沉降觀測(cè)技術(shù)在高鐵無砟軌道中的應(yīng)用

崔 華

南昌市測(cè)繪勘察研究院，江西 南昌 330038

1 作業(yè)要求

隨著我國(guó)高鐵的進(jìn)一步提速，無砟軌道技術(shù)的應(yīng)用成為高鐵工程中的關(guān)鍵。一方面，高鐵無砟軌道施工作業(yè)涉及大量的數(shù)據(jù)分析和探查作業(yè)，尤其在施工過程中需要掌控對(duì)應(yīng)的施工情況；另一方面，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用還需要結(jié)合工程施工環(huán)境的要求，確保各項(xiàng)沉降觀測(cè)技術(shù)滿足工程施工作業(yè)的安全性和可靠性要求。基于無砟軌道的施工作業(yè)要求，需要在施工前確保軌道沉降系數(shù)得到有效控制，針對(duì)橋梁、路隧結(jié)構(gòu)的過渡段，需要控制沉降差低于5mm，其他路段低于15mm，需要對(duì)相關(guān)施工區(qū)域進(jìn)行科學(xué)評(píng)估后開展后續(xù)的施工作業(yè)，并對(duì)鋪設(shè)后的工程進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的沉降差觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間為1～3年。

2 觀測(cè)程序

通常觀測(cè)工作需要利用往、返形式進(jìn)行觀測(cè)，然后根據(jù)各個(gè)觀測(cè)工作的要求有序?qū)嵤Ｍ鶞y(cè)時(shí)，需要根據(jù)奇數(shù)站和偶數(shù)站分別觀測(cè)，奇數(shù)站的觀測(cè)順序與偶數(shù)站存在明顯的差異，要進(jìn)一步重視。返測(cè)時(shí)，務(wù)必根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺的順序進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)對(duì)觀測(cè)樁以及沉降板等內(nèi)容的觀測(cè)要根據(jù)二等變形觀測(cè)方法進(jìn)行，控制觀測(cè)精度在區(qū)間范圍0.1mm以內(nèi)，保留至0.01mm精度。單點(diǎn)沉降計(jì)算法則可以根據(jù)振頻弦頻率觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，確保精度控制在1%以上。

3 觀測(cè)期注意要點(diǎn)

無砟軌道鋪設(shè)務(wù)必要確保沉降變形觀測(cè)工作滿足以下要求：路基填筑或者堆載預(yù)壓等內(nèi)容要確保長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月以上，對(duì)于非巖石地基主體結(jié)構(gòu)，要確?；A(chǔ)沉降觀測(cè)6個(gè)月以上，對(duì)于地質(zhì)條件較好的巖石地基橋涵需要保障對(duì)應(yīng)的周期至少為2個(gè)月以上；梁體徐變上拱段張拉需要確保其觀測(cè)期長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月以上，隧道主體的觀測(cè)要保障在3個(gè)月以上。

4 沉降觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 沉降觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)

沉降觀測(cè)的技術(shù)指標(biāo)要嚴(yán)格按照《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定》以及《高鐵線下工程沉降變形觀測(cè)及評(píng)估實(shí)施方案》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.2 沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布置

（1）布置的基本原則。沉降觀測(cè)施工作業(yè)要根據(jù)斷面以及相關(guān)點(diǎn)位的設(shè)置以及各個(gè)元件的布置方案、集合施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境、地基壓縮層厚度等一系列因素進(jìn)行處理，參照地區(qū)施工方案以及堆載預(yù)壓等相關(guān)施工參數(shù)，科學(xué)構(gòu)建沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)。

（2）觀測(cè)斷面以及相關(guān)設(shè)備的安裝。通常，路堤的觀測(cè)斷面間距大多控制在50m左右，并要確保地勢(shì)平坦、地基條件良好，對(duì)于高度高于51TI路堤地段，可以將觀測(cè)斷面增設(shè)為100m間距。在設(shè)置過程中，要同步設(shè)置基地沉降板以及路面觀測(cè)樁。對(duì)于部分高填路堤，要控制預(yù)壓段以及過渡段的埋設(shè)質(zhì)量，確保沉降觀測(cè)的有效性和合理性。

