朔黃重載鐵路某路橋過(guò)渡段沉降監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)

涂仁盼，冷伍明，聶如松，范瑞祥

朔黃重載鐵路某路橋過(guò)渡段沉降監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)

涂仁盼1, 2，冷伍明1, 3，聶如松1, 3，范瑞祥1, 2

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063；3. 中南大學(xué) 重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

隨著大軸重、長(zhǎng)編組重載列車的大量運(yùn)行，路基會(huì)發(fā)生較大累積變形，特別是路橋及路涵過(guò)渡段路基。對(duì)路基進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)和沉降趨勢(shì)預(yù)測(cè)可及時(shí)了解路基工作狀態(tài)，有效保障重載列車的運(yùn)營(yíng)安全。采用水平梁式傾斜儀對(duì)朔黃重載鐵路某路橋過(guò)渡段路基的差異沉降進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，探討差異沉降量隨列車?yán)鄯e荷載的變化規(guī)律，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。研究結(jié)果表明：過(guò)渡段各斷面路基相對(duì)橋臺(tái)的差異沉降量隨著列車?yán)鄯e荷載的增加而逐漸增加，且沿線路縱向并遠(yuǎn)離橋臺(tái)方向逐漸增大；指數(shù)曲線-GM(1,1)組合預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)精度及穩(wěn)定可靠性，能夠用于過(guò)渡段差異沉降量預(yù)測(cè)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、自動(dòng)采集與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的功能，測(cè)量精度高，可用于毫米級(jí)沉降及沿線路縱向的差異沉降監(jiān)測(cè)。

重載鐵路路基；路橋過(guò)渡段；差異沉降；沉降監(jiān)測(cè)；沉降預(yù)測(cè)

重載鐵路運(yùn)輸因其運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低而受到世界各國(guó)的廣泛重視。根據(jù)我國(guó)鐵路運(yùn)輸基本國(guó)情，發(fā)展大軸重、長(zhǎng)編組重載列車是重載鐵路發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是有效提高煤碳運(yùn)輸能力的重要舉措。隨著重載列車軸重的增大及編組的加長(zhǎng)，路基所承受的列車荷載循環(huán)作用也會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致路基更易發(fā)生永久變形且服役狀態(tài)更易惡化。因此，對(duì)重載鐵路路基進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)和控制十分必要。另外，開展路基長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)，可獲得路基沉降隨時(shí)間和列車通行噸位的發(fā)展規(guī)律，為既有重載鐵路路基沉降預(yù)測(cè)理論的發(fā)展提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)與預(yù)測(cè)方法方面的研究取得了豐碩的成果。杜彥良等[1]采用鐵環(huán)分層沉降儀法開展路基沉降監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，并采用傳統(tǒng)GM(1,1)模型和修正GM(1,1)模型進(jìn)行最終沉降量的對(duì)比預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：修正GM(1,1)模型預(yù)測(cè)精度更高，適用范圍更廣。王光勇[2]采用先進(jìn)的無(wú)測(cè)桿智能數(shù)碼監(jiān)測(cè)元件進(jìn)行路基變形監(jiān)測(cè)，并利用曲線擬合法進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)Asaoka法的預(yù)測(cè)結(jié)果最為準(zhǔn)確，三點(diǎn)法預(yù)測(cè)結(jié)果偏小，指數(shù)曲線法和雙曲線法預(yù)測(cè)結(jié)果偏大。趙明華等[3]引用最優(yōu)加權(quán)組合建模理論，建立Logistic-Gompertz最優(yōu)加權(quán)幾何平均組合沉降預(yù)測(cè)模型。通過(guò)工程實(shí)例表明，該組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度與可靠性均優(yōu)于Logistic模型和Gompertz模型。本文選取我國(guó)朔黃鐵路某一路橋過(guò)渡段，開展過(guò)渡段路基的長(zhǎng)期累積和差異沉降監(jiān)測(cè)。課題組選用的水平梁式測(cè)斜儀既能滿足既有重載鐵路沉降量級(jí)小、精度要求高的特點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、自動(dòng)采集與傳輸數(shù)據(jù)的功能，且能有效避免干擾行車。經(jīng)過(guò)歷時(shí)半年的監(jiān)測(cè)，獲得了大量的路橋過(guò)渡段沉降數(shù)據(jù)，分析了路基過(guò)渡段沉降變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，提出適用于既有重載鐵路路基沉降量隨列車?yán)鄯e荷載變化的預(yù)測(cè)模型，為既有重載鐵路路橋過(guò)渡段路基沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)，沉降規(guī)律和預(yù)測(cè)理論，以及維修養(yǎng)護(hù)提供參考。

