论文发表指导,期刊推荐,国际出版
论文发表指导,期刊推荐,国际出版
学术出版，国际教著，国际期刊，SCI，SSCI，EI，SCOPUS，A&HCI等高端学术咨询
来源：职称驿站所属分类：交通运输论文 发布时间：2011-06-21浏览：229次
[摘要]路基沉降观测一般采用埋设沉降板或沉降桩的方法,但是由于这种方法不精确,测量结果误差大。横剖面管沉降观测仪具有埋设方便、读数精确、测试方便的特点，具有推广价值。结合石武铁路客运专线无碴轨道路基沉降变观测评估实例，介绍高速铁路工程采用数字式横剖面沉降测量仪进行沉降观测新方法，在施工中进行沉降变形动态监测，根据变形监测数据，采取合理的预测方法，预测可能发生的工后沉降，根据预测结果指导预压时间及确定无碴轨道结构施工和铺轨时间。
[关键词]路基，沉降变形，观测技术，沉降评估
前言
高速铁路客运专线路基工后沉降控制标准极为严格，要求工后沉降一般不应超过15mm。因此石武铁路采用新型横剖面沉降观测，以满足高标准路基沉降观测及分析评估需要。它和常用的沉降板观测方法相比，横剖面管观测具有以下优点：
⑴系统观测精度高，数字式横剖面沉降测量仪测点读数精度达0.1mm。
⑵各测点变化量直观，数据便于处理。横剖面管观测每米或每两米为一个观测点，每个观测点均可以通过观测成果单独分析，利用观测仪器配套的数据采集软件得出的变化曲线直观且可参考数据较多，计算各测点沉降时可相互参照。
⑶不影响地面以上的施工：由于横剖面管是埋设于路基底部，路基填筑施工和沉降观测互不干扰，便于观测。
⑷不破坏上部结构的完整：沉降板观测法最大的缺点就是测管附近的路基不能压实，导致路基压实度不均匀，容易出现薄弱环节。而横剖面管观测法因测量装置埋设于路基底部，具有不影响地表以上的施工,不破坏上部结结构物完整的优点。
1 工程概况
1.1工程概况
石武铁路客运专线是北京－广州－深圳－香港客运专线的重要组成部分，设计时速为350Km/h，无碴轨道。所辖SZ-1标段下DK318+627.24～DK328+627.25段，全长9.792Km。在高速铁路客运专线中，为了控制工后沉降，大多数情况下多采用桥梁方式，然而同等情况下，桥梁的成本要比路基高很多，由于本区段地质情况较好，因此设计上为了节约成本，采用了路基方式通过。但如此连续的长大路基对于施工和沉降观测工作带来了很大的挑战。
1.2路基设计情况和沉降观测内容
⑴设计采取的工程措施为：全段路基按软土路堤设计，基底采用CFG桩进行软基处理，CFG桩用C20混凝土灌注,桩径500mm，桩长15～27.00m,纵向间距1.5m，横向间距1.4～1.5m。
⑵设计要求在路基填筑过程中，进行路基沉降观测，控制填筑速率。沉降观测断面和设备设置为：
①路基顺线路方向每50m设置观测断面1处；
②每个路桥过渡段设置2个观测断面；
③每个路基与横向结构物中部设置1个观测断面；
④路堤高度H≥1.0m时，观测断面设置剖面沉降管、观测桩及沉降板。路堤高度H＜1.0m时，可不设置剖面沉降管。
⑤在路基堆载预压的同时设置竖向沉降板，卸载时随预压土一起撤除，沉降板撤除后在路肩位置设置测纤继续进行观测，观测路基本体和基床沉降量；用PCC型数字式横剖面沉降测量仪观测CFG桩复合地基沉降量。各观测断面观测设备布置示意图、观测桩示意图详见图1。
⑶为确保路基工后沉降值控制在轨道扣件可调整范围内，要求路基工后沉降量不大于15mm；沉降观测精度必须达到0.1mm[1]。
图1扶壁式挡墙段路基横剖面观测设备布置图
2剖面管沉降观测实施
2.1仪器工作原理及系统组成
⑴工作原理
剖面沉降测量是通过预埋在结构物底部的横剖面管，采用剖面沉降仪按一定间距依次读数，起始端管口标高采用水准仪按国家二等精密水准测量方法进行测量，再通过数据处理计算求出不同位置处地基的沉降量。
其原理是将水杯与传感器的液面压力差转换为数字信号，然后通过读数仪显示数字读数。
⑵采用仪器系统组成
PCC型数字式横剖面沉降测量仪由传感器探头、充液管道、储液箱、信号电缆及测读仪组成（见图2）。基本参数如下：
①测量范围：0～3m；
②最小分辨率：0.1mm；
③非线性误差：0.2%；
④工作环境温度：1℃～40℃；
⑤工作电压：6V-DC；
⑥测头防水密封：40kPa水压放置
两小时，仍可正常工作。
⑶水压式横剖数据管理系统
图2PCC型数字式横剖面沉降测量仪系统组成图
水压式横剖数据管理系统界面友好直观、实现真正的操作简单快捷、输出灵活，是进行横剖测试工作的有利数据管理系统。
2.2现场观测
2.2.1人员及观测设备配置
