎn)復(fù)測(cè)工作與復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)歸檔整理是一個(gè)繁重的任務(wù)，每期不均勻區(qū)域沉降量的計(jì)算都要對(duì)200 km基巖點(diǎn)線路內(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行二等水準(zhǔn)復(fù)測(cè)并整體平差得到。通過不均勻區(qū)域沉降模型和定期的水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)將不均勻的區(qū)域沉降量計(jì)算出來并從總沉降量剝離出來，從而盡可能真實(shí)反映出工程的沉降量[3]3-14。

五、結(jié)　語

通過津秦鐵路客運(yùn)專線的實(shí)踐表明：改進(jìn)后的沉降觀測(cè)處理方法全面考慮了區(qū)域沉降因素和工程沉降因素，消除了不均勻區(qū)域沉降量對(duì)工程沉降量評(píng)估的干擾，解決了閉合差超限后多期沉降量“歸零”后的沉降量損失。根本上解釋了在不均勻區(qū)域沉降地區(qū)客運(yùn)專線工后沉降趨于穩(wěn)定后會(huì)有“上升”趨勢(shì)的現(xiàn)象。

[1] 李國和，許再良，孫樹禮，等.華北平原地面沉降對(duì)高速鐵路的影響及其對(duì)策[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(8).

[2] 尚金光，張獻(xiàn)州，官超偉.高速鐵路沉降評(píng)估中工程沉降和區(qū)域沉降的可區(qū)分性研究[J].測(cè)繪科學(xué),2013(1).

[3] 董春來，汪云甲.區(qū)域沉降數(shù)據(jù)時(shí)空變異特性分析研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2004(10).

Discussion on the Establishment of Settlement Observation Data Processing Model for the Passenger Dedicated Line in the Area of Uneven Subsidence

WANG Chun-cheng ， ZHAO Ming-he , YANG De-quan

(China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Based on the uneven regional subsidence characteristics, the passenger dedicates to line foundation settlement points for the engineering settlement amount and regional settlement. In the establishment of uneven regional subsidence model, regional subsidence is removed from the total settlement amount, and paper tries to accurately reflect the real engineering settlement, determination of ballastless track lying of timing.

the uneven settlement area; passenger line; settlement model

2016-03-22

王春成(1982-)，男，黑龍江明水人，工程師，主要從事公路與鐵路施工技術(shù)研究；趙明合(1968-)，遼寧新民人，工程師，主要從事鐵路施工技術(shù)研究；楊德全(1968-)，吉林農(nóng)安人，工程師，主要從事鐵路施工管理研究。

U239.8

A

1672-2388(2016)03-0080-04