1 監(jiān)測(cè)原理與方法

基于水平梁式測(cè)斜原理的路基長(zhǎng)期累積和差異沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由JTM-U6000JB水平梁式傾斜儀、CR800數(shù)據(jù)采集箱、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊(DTU649)、太陽(yáng)能電板、蓄電池和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)組成。水平梁式傾斜儀測(cè)試沉降的原理是：將水平梁的一端固定在基準(zhǔn)點(diǎn)，另一端固定在監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)路基發(fā)生差異沉降時(shí)改變了水平梁的傾角從而改變傾斜儀傳感器的電壓輸出值(V)，該電壓輸出值可按下式(1)轉(zhuǎn)換為傾斜讀數(shù)(mm/m)，將當(dāng)前的傾斜讀數(shù)減去初始傾斜讀數(shù)再乘以梁的長(zhǎng)度(2個(gè)錨頭之間的距離)，即可得到水平梁兩端的差異沉降值(m)。

式中：為水平梁傾斜讀數(shù)；為傾斜儀傳感器電壓讀數(shù)；為傳感器率定參數(shù)，代表傳感器自身 屬性。

監(jiān)測(cè)過(guò)程中，將水平梁逐個(gè)首尾連接，則可得到該監(jiān)測(cè)區(qū)段路基各監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生的差異沉降值。該水平梁式傾斜儀標(biāo)稱精度為±0.01°，轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)的沉降量約0.17 mm，可用于監(jiān)測(cè)路基面沿線路縱向的差異沉降量。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析

2.1 工程概況

選取朔黃重載鐵路K248+100~K248+270作為試驗(yàn)工點(diǎn)，該工點(diǎn)位于河北省平山縣境內(nèi)，屬于路橋過(guò)渡段。該工點(diǎn)原為路涵過(guò)渡段，涵洞為凈寬高均為5 m的蓋板涵，為滿足當(dāng)?shù)亟煌òl(fā)展的需要，于2016年在蓋板涵位置采用頂推法施工了一座兩跨的框構(gòu)橋，該框構(gòu)橋及過(guò)渡段橫、縱斷面如圖1所示，該橋總長(zhǎng)37.5 m，凈跨17 m，邊墩墻厚1.2 m，中間墩寬1.1 m。該橋施工完成后，橋兩端過(guò)渡段沉降較大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程師估算，沉降大約80 mm。橋上為雙線鐵路，包括上行重車與下行空車雙線。重車線采用75 kg/m型鋼軌，Ⅲ型混凝土軌枕。橋上道砟厚度約為1.45 m，過(guò)渡段道砟厚約0.5 m。過(guò)渡段路肩進(jìn)行了加寬和強(qiáng)化處理，加寬后的路肩寬度為1.8 m。兩線的線間距為4 m。路基邊坡高為4 m，坡率為1:1.5，采用種草防護(hù)、拱形漿砌片石骨架護(hù)坡。路基填料為當(dāng)?shù)貜V泛分布的低液限Q4al+pl粉質(zhì)黏土，基本承載力為170 kPa，地下水位深4~5 m。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法

基于水平梁式測(cè)斜原理的路基長(zhǎng)期累積和差異沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝方法如下。

單位：m

2.2.1 固定水平梁式測(cè)斜儀

水平梁式傾斜儀分別安裝在橋涵西側(cè)過(guò)渡段K248+160~170和橋涵東側(cè)過(guò)渡段K248+200~210重車線中心軌枕上，兩側(cè)監(jiān)測(cè)區(qū)段各安裝5根水平梁，每根梁長(zhǎng)2 m，每根梁上布置一個(gè)傾斜儀，如圖2所示。