观测工作人员配备5人，观测设备除PCC型数字式横剖面沉降测量仪、高精度水准仪等主要设备外，还要配备1套读数仪+探头+传感器，1台终端电脑，钢丝绳:2000m；110mmPVC管若干。
2.2.2观测设备埋设和观测实施要点
⑴横剖面管埋设
①横剖面管在桩顶混凝土板或加筋垫层施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后埋设。
②在横剖面管埋设位置切槽开挖至路基基底C30混凝土底板处，开槽宽度20～30cm，拉线埋设横剖面管后，采用细砂分层回填夯实基坑。
③剖面管埋设时管内穿入用于拉动测头的钢丝绳，以便测量观测时用以牵引传感器探头。
④埋设横剖面管时,要确保横剖面管平直，尽量减少横剖面管接头。
⑤接管时,严禁砂、石、土等杂物进入剖面管内，保证管内干净。
⑵观测基桩埋设
横剖面管埋设完毕后，在两头设置0.5m×0.5m×0.95mC15素混凝土保护墩，并于观测管口一侧设置观测基桩，观测基桩采用素混凝土灌注，断面为0.5m×0.5m×1.0m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。
⑶PCC型数字测量仪观测
①剖面沉降观测点位：根据设计要求，对于路基观测断面长度小于40米的断面每米测量一次；大于40米的断面每2米度测量一次，测量时确保每次测量位置固定准确。
②采用制作的密封三角架固定储液箱，使储液箱液面保持静止。[!--empirenews.page--]
③将信号电缆绕线盘水平平稳安放于测量管口,并将预先放置于测管内的牵引钢丝绳和观测仪传感器相连，用对讲机通知另一侧的观测人员配合回拉钢丝绳，直至将传感器拉到另一侧管口外的观测标上。首先进行0点测量(观测基桩标),观测读数精确到0.1mm，测量后将传感器放到横剖管管口，并保证传感器与管口齐平，进行第1点测量，然后由观测人员按照连接在传感器上塑料管的刻度标识定位，两侧观测人员配合进行2、3、4、5、……各定点观测，直至全断面各点观测完成。
④观测中一端缓慢地拉测绳、另一端缓慢地放电缆，使测头在管道内行走平稳，两端配对讲机联络，以保证动作协调，在同一测点的数值力求准确，误差不得超过0.3～0.5㎜。观测中牵动塑料管时必须保持约10s/m的匀速，严禁脉冲式牵拉，读数时须待读数仪显示读数稳定后方能记录。
⑤根据精度要求，观测采用两个测回。
⑷基点高程的测量
在进行路基横剖面观测的同时,采用一台电子水准仪对管口外的观测基桩标进行测量，确定横剖面观测基点的高程，观测结果应满足二等水准测量精度要求。
⑸观测频率
①路基填筑0.6m时埋设横剖管并开始观测。
②路基填筑过程中应保证每填筑一层观测一次，如两次填筑时间间隔较长，保证每3天观测一次，当出现异常数据时应保证每天观测两到三次。
③路基分层填筑到设计预压高程后，预压期前3个月每5天观测一次，3～6个月期间每15天一次，半年后每月观测一次，一年后每3个月观测一次[2]。
④有重大荷载变化尤其是无碴轨道铺设前后必须加密观测。
2.3观测效果
⑴观测精度
路基沉降是通过在地基设置横剖面管进行地基沉降观测，在路肩埋设测钎，在预压土填筑体底部路基面中心埋设沉降板进行路基面沉降观测。
通过和路肩测钎、竖向沉降板路基面沉降观测数据比较，观测结果能相互吻合，说明剖面沉降管观测是成功的，能满足设计要求。
⑵观测结果
路基于2009年6月开始填土，2010年2月进行路基堆载预压，堆载预压95～125天；截至2010年9月，各断面观测次数多达105次/456天，沉降量一般为3～6mm，最大为15mm。
通过对沉降观测数据整理，分析评估，管段内路基地基沉降较小，路基及路桥过渡段线路纵向不均匀沉降量小。
3 提高测量精度的方法和观测成果整理、应用
通过石武铁路客运专线路基沉降观测研究分析，总结影响沉降测量精度的因素，并根据观测资料绘制各断面的横剖面各测次沉降曲线，进行施工过程观测资料的整理分析,控制填筑速率，保证施工过程中路基的稳定。
3.1提高测量精度方法
⑴埋设横剖面管的具体方法及其技术要求：路基填筑0.6m时，在横剖面管埋设位置切槽开挖至C30底板处，采用细砂分层回填夯实基坑，拉线埋设横剖面管，保证横剖面管平直。并尽量减少横剖面管接头，接管中不能使砂、石、土等进入管内，保证管内干净。
⑵元件保护措施：管口进行防尘防水处理，在管口保护墩四周采用混凝土浇筑保护盒；下雨、风沙天气后，及时清理管内积水和砂、石、泥土等杂物。
⑶为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观测应实行“五固定”即“固定水准基点、工作基点、固定人、固定测量仪器、固定监测环境条件、固定测量路线和方法”，以提高观测数据的准确性。
