高鐵線下施工對高鐵沉降變化影響的研究

鄧旭輝 郭旭平 宋浩 田春陽 王鵬輝

（河南東網(wǎng)信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000 ）

高速鐵路具有速度快、運量大、節(jié)約能源、保護土地等明顯優(yōu)勢。中國作為一個幅員遼闊、人口眾多、資源相對有限的發(fā)展中大國，發(fā)展高速鐵路對我國具有戰(zhàn)略性意義。20世紀(jì)90年代以來，我國開始了高速鐵路的設(shè)計和建造。經(jīng)過堅持不懈的努力，我國高鐵的建造技術(shù)取得了一系列重大成果，形成了具有中國特色的高鐵技術(shù)體系，進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

高速鐵路有高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。作為線路最基礎(chǔ)部分，橋梁墩臺的穩(wěn)定性對線路整體的平穩(wěn)起到關(guān)鍵作用，而高鐵線下施工會影響橋梁墩臺的穩(wěn)定性。施工中實時的高鐵沉降變形監(jiān)測能反映各個施工階段和施工規(guī)模對高鐵的影響，因此，為確保高鐵的運營安全，必須解決高鐵線下工程沉降變形控制的關(guān)鍵技術(shù)，做好實時的沉降變形監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可分析各個施工階段、施工規(guī)模對橋梁墩臺產(chǎn)生的影響，分析橋梁變形的原因，預(yù)測下一階段施工可能產(chǎn)生的變形情況，然后改進(jìn)施工工藝，提高工程質(zhì)量。最終，通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，判斷線下各個施工階段對高鐵沉降變化的影響，為以后類似工程施工提供相關(guān)經(jīng)驗[1]。

1 高鐵線下工程施工的技術(shù)要求

高鐵線下工程施工時，高鐵橋梁墩臺的垂直位移監(jiān)測按沉降變形等級三等的要求（國家二等水準(zhǔn)測量）施測，所有監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足規(guī)范要求，水準(zhǔn)測量主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，表1中，L是測段長或環(huán)線長（km）。

表1 水準(zhǔn)測量主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，線下施工時，高鐵的沉降觀測應(yīng)根據(jù)施工時間適時開展。

2 高鐵線下工程施工的技術(shù)實施

2.1 基礎(chǔ)控制網(wǎng)布設(shè)

在監(jiān)測過程中，必須使用檢定合格、滿足測量技術(shù)要求的儀器設(shè)備，并定期對所使用的儀器和設(shè)備進(jìn)行檢驗校正。

在施工前期布設(shè)橋墩沉降觀測點和工作基點，并通過復(fù)測高鐵建設(shè)時期的基礎(chǔ)控制點，建立首期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。沉降觀測點直接埋設(shè)在要測定的沉降變形體上，要求設(shè)置牢固、便于觀測、結(jié)構(gòu)合理且不破壞沉降變形體的外觀。

沉降變形控制網(wǎng)采用的監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點和工作基點會因為自然和人為破壞等原因，發(fā)生點位變化，在整個沉降變形觀測過程中要定期對其進(jìn)行檢測。當(dāng)工作基點沉降量超過限差時，應(yīng)對工作基點的沉降量進(jìn)行修正。

在整個觀測過程中應(yīng)考慮各個因素對測量精度的影響，盡量避免人為因素造成的測量誤差，減少外界條件對測量精度的影響。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集采用儀器自動記錄模式，每個測段觀測完成后，必須及時進(jìn)行平差處理，對每次處理后的結(jié)果生成時間-沉降曲線圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)曲線有突然升高或降低現(xiàn)象的，應(yīng)分析原因并提出解決方法。

3 高鐵線下工程施工的實例分析

本次研究背景為鄭州市長江路下穿鄭西貫通線道路工程施工沉降觀測和錦州至鄭州成品油管道下穿鄭徐客運專線鄭汴特大橋DK038+354.955處護管涵工程沉降觀測，通過對兩個施工規(guī)模和工藝差別較大的工程監(jiān)測到的高鐵橋梁沉降值進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，判斷施工強度對高鐵橋梁的影響。

3.1 長江路下穿鄭西貫通線工程

長江路下穿鄭西貫通線工程中，施工規(guī)模較大，開挖深度最大為5.7m，開挖土方量大，橋墩中間土方基本清空。

緊鄰施工區(qū)域的橋墩時間-沉降曲線如圖1所示，在施工影響范圍內(nèi)但離施工區(qū)域較遠(yuǎn)的橋墩時間-沉降曲線如圖2所示。圖中兩條曲線為布設(shè)在同一橋墩兩側(cè)的沉降觀測點累計沉降量變化。