2.2.2 連接傳感器與數(shù)據(jù)采集器

通過(guò)通訊電纜將傾斜儀傳感器連接到數(shù)據(jù)采集箱中的采集模塊上，每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)采集模塊的不同通道，并將通訊電纜套上PVC管加以保護(hù)。

2.2.3 安裝無(wú)線傳輸模塊

將太陽(yáng)能電板固定在剛支架上并置于陽(yáng)光充足處，太陽(yáng)能電板通過(guò)中介控制器與蓄電池和電源輸出端相連，將插入4G移動(dòng)SIM卡的無(wú)線傳輸模塊連接4G天線和電源線并放入數(shù)據(jù)采集箱中 固定。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該路橋過(guò)渡段進(jìn)行了為期125 d的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣頻率設(shè)置為6 h/次，為避免列車通過(guò)時(shí)的震動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響，選取每周天窗時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為研究監(jiān)測(cè)期間內(nèi)路橋過(guò)渡段路基產(chǎn)生的差異沉降量隨線路運(yùn)行狀況的變化，本文將一定期間內(nèi)通過(guò)過(guò)渡段的列車自重及列車裝載的貨運(yùn)量的總和定為該期間內(nèi)的列車?yán)鄯e荷載。通過(guò)收集整個(gè)監(jiān)測(cè)期間通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)段的車輛列數(shù)、每列車廂節(jié)數(shù)以及貨運(yùn)重量數(shù)據(jù)，繪制橋臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡段路基沉降量隨列車?yán)鄯e荷載變化曲線圖，如圖3和圖4所示。

圖2 水平梁式傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)布置圖

(a) K248+200~K248+210；(b) K248+135~K248+145

分析圖3~4可知：

1) 過(guò)渡段路基相對(duì)橋臺(tái)的差異沉降量隨列車?yán)鄯e荷載的增加而逐漸增加，且變化幅度表現(xiàn)為在前期增長(zhǎng)較快，中期有所減慢，后期保持微小變化并趨于穩(wěn)定，表明在列車?yán)鄯e荷載長(zhǎng)期作用下路基發(fā)生了一定的累積塑性變形；

(a) K248+200~K248+210；(b) K248+135~K248+145

2) 過(guò)渡段路基相對(duì)橋臺(tái)的差異沉降量表現(xiàn)為沿線路縱向并遠(yuǎn)離橋臺(tái)方向逐漸增大，并在橋臺(tái)最遠(yuǎn)端沉降量達(dá)到最大；

3) 過(guò)渡段路基相對(duì)橋臺(tái)的差異沉降量在經(jīng)過(guò)約1×109t列車?yán)鄯e荷載作用后均趨于穩(wěn)定狀態(tài)，其中橋東、西2監(jiān)測(cè)段最大沉降量分別穩(wěn)定在0.4 mm和0.8 mm左右，分析原因主要是由于東西兩側(cè)路堤填料密實(shí)度差異導(dǎo)致的差異沉降，且沉降量級(jí)很小，表明該過(guò)渡段路基在運(yùn)行25 t軸重列車時(shí)能夠滿足穩(wěn)定性要求；

4) 基于水平梁式測(cè)斜原理的沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量精度高，可用于監(jiān)測(cè)毫米級(jí)以上的路基沉降量及沿線路縱向的差異沉降量。

3 沉降預(yù)測(cè)分析

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，指數(shù)曲線模型適用于長(zhǎng)期次固結(jié)沉降不明顯的情況，GM(1,1)模型適用于預(yù)測(cè)路基工后沉降，而對(duì)于運(yùn)營(yíng)多年的朔黃重載鐵路路基，現(xiàn)階段路基發(fā)生沉降主要是路堤填料的蠕變變形、地基次固結(jié)沉降及行車荷載作用下路基的永久變形耦合在一起的結(jié)果，這一階段總沉降增加極為緩慢，沉降量表現(xiàn)為量級(jí)小、數(shù)據(jù)相對(duì)波動(dòng)較大的特點(diǎn)，因此用一種預(yù)測(cè)模型很難反映運(yùn)營(yíng)多年既有重載鐵路路基的沉降變化規(guī)律。本文選用反映不同沉降規(guī)律的單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型，并按一定方式組合，使組合預(yù)測(cè)模型更好反映實(shí)際沉降規(guī)律，以改善預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度。

