運(yùn)營(yíng)期高速鐵路基礎(chǔ)變形管理工作的思考

索廣建 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)部

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，運(yùn)營(yíng)里程的不斷增長(zhǎng)，其所跨越的地理范圍也越來(lái)越大，地理環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)后一些構(gòu)筑物受環(huán)境影響發(fā)生一定的變形，如線路基礎(chǔ)、橋梁等發(fā)生偏移、沉降和上拱等病害，如何發(fā)現(xiàn)、控制并整治這些病害，以滿足高速鐵路高速度、高平順性、高舒適性的要求，是設(shè)備管理單位和路局業(yè)務(wù)主管部門面臨的緊要問(wèn)題。

在高速鐵路發(fā)展的歷史進(jìn)程中，我局的設(shè)備管理單位進(jìn)行了大量的摸索和實(shí)踐，以期做好線路設(shè)備的管理工作。

一種是各車間自行組織人員開(kāi)展本車間范圍內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)工作，人員根據(jù)需要臨時(shí)抽調(diào)；另一種由工務(wù)段或高鐵段組織專業(yè)技術(shù)人員成立測(cè)量組開(kāi)展測(cè)量工作，相比前者，后者在人員組織上有一定的進(jìn)步。但是，這兩種組織方式都有很強(qiáng)的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）人員非測(cè)量專業(yè)。

（2）局限性強(qiáng)，只有沉降監(jiān)測(cè)，未開(kāi)展橫向監(jiān)測(cè)。

（3）技術(shù)性不強(qiáng)，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的超平作業(yè)。

（4）數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法反映基礎(chǔ)的實(shí)際變形。

（5）沒(méi)有專業(yè)管理，無(wú)法按確定的周期執(zhí)行。

雖然存在各種各樣的問(wèn)題，但也是我國(guó)高速鐵路發(fā)展的過(guò)程中鐵路人摸索高速鐵路設(shè)備，線路基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)邁出的寶貴的一步，是很大的進(jìn)步，為后期實(shí)現(xiàn)高速鐵路基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)統(tǒng)一管理打下了基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，高速鐵路的快速發(fā)展和高平順的要求，使得車間或工務(wù)段測(cè)量組的人員技術(shù)水平難以滿足實(shí)際要求，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也無(wú)法反映監(jiān)測(cè)地段變化速率、穩(wěn)定性情況及是否可以進(jìn)行整治等問(wèn)題，給設(shè)備管理工作帶來(lái)了困擾，這種模式很難持久。于是，上海局探索出由集團(tuán)公司統(tǒng)一管理，專業(yè)公司組織實(shí)施，第三方評(píng)估單位進(jìn)行評(píng)價(jià)的高速鐵路監(jiān)測(cè)管理體系，使變形監(jiān)測(cè)的管理工作系統(tǒng)化。

1 變形監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容

被列入變形監(jiān)測(cè)的地段稱為重點(diǎn)地段，是高速鐵路線路設(shè)備中應(yīng)特別關(guān)注的地段。主要工作內(nèi)容有：監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)、沉降觀測(cè)、橫向觀測(cè)、CPⅢ不定期修復(fù)、變形監(jiān)測(cè)報(bào)告編制。

2 變形監(jiān)測(cè)地段確定的基本原則

變形監(jiān)測(cè)地段根據(jù)線路動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)的線路不良地段、地面區(qū)域性不均勻沉降區(qū)段、沿線周邊因施工影響工務(wù)設(shè)備穩(wěn)定的地段、周邊環(huán)境（如抽取地下水、采空、堆載等活動(dòng)）發(fā)生變化的地段來(lái)確定。

3 監(jiān)測(cè)地段具體范圍的劃定

變形監(jiān)測(cè)地段應(yīng)從穩(wěn)定點(diǎn)到穩(wěn)定點(diǎn)，也就是說(shuō)監(jiān)測(cè)地段應(yīng)含有兩端穩(wěn)定的基礎(chǔ)和中間沉降的范圍。對(duì)于橫向也是一樣，監(jiān)測(cè)地段含有變形區(qū)段和穩(wěn)定區(qū)段。