（3）設(shè)備預(yù)埋件的要求。沉降板主要是針對(duì)基底沉降問題進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沉降板材料主要由鋼底板、金屬側(cè)板等材料組成，具有一定的保護(hù)作用。在復(fù)合地基中將設(shè)備預(yù)埋件嵌入10cm深度位置，其保護(hù)套要略高于沉降板側(cè)桿，并在管口處加蓋封住，確保周邊填料穩(wěn)定。單點(diǎn)沉降計(jì)要設(shè)置于地基底部，大多數(shù)單點(diǎn)沉降計(jì)屬于電感式監(jiān)測(cè)裝置，需要進(jìn)行鉆孔預(yù)埋，并確?？锥创怪保咨钚枰竭_(dá)基巖深度，確?？卓诿軐?shí)緊致。埋設(shè)時(shí)，要確保天氣良好，并在安裝時(shí)保持初始位移。在安裝剖面沉降管時(shí)，要在管兩端位置處采用混凝土進(jìn)行加固，然后對(duì)管主體進(jìn)行保護(hù)，防止管體出現(xiàn)位移變化或者晃動(dòng)等問題，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的出口位置設(shè)定“零”起點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

4.3 沉降觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方法及注意事項(xiàng)

（1）沉降變形觀測(cè)網(wǎng)的建立。要結(jié)合高程控制網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和施工，同時(shí)借助水準(zhǔn)測(cè)量工作，將沉降變形與水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。在使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)前，要確保設(shè)備的有效性和精準(zhǔn)性，采用最新一代的設(shè)備型號(hào)，要按照國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)的要求進(jìn)行控制。

（2）觀測(cè)及采集數(shù)據(jù)方法。對(duì)于沉降觀測(cè)設(shè)備，可以結(jié)合人工質(zhì)量設(shè)備以及計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)控和分析，減少對(duì)應(yīng)的測(cè)算流程和計(jì)算時(shí)間，同時(shí)能夠提高計(jì)算的精準(zhǔn)性。現(xiàn)代化沉降觀測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的高效化和精簡(jiǎn)化，能夠?qū)β坊两蛋逡约奥访嬗^測(cè)樁等坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降測(cè)量工作的快速應(yīng)用和穩(wěn)步實(shí)施。

（3）觀測(cè)注意事項(xiàng)。①剖面沉降檢測(cè)儀以及單點(diǎn)沉降計(jì)等設(shè)備受環(huán)境因素影響較大，需要對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，并結(jié)合對(duì)應(yīng)的天氣開展測(cè)量和施工。一方面，有效掌控環(huán)境能夠最大程度上降低設(shè)備的干擾和影響；另一方面，天氣惡劣的施工環(huán)境必然會(huì)影響相關(guān)參數(shù)，極有可能造成沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)失準(zhǔn)等問題。②在進(jìn)行觀測(cè)作業(yè)時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建完善的觀測(cè)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)等位置進(jìn)行細(xì)化和分析，對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)復(fù)核，確保觀測(cè)點(diǎn)的各項(xiàng)參數(shù)滿足二等變形測(cè)量的要求和基礎(chǔ)，有序開展閉合水準(zhǔn)測(cè)量，將測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校核和檢驗(yàn)，確保設(shè)備的有效性和可靠性。③測(cè)量過程中，對(duì)于人員、設(shè)備、環(huán)境、水準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)五大原則進(jìn)行細(xì)化和研究，保障各項(xiàng)測(cè)量工作的有效性和精準(zhǔn)性，確保各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)滿足測(cè)量工作的基本要求，并在路基開始填筑時(shí)開展對(duì)應(yīng)的測(cè)量工作，構(gòu)建“零”觀測(cè)理念，推動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)與施工實(shí)際情況的有效吻合。特別是路基填筑到路面標(biāo)高時(shí)，需要對(duì)路面觀測(cè)樁進(jìn)行動(dòng)態(tài)性觀測(cè)，提高觀測(cè)頻率和觀測(cè)質(zhì)量。④在觀測(cè)過程中，對(duì)于沉降問題以及周邊荷載帶來的影響，需要進(jìn)行根源性的研究和分析，了解各個(gè)影響因素對(duì)應(yīng)的干擾情況，并結(jié)合特殊天氣、天氣溫度以及地下水變化等情況，分析結(jié)構(gòu)變形變化規(guī)律建議觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的具體情況。

（4）無砟軌道中沉降觀測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)。無砟軌道中，存在元件設(shè)備無法預(yù)埋等問題，需要對(duì)元件的體系以及沉降觀測(cè)板的位置進(jìn)行預(yù)判和研究，不少施工區(qū)域由于位置因素以及其他原因的影響，元件設(shè)備無法進(jìn)行預(yù)埋，影響工作的進(jìn)展和實(shí)施。工程中連接管主要是由PVC套管進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)PVC套管損壞或者出現(xiàn)裂縫必然會(huì)引發(fā)管線施工異常等一系列問題，需要對(duì)沉降觀測(cè)區(qū)域進(jìn)行專人管理，保障各項(xiàng)工作的有序?qū)嵤?。沉降觀測(cè)極容易受周邊環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致在施工作業(yè)時(shí)，會(huì)由于機(jī)械、設(shè)備、車輛等因素的干擾，增加設(shè)備保護(hù)難度。沉降觀測(cè)板大多設(shè)置在路基中間，而對(duì)應(yīng)的水準(zhǔn)點(diǎn)在路基之外，需要步行到觀測(cè)點(diǎn)位開展相應(yīng)的記錄和分析。當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)與測(cè)量距離超過1km時(shí)，會(huì)增加不必要的觀測(cè)流程以及提高觀測(cè)難度，并且會(huì)由于其他因素的影響，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。另外，無砟軌道大多為施工距離較長(zhǎng)的高鐵軌道，需要投入巨大的人力、物力，對(duì)應(yīng)的觀測(cè)任務(wù)量極為巨大，需要相關(guān)企業(yè)不斷投入對(duì)應(yīng)的資源，同時(shí)確保觀測(cè)工作的有效性和多樣性，從而為后續(xù)軌道鋪設(shè)提供重要的技術(shù)支持。