3.1 單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型

3.1.1 指數(shù)曲線模型

指數(shù)曲線法是以土層平均固結(jié)度為時(shí)間的指數(shù)函數(shù)出發(fā)，根據(jù)固結(jié)度方程和固結(jié)度定義得出固結(jié)沉降表達(dá)式：

式中：為某時(shí)刻沉降量；∞為最終沉降量；和為地基的地質(zhì)條件及排水條件確定的常數(shù)。

3.1.2 GM(1,1)模型

GM(1,1)模型的建模過(guò)程如下。

設(shè)原始數(shù)據(jù)序列為等時(shí)距序列：

將式(4)進(jìn)行一次累加生成，得到新的序列為：

其中：

將式(5)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)可得：

式中：為發(fā)展系數(shù)；為灰色作用量。

從而可得GM(1,1)預(yù)測(cè)模型為：

3.2 指數(shù)曲線-GM(1,1)組合預(yù)測(cè)模型的建立

假定某問題有種沉降預(yù)測(cè)模型，若用y表示第期的實(shí)際沉降觀測(cè)值，=1, 2, …,，y表示第種預(yù)測(cè)模型第期的預(yù)測(cè)值，y表示該種預(yù)測(cè)模型的加權(quán)幾何平均組合模型第期的預(yù)測(cè)值，w表示單項(xiàng)預(yù)測(cè)方法的權(quán)重系數(shù)則有：

設(shè)S，S分別表示y和y的對(duì)數(shù)誤差，則有：

則可得第期的組合預(yù)測(cè)值對(duì)數(shù)誤差平方 和為：

解上述最優(yōu)化數(shù)學(xué)規(guī)劃方程，可得[4]：

特別地，對(duì)于2種單項(xiàng)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行組合形成的加權(quán)幾何組合預(yù)測(cè)模型，其最優(yōu)加權(quán)系數(shù)為：

則指數(shù)曲線-GM(1,1)沉降組合預(yù)測(cè)模型為：

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果沉降預(yù)測(cè)分析

選取監(jiān)測(cè)試驗(yàn)段的K248+143斷面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)為期近4個(gè)月的監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)指數(shù)曲線模型和GM(1,1)模型的建模原理，借助MATLAB軟件進(jìn)行擬合，可得到指數(shù)曲線模型的預(yù)測(cè)公式為：

GM(1,1)模型的預(yù)測(cè)公式為：

根據(jù)權(quán)重系數(shù)求解原理可求得最優(yōu)權(quán)系數(shù)為：

由此，可得到最優(yōu)加權(quán)幾何平均GM(1,1)-指數(shù)曲線組合預(yù)測(cè)模型為：

根據(jù)該組合預(yù)測(cè)模型可得任意列車?yán)鄯e荷載作用下的預(yù)測(cè)沉降值(見表3)，同時(shí)可計(jì)算得到各預(yù)測(cè)模型的絕對(duì)誤差平方和，標(biāo)準(zhǔn)誤差，相對(duì)誤差平方和以及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差(見表2)，并可繪出預(yù)測(cè)模型與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖(見圖5)。

表1 K248+143斷面沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)

表2 預(yù)測(cè)模型誤差檢驗(yàn)指標(biāo)比較

表3 不同預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)列車?yán)鄯e荷載作用下沉降量結(jié)果對(duì)比

圖5 預(yù)測(cè)沉降值與實(shí)測(cè)值比較

分析以上模型預(yù)測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

1) 指數(shù)曲線-GM(1,1)組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間絕對(duì)誤差范圍為0~0.018 mm，相對(duì)誤差范圍為0~1.53%，誤差主要集中在列車?yán)鄯e荷載作用前期，后期預(yù)測(cè)量與實(shí)際沉降量非常接近，且比指數(shù)曲線單項(xiàng)模型和GM(1,1)單項(xiàng)模型的后期預(yù)測(cè)量都要準(zhǔn)確；