變形監(jiān)測(cè)具體范圍的劃定是個(gè)難點(diǎn)，在缺乏數(shù)據(jù)支撐時(shí)，確定每一處監(jiān)測(cè)地段具體的監(jiān)測(cè)范圍或長(zhǎng)度是很困難的，只能是預(yù)先確定一個(gè)范圍，邊監(jiān)測(cè)邊調(diào)整，是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的過(guò)程。

4 變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求

變形監(jiān)測(cè)中的水平位移監(jiān)測(cè)采用變形測(cè)量二等精度，垂直位移監(jiān)測(cè)采用變形測(cè)量三等精度，具體測(cè)量等級(jí)劃分及精度要求見(jiàn)表1。

表1 變形監(jiān)測(cè)等級(jí)及精度要求

5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析管理

5.1 建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)管理指標(biāo)

要做好監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理，必須建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，如特征點(diǎn)、特征斷面、單次月變形量、月平均變形量等，以反映變形監(jiān)測(cè)區(qū)段的總體基礎(chǔ)變化情況。

5.2 變形監(jiān)測(cè)地段計(jì)劃管理

5.2.1 監(jiān)測(cè)地段的新增

依據(jù)前面的變形地段確定的基本原則，對(duì)需要納入監(jiān)測(cè)的地段，設(shè)備管理單位提報(bào)監(jiān)測(cè)需求，利用已有的資料確定監(jiān)測(cè)的范圍，審核下達(dá)監(jiān)測(cè)計(jì)劃任務(wù)。

5.2.2 周期調(diào)整

監(jiān)測(cè)周期原則上1 月1 次，后續(xù)根據(jù)監(jiān)測(cè)地段變形動(dòng)態(tài)調(diào)整。沉降監(jiān)測(cè)周期調(diào)整的基本原則是：當(dāng)特征點(diǎn)月平均變形量均大于1 mm 且當(dāng)月變形量大于2 mm 時(shí)，應(yīng)酌情縮短監(jiān)測(cè)周期；特征點(diǎn)連續(xù)3 個(gè)月變形值均小于0.6 mm/月且當(dāng)月變形量小于等于0.5 mm 時(shí)，應(yīng)酌情延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期；連續(xù)9 個(gè)月累積變形小于3 mm 時(shí)報(bào)請(qǐng)路局工務(wù)部和設(shè)備管理單位申請(qǐng)取消此地段的變形監(jiān)。

如原先變化很快的地段，有特殊需要可以延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期至1 年1 次，也可以采用線形測(cè)量來(lái)跟蹤取消監(jiān)測(cè)后的基礎(chǔ)穩(wěn)定情況，線形測(cè)量的間隔一般是半年。

橫向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整的基本原則是：當(dāng)特征點(diǎn)月平均變形量均大于3 mm 且當(dāng)月變形量大于5 mm 時(shí)，應(yīng)酌情縮短監(jiān)測(cè)周期；特征點(diǎn)連續(xù)3 個(gè)月變形值均小于2 mm/月且當(dāng)月變形量小于等于3 mm 時(shí)，應(yīng)酌情延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期。

5.3 監(jiān)測(cè)范圍的調(diào)整

范圍的調(diào)整一種是延長(zhǎng)區(qū)段長(zhǎng)度。通過(guò)三四期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析或監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，沉降的范圍比監(jiān)測(cè)范圍長(zhǎng)或原先穩(wěn)定的地段發(fā)生變形，就要延長(zhǎng)一端或兩端的范圍。另一種是縮短區(qū)段長(zhǎng)度，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，原先中間的沉降區(qū)段趨于穩(wěn)定長(zhǎng)度在縮短，可以將監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)縮，以保證兩端的穩(wěn)定段長(zhǎng)度在200 m 左右。

6 變形監(jiān)測(cè)預(yù)警

變形監(jiān)測(cè)預(yù)警，旨在告知設(shè)備管理單位或路局業(yè)務(wù)部門監(jiān)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的基礎(chǔ)變化較快地段的監(jiān)測(cè)信息，以引起重視。當(dāng)變化量達(dá)到預(yù)警值后，應(yīng)酌情縮短監(jiān)測(cè)周期或及時(shí)書(shū)面報(bào)告路局業(yè)務(wù)主管部門、設(shè)備管理單位和鐵路公司。