圖1 橋墩時間-沉降曲線圖（緊鄰施工區(qū)）

圖2 橋墩時間-沉降曲線圖（遠(yuǎn)離施工區(qū)）

施工時在橋墩周圍設(shè)置高鐵橋墩防護樁，防護樁施工完成后，4月3日開始在橋墩附近取土施工，取土過程中一次性取土量大，離橋梁墩臺近，取土后橋墩附近的荷載變小，橋墩有明顯上升，而在施工影響范圍內(nèi)但遠(yuǎn)離取土區(qū)的橋墩并沒有明顯的沉降變化。

5月30日，開始進(jìn)行道路橋梁梁體的架設(shè)，橋梁的梁體質(zhì)量很大，相當(dāng)于對橋墩進(jìn)行了加壓，增大了橋墩周圍的荷載。從圖中可以看出，在架梁施工過程中，由于橋墩周圍荷載明顯增大，橋墩出現(xiàn)了明顯的下沉趨勢，而遠(yuǎn)離施工區(qū)域的橋梁墩臺則無明顯變化。

3.2 成品油管道下穿鄭徐客運專線工程

錦州至鄭州成品油管道下穿鄭徐客運專線鄭汴特大橋護管涵工程為管涵施工，兩個橋墩中間開挖寬度為5m，距離橋墩較遠(yuǎn)，開挖深度為2m，施工規(guī)模較小。緊鄰施工區(qū)域的橋墩時間-沉降曲線如圖3所示，在施工影響范圍內(nèi)但離施工區(qū)域較遠(yuǎn)的橋墩時間-沉降曲線如圖4所示。

7月1日至7月11日為工程開挖階段，7月19日至7月27日為回填階段，在施工開挖和回填期間，緊鄰施工區(qū)域、在施工影響范圍內(nèi)但離施工區(qū)域較遠(yuǎn)的橋梁墩臺的沉降量均未出現(xiàn)較為明顯的變化。

圖3 橋墩時間-沉降曲線圖（緊鄰施工區(qū)）

圖4 橋墩時間-沉降曲線圖（遠(yuǎn)離施工區(qū)）

4 高鐵線下工程施工的沉降分析

通過對兩個工程施工時沉降觀測成果的對比分析發(fā)現(xiàn)，高鐵線下施工時，橋墩附近有較大荷載變化的容易引起橋梁墩臺的沉降變化，橋墩周圍荷載變小時，周邊橋梁墩臺會上升；橋墩周圍荷載變大時，周邊的橋梁墩臺會下沉。在施工影響范圍內(nèi)但附近沒有明顯荷載變化的，并不會出現(xiàn)較大的沉降變化。

通過對沉降值的對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相鄰的兩個橋墩，一個因為較大荷載變化出現(xiàn)明顯的沉降變化，而另一個沒有沉降變化時，兩個橋梁墩臺之間容易發(fā)生差異沉降，影響橋梁穩(wěn)定，對梁體造成極大損害。因此，在高鐵線下施工時要進(jìn)行實時觀測，通過實時觀測數(shù)據(jù)分析單個橋墩的沉降變化值和相鄰兩個橋墩之間的差異沉降值，以便指導(dǎo)工程施工。

工程施工結(jié)束后要對高鐵運營進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，前期施工時，荷載變小造成橋梁墩臺的上升，后期雖然加大了橋墩附近的荷載，但通過對觀測數(shù)據(jù)的分析，橋墩并沒有恢復(fù)到施工前期的狀態(tài)。因此，在高鐵線下施工對高鐵進(jìn)行監(jiān)測時，要根據(jù)項目特點和已運營線路的沉降值設(shè)置橋梁墩臺的沉降預(yù)警值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)橋墩的累計沉降值和差異沉降值超過預(yù)警值時，要及時停工，分析引起沉降變化的原因，并及時采取補救措施[2-3]。

5 結(jié)束語

高鐵線下施工的沉降變形觀測與評估是高速鐵路建設(shè)運營的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到高鐵的使用壽命和運營安全。科學(xué)、有效地制定沉降變形觀測方案，合理地分析地基區(qū)域沉降和預(yù)測施工后沉降是重中之重。根據(jù)實例，對高鐵線下施工時進(jìn)行實時的沉降變形監(jiān)測，判斷各施工階段、施工規(guī)模對高鐵的影響，可以為類似工程提供參考依據(jù)。