2) 從評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型擬合值與實(shí)測(cè)值相關(guān)程度指標(biāo)Y來(lái)看，在本工程實(shí)例中，指數(shù)曲線模型≈組合預(yù)測(cè)模型>GM(1,1)模型，且組合預(yù)測(cè)模型與指數(shù)曲線模型的相關(guān)系數(shù)非常接近，這表明組合預(yù)測(cè)模型和指數(shù)曲線模型的擬合值與實(shí)測(cè)值相關(guān)程度基本一致，均具有較高的相關(guān)性；

3) 從評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型精度指標(biāo)的和來(lái)看，在本工程實(shí)例中，GM(1,1)模型>指數(shù)曲線模型=組合預(yù)測(cè)模型，表明組合預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度與指數(shù)曲線模型基本一致，均有較高的預(yù)測(cè)精度；

4) 從評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型穩(wěn)定可靠性指標(biāo)的和來(lái)看，在本工程實(shí)例中，指數(shù)曲線模型>GM(1,1)模型>組合預(yù)測(cè)模型，且組合預(yù)測(cè)模型的相對(duì)誤差平方和較指數(shù)曲線模型下降了99.42%，表明組合預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定可靠性較指數(shù)曲線模型有很大程度的提高。

綜合上述分析可知，對(duì)于運(yùn)營(yíng)期重載鐵路路基在列車?yán)鄯e荷載作用下所發(fā)生的小量級(jí)沉降，指數(shù)曲線-GM(1,1)組合預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)精度及穩(wěn)定可靠性，能夠滿足對(duì)路基工后沉降的預(yù)測(cè)要求，其次是指數(shù)曲線單項(xiàng)預(yù)測(cè)模型。

4 結(jié)論

1) 將基于水平梁式測(cè)斜原理的路基長(zhǎng)期累積和差異沉降自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于朔黃鐵路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、自動(dòng)采集與自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的功能，測(cè)量精度高，可用于監(jiān)測(cè)沉降量級(jí)小的路基沉降量及沿線路縱向的差異沉降量。

2) 過(guò)渡段路基相對(duì)橋臺(tái)的差異沉降量隨列車?yán)鄯e荷載的增加而逐漸增加，且沿線路縱向并遠(yuǎn)離橋臺(tái)方向也逐漸增大，并在橋臺(tái)最遠(yuǎn)端沉降量達(dá)到最大。

3) 對(duì)于既有重載鐵路路基在列車?yán)鄯e荷載作用下所發(fā)生的小量級(jí)沉降，指數(shù)曲線-GM(1,1)組合預(yù)測(cè)模型具有較高的預(yù)測(cè)精度及穩(wěn)定可靠性，能夠滿足對(duì)過(guò)渡段路基差異沉降量的預(yù)測(cè)要求。

[1] 杜彥良, 姬來(lái), 劉新福. 高速鐵路路基施工期沉降量的灰色預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 6(1): 36?40. DU Yanliang, JI Lai, LIU Xinfu. Grey prediction mode for construction settlement forecast of embankment of high-speed railway and its application[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2009, 6(1): 36?40.

[2] 王光勇. 武廣客運(yùn)專線路基沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與沉降預(yù)測(cè)[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2009, 26(5): 5?7. WANG Guangyong. Subsidence monitoring system and subsidence prediction for the subgrade of Wuhan- Guangzhou passenger dedicated line[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2009, 26(5): 5?7.

[3] 趙明華, 龍照, 鄒新軍. 基于Logistic曲線和Gompertz曲線的最優(yōu)組合沉降預(yù)測(cè)模型及其應(yīng)用[J]. 公路交通科技, 2007, 24(12): 1?4. ZHAO Minghua, LONG Zhao, ZOU Xinjun. Optimal combinational predictive model of settlement based on Logistic curve and Gompertz and its application[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2007, 24(12): 1?4.

[4] 唐小我. 最優(yōu)組合預(yù)測(cè)方法及其應(yīng)用[J]. 數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理, 1992(1): 31?35. TANG Xiaowo. Optimal combination forecasting method and its application[J]. Journal of Applied Statistics and Management, 1992(1): 31?35.