7 監(jiān)測(cè)過(guò)程管理

7.1 基準(zhǔn)的穩(wěn)定性分析

沉降監(jiān)測(cè)中應(yīng)首先進(jìn)行起算點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)，即比較起算基準(zhǔn)點(diǎn)之間的觀測(cè)高差值與路局管理部門頒布的兩點(diǎn)間高差之差。當(dāng)線路閉合差和線路不符值均大于±4 時(shí)，應(yīng)對(duì)線路起點(diǎn)和終點(diǎn)點(diǎn)位的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。并按規(guī)定變更線路起點(diǎn)或終點(diǎn)與備用基點(diǎn)，并建立下一個(gè)備用基點(diǎn)。

7.2 保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的延續(xù)性

更換不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)后，應(yīng)檢查分析與不穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn)有關(guān)的各期變形測(cè)量成果，在剔除不穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn)的影響后，重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查處理，建立新舊基準(zhǔn)的聯(lián)系，保證變形成果的可延續(xù)性。

對(duì)于重新開(kāi)始監(jiān)測(cè)的歷史地段，同樣要先分析原有基準(zhǔn)點(diǎn)，保持歷史數(shù)據(jù)的延續(xù)性。

7.3 保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的完整性

變形監(jiān)測(cè)中，根據(jù)要求布設(shè)了很多的橫斷面和縱斷面，每一個(gè)斷面上監(jiān)測(cè)點(diǎn)在實(shí)際的操作中都要有完整的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的缺少，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的各種變化量不完整，也無(wú)法正確提取各期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的各種變形量。實(shí)際中發(fā)現(xiàn)不但加密斷面上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)有缺失，CPⅢ點(diǎn)上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也經(jīng)常有缺少和更新高程的情況，這就要引起監(jiān)測(cè)單位的重視，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作的管理。

7.4 確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性

工作量的完整、如果沒(méi)有下達(dá)范圍調(diào)整計(jì)劃，對(duì)于一期垂向監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)起點(diǎn)至終點(diǎn)范圍內(nèi)的所有縱斷面上的點(diǎn)都要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能缺少斷面和缺少監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不完整，提取的特征點(diǎn)就不能反映監(jiān)測(cè)區(qū)段的基礎(chǔ)變形情況。

橫向監(jiān)測(cè)也是一樣，早期的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，有的線形測(cè)量只完成的一個(gè)行別的測(cè)量，或者說(shuō)有一個(gè)行別工作量只完成了一部分，這都是不允許的，應(yīng)及時(shí)增補(bǔ)計(jì)劃，提交一期完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

7.5 做好變形監(jiān)測(cè)分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析是基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)工作的重要內(nèi)容，過(guò)程中更要注意基礎(chǔ)的差異變化。如圖1 這個(gè)地段，僅從各期沉降監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)看，現(xiàn)場(chǎng)的變形是不可能，差異沉降很大。經(jīng)調(diào)查，這里是既有車站改造的高鐵車站，下行線位于原老線位置，上行線位于新線的位置，而且線路沿線分布有小的涵洞、立交橋，還有下穿的大型公路立交橋。

圖1 變形監(jiān)測(cè)情況

其他相關(guān)影響因素的作用分析，主要包含：施工、溫度、環(huán)境變化、應(yīng)力應(yīng)變等其他工況信息。

對(duì)于監(jiān)測(cè)中的特殊結(jié)構(gòu)物，如長(zhǎng)大連續(xù)梁、提籃拱、轉(zhuǎn)體梁量、長(zhǎng)達(dá)鋼梁橋等，其變化與溫度都有關(guān)系，在測(cè)量時(shí)要分析與季節(jié)溫度的關(guān)系，記錄每次測(cè)量的氣溫。

每次測(cè)量完成后還需與結(jié)構(gòu)物變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在數(shù)據(jù)異常地段要查明原因，并進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，確認(rèn)測(cè)量無(wú)誤后應(yīng)立即預(yù)警。對(duì)于沉降變形較大的，由線路、地質(zhì)、軌道、橋梁等相關(guān)專業(yè)共同研究分析，提出解決方案。

8 加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估工作

數(shù)據(jù)的評(píng)估管理對(duì)于確保數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)可靠很重要，施測(cè)單位測(cè)量的數(shù)據(jù)，必須是真實(shí)可靠，滿足精度反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變化的，基于可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，才能做出正確的判斷，采取有效的管理措施。