⑷测量作业必须认真、准确、规范，确保观测数据的真实、可靠，以保证成果分析计算的准确性。
⑸观测频次应保证：严格按照设计要求频率进行沉降观测，确保观测数据的数量、质量及系统性、完整性。
⑹对桩板结构等复合地基加固的路基，沉降量很小，观测方式要求精度更高，采用直接在剖面沉降管内预埋传感器，由传感器直接测量路基施工过程中的沉降量。
3.2观测成果整理、应用
⑴施工过程中应根据观测资料绘制各断面的横剖面各测次沉降曲线，对施工过程观测资料整理、分析,控制填筑速率。
填筑过程中，当地基沉降速率达到10mm/d以上时，通知立即停止路基填筑，直至观测沉降速度小于10mm/d时恢复路基填筑[3]。若观测数据持续异常，应停止填筑，查明原因，提出施工措施后，才能继续施工。预压期沉降趋于稳定后，当测定的总沉降明显大于计算总沉降，超过设计值20%及以上时，应分析原因并及时通知设计和业主共同讨论。
⑵施工过程中加强观测资料整理分析，观测资料及时报送设计单位，经分析评估确定预压土卸载和轨道铺设时间。路基沉降预测采用曲线回归法，并满足以下要求：
①根据路基填筑完成或堆载预压不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不小于0.92。
②沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降差值不应大于8mm。
③路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件[4]：
S（t）/S（t=∞）≥75％
式中S（t）—预测时的沉降观测值；
S（t=∞）—预测的最终沉降值。
注：沉降和时间以路基填筑完成或堆载预压后为起始点。
4沉降分析、评估
沉降分析评估主要依据《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）（以下简称评估指南）进行。沉降分析主要目的是计算路基预计总沉降和工后沉降量，通常采用双曲线法、修正双曲线法、修正指数曲线法、星野法、Asaoka法、泊松曲线法等方法。
具体的分析方法为：因横剖面沉降测量各断面观测点位多，通常选择关键点位数据进行沉降分析评估，即横剖面管对应的左右路肩、线路中心三个位置的观测数据，分别采用双曲线法、星野法、修正指数法、修正双曲线法进行沉降预测，沉降板观测数据采用双曲线法、星野法进行沉降预测。
沉降预测分析主要方法
客运专线一般采用双曲线法进行沉降分析，用修正指数曲线法与修正双曲线法和星野法进行对比。双曲线分析法介绍如下：[!--empirenews.page--]
双曲线方程为
沉降计算的具体顺序如下：
⑴ 确定起点时间（t=0），可取填方施工结束日为t=0；
⑵ 就各实测值计算t/(St-S0),见图3；
图3用实测值推算最终沉降
绘制t与t/(St-S0)的关系图，并确定系数a和b，见图4；
图4求a和b
计算St；
⑶ 由双曲线关系推算出沉降S—时间t曲线；
5体会
⑴通过对石武铁路客运专线路基沉降变形观测评估技术研究，掌握了在路基施工过程中进行横剖面沉降变形观测的方法，总结出了路基填筑过程地基变形情况，并能根据观测成果分析、预测总沉降和工后沉降量，正确指导路堤填筑施工和控制填筑速率。
⑵横剖面沉降测量仪法进行沉降观测在国内铁路建设中尚属首次，相比以前的沉降板观测法，横剖面管观测具有不影响路基施工和不破坏路基整体性等优点，因此建议在高速无碴轨道客运专线的地基控制施工中大力推广应用。
⑶石武铁路客运专线路基采用CFG桩复合地基处理的实例说明是成功的。地基总沉降量小，能明显减少地基的工后沉降及不均匀沉降。
[1]《石武铁路客运专线设计图》铁道部第三勘测设计院集团有限公司
[2]客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准（铁建设[2005]160号）[S]
[3]客运专线铁路路基工程施工技术指南（TZ212—2005）[S]
[4]客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设[2006]158号）[S]
《高速铁路路基沉降变形观测评估技术研究》
本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问
文章名称： 高速铁路路基沉降变形观测评估技术研究
扫码关注公众号
微信扫码加好友
职称驿站 www.zhichengyz.com 版权所有 仿冒必究 冀ICP备16002873号-3