[5] WANG H, Markine V. Modelling of the long-term behaviour of transition zones: Prediction of track settlement[J]. Engineering Structures, 2018, 156: 294? 304.

[6] LI Dingqing, Davis D. Transition of railroad bridge approaches[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2005, 131(11): 1392? 1398.

[7] Mosleh A, Shamrani A I. Applicability of the rectangular hyperbolic method to settlement predictions of sabkha soils[J]. Geotechnical Geological Engineering, 2004, 22: 563?587.

[8] 徐勇. 高鐵路基沉降預(yù)測(cè)新方法的研究與探討[J]. 湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 31(5):95?97. XU Yong. New method of high speed railway subgrade settlement prediction[J]. Journal of Hubei University of Technology, 2016, 31(5): 95?97.

[9] 歐陽(yáng)煉. GM(1,1)-Logistic路基沉降組合預(yù)測(cè)模型研究與應(yīng)用[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2010, 7(4): 56?60. OUYANG Lian. Research and application of GM(1,1) and Logistic combination forecasting model for subgrade settlement[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2010, 7(4): 56?60.

[10] 喬世范, 方理剛, 劉寶琛. GM(1,1)模型與指數(shù)模型在基樁沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2005, 26(3): 53?55. QIAO Shifan, FANG Ligang, LIU Baochen. Application of GM(1,1) model and index model in settlement prediction of foundation piles[J]. China Railway Science, 2005, 26(3): 53?55.

[11] 冷伍明, 楊奇, 聶如松, 等. 高速鐵路橋梁樁基工后沉降組合預(yù)測(cè)研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(11): 3341?3348. LENG Wuming, YANG Qi, NIE Rusong, et al. Study of post-construction settlement combination forecast method of high-speed railway bridge pile foundation[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(11): 3341?3348.

[12] 陳善雄, 王星運(yùn), 許錫昌, 等. 鐵路客運(yùn)專線路基沉降預(yù)測(cè)的新方法[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(2): 478?482. CHEN Shanxiong, WANG Xingyun, XU Xichang, et al. New method for forecasting subgrade settlement of railway passenger dedicated line[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(2): 478?482.

Monitoring and prediction for a bridge-subgrade transition zone settlement of Shuo-huang heavy haul railway

TU Renpan1, 2, LENG Wuming1, 3, NIE Rusong1, 3, FAN Ruixiang1, 2

(1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China;2. China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd, Wuhan 430063, China;3. MOE Key Laboratory of Engineering Structures of Heavy Haul Railway, Central South University, Changsha 410075, China)

With the large-scale operation of heavy load trains with large axle loads and long consists, greater accumulated deformation will happen to the subgrade, especially the subgrade-bridge and subgrade-culvert transition zone. Settlement monitoring and its trend prediction of subgrade can get its working status in time, and effectively guarantee operation safety of heavy load trains. In this paper, a horizontal beam slant instrument was applied to the differential settlement long-term monitoring of a subgrade-bridge transition zone in Shuo-huang heavy haul railway. The variation law of differential settlement with accumulated train load was discussed, and the prediction of the monitoring results was analyzed. The test results show that the differential settlement of each section between subgrade and bridge abutment gradually increased with the increase of accumulated train loads. The differential settlement along the subgrade lengthways and away from direction of the bridge abutment gradually increased. The combining predicting model of exponential curve-GM (1,1) is of high accuracy and stability reliability, and it can be used to predict the differential settlement of the transition zones. The monitoring system has the function of long-term, real-time, automatic collection and data transmission, and high measurement accuracy. The system can be used to monitor the millimeter-level settlement and the difference settlement along the subgrade lengthways.

heavy haul railway subgrade; subgrade-bridge transition zone; differential settlement; settlement monitoring; settlement prediction

TU411.8

A

1672 ? 7029(2019)06? 1412 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.06.008

2018?08?28

中國(guó)神華集團(tuán)科研專項(xiàng)(SHGF-14-55)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(51878666)

聶如松(1980?)，男，湖南衡陽(yáng)人，副教授，從事鐵路路基工程與橋梁樁基礎(chǔ)方面的教學(xué)與研究；E?mail：nierusong97@csu.edu.cn

(編輯 涂鵬)