（1）質(zhì)量的評(píng)估。整個(gè)集團(tuán)公司十幾條高速鐵路的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工作量很大，技術(shù)性很強(qiáng)，需要由專業(yè)的單位對(duì)每月完成的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、核對(duì)和數(shù)據(jù)評(píng)估，合格的數(shù)據(jù)才能交付設(shè)備管理單位使用。

（2）在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中雖然對(duì)施工方案進(jìn)行了評(píng)審，明確了作業(yè)方法、作業(yè)流程，但是不同的監(jiān)測(cè)單位提交的成果還是差別很大的，有些是明顯的錯(cuò)誤，這要求評(píng)估單位對(duì)這些情況進(jìn)行檢查、相關(guān)單位進(jìn)行整改反饋。

（3）每月對(duì)施工單位完成的工作量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每季度對(duì)各條高鐵線路變形監(jiān)測(cè)完成的任務(wù)量進(jìn)行預(yù)結(jié)算，也是評(píng)估單位的一項(xiàng)重要工作。

9 不斷摸索和建立完善的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多，數(shù)據(jù)量大、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，又有很強(qiáng)的時(shí)效性，需要分析大量的數(shù)據(jù)，因此高速鐵路的變形監(jiān)測(cè)急需建立完整的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)評(píng)估、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等功能，需要在變形監(jiān)測(cè)重點(diǎn)地段的管理過(guò)程中不斷的摸索和對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，逐步建立和完善。這是我國(guó)高速鐵路信息化發(fā)展的方向，也是運(yùn)營(yíng)高速鐵路科學(xué)管理的需要。

10 明確變形監(jiān)測(cè)的意義和重要性

（1）確保設(shè)備的安全。根據(jù)重點(diǎn)地段的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警信息，設(shè)備管理單位可以清楚的了解掌握這些不良設(shè)備的具體變化情況，及時(shí)采取相應(yīng)的措施和方法，保障了高速鐵路的行車安全。

（2）節(jié)約費(fèi)用。以往在鐵路建設(shè)期也好，或在運(yùn)營(yíng)期，對(duì)構(gòu)筑物或基礎(chǔ)的變形監(jiān)測(cè)多是確定一個(gè)周期由施測(cè)單位按時(shí)間去完成，現(xiàn)在的高速鐵路變形監(jiān)測(cè)由專門的部門進(jìn)行管理，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行實(shí)時(shí)周期和范圍的調(diào)整或地段取消，真正實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)費(fèi)用使用的最大化，極大地節(jié)約了監(jiān)測(cè)費(fèi)用。

（3）掌握一些特殊設(shè)備的變化規(guī)律。我國(guó)高速鐵路的基礎(chǔ)形式多種多樣，如大跨度轉(zhuǎn)體連續(xù)梁、大跨度連續(xù)梁、連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)梁等，其變化情況可能與設(shè)計(jì)的有所不同，這就要在高鐵的運(yùn)營(yíng)期去發(fā)現(xiàn)，積累，了解其真實(shí)的變化情況，根據(jù)其變化特點(diǎn)，對(duì)線路平縱面適時(shí)調(diào)整，滿足高速鐵路各個(gè)季節(jié)的高平順性的要求。

（4）為設(shè)備整治提供數(shù)據(jù)支持。重點(diǎn)地段變形穩(wěn)定后，設(shè)備管理單位和集團(tuán)公司決策部門就可以根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行整治，恢復(fù)線路設(shè)備的良好狀態(tài)。管內(nèi)高鐵多處施工整治都是在監(jiān)測(cè)確認(rèn)穩(wěn)定后進(jìn)行了抬板、橋墩糾偏、移梁糾偏等整治施工。而如果沒(méi)有進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，基礎(chǔ)還不穩(wěn)定就進(jìn)行施工整治，隨著基礎(chǔ)變形量的發(fā)展，可能會(huì)需要再次進(jìn)行整治施工，這樣勢(shì)必增加了不必要的的費(fèi)用。隨著高速鐵路變形監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展的不斷深入和完善，其在高速鐵路日常管理中的作用和地位日趨明顯，是運(yùn)營(yíng)期高速鐵路的一種重要的管理工作，也是高速鐵路快速發(fā)展的需要，對(duì)于確保高速鐵路的安全和發(fā)展有著極為重要的意義。