5 沉降變形分析

沉降變形問題需要結(jié)合多種特性進(jìn)行研究和探索，尤其是針對(duì)沉降數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的影響問題進(jìn)行深層次的闡述。通常，路基路面觀測(cè)沉降樁沉降波動(dòng)范圍較大，需要采用拓展雙曲線、規(guī)范雙曲線、三點(diǎn)法以及指數(shù)雙曲線法進(jìn)行計(jì)算和分析，根據(jù)各個(gè)沉降計(jì)算方式的應(yīng)用要求和研究特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)選擇。另外，需要在前期路橋觀測(cè)中進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)主要的觀測(cè)參數(shù)進(jìn)行細(xì)化和梳理，尤其是沉降測(cè)量值、預(yù)測(cè)值、絕對(duì)誤差、最大沉降量、工后沉降值等一系列參數(shù)，需要進(jìn)行多方面的優(yōu)化和對(duì)比，提升各個(gè)參數(shù)的有效性，并按照以上的觀測(cè)方式進(jìn)行實(shí)踐和應(yīng)用。根據(jù)觀測(cè)斷面的數(shù)據(jù)內(nèi)容，確定最終的沉降數(shù)值，與規(guī)范的要求進(jìn)行對(duì)比，從而能夠判斷沉降觀測(cè)技術(shù)是否符合無砟軌道的鋪設(shè)要求。

6 沉降觀測(cè)技術(shù)對(duì)施工人員的技能要求

觀測(cè)人員需要具備科學(xué)的施工理念和良好的施工技能，尤其是對(duì)于無砟軌道鋪設(shè)工作的了解和認(rèn)識(shí)。首先，在沉降觀測(cè)工作開展前，相關(guān)技術(shù)人員要取得合法、合規(guī)的觀測(cè)資質(zhì)，確保沉降觀測(cè)工作的有效性和可靠性，能夠根據(jù)施工作業(yè)要求有序開展沉降觀測(cè)工作的各項(xiàng)環(huán)節(jié)和流程，保障各個(gè)元器件、預(yù)埋件安裝作業(yè)符合相應(yīng)的規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)。其次，在進(jìn)行設(shè)備操作時(shí)，技術(shù)人員要熟練掌握多種設(shè)備的使用方法，從而保障工程觀測(cè)工作的基本質(zhì)量，尤其是在數(shù)據(jù)核算以及數(shù)據(jù)校核等重要環(huán)節(jié)，能夠借助計(jì)算機(jī)以及相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和判斷。最后，對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)的最終值，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)所在的區(qū)間范圍進(jìn)行有效區(qū)分，并對(duì)問題數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和上報(bào)。沉降觀測(cè)人員的主觀性操作是影響監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量的重要因素，要對(duì)其監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化和分離，尤其是對(duì)可能存在的主觀性問題進(jìn)行預(yù)設(shè)和防控，既要推動(dòng)沉降觀測(cè)工作的有序?qū)嵤?，又要確保相關(guān)工作能夠創(chuàng)新化、高效化、合理化，推動(dòng)觀測(cè)工作的有效開展。

7 結(jié)束語

高鐵無砟軌道沉降觀測(cè)工作具有一定的復(fù)雜性和多樣性，需要根據(jù)工程施工作業(yè)的要求和標(biāo)準(zhǔn)有序施工，同時(shí)要結(jié)合施工環(huán)境以及施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不斷融合新的觀測(cè)理念，應(yīng)用新的觀測(cè)設(shè)備，推動(dòng)沉降觀測(cè)工作的進(jìn)步，并結(jié)合當(dāng)前無砟軌道沉降觀測(cè)案例進(jìn)行梳理和分析，根據(jù)相應(yīng)的施工環(huán)節(jié)以及施工技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行改善和提升，保障無砟軌道沉降觀測(cè)工作的實(shí)施，提高觀測(cè)質(zhì)量。