浅谈高速铁路沉降观测控制

张爱民

中铁七局集团郑州工程有限公司，河南 郑州 450000

1 目前形势及趋势

随着社会的不断进步，物质文明的极大提高及建筑设计施工技术水平的成熟完善，为了保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。

现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡观测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑物施工过程中应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。由此可见，沉降观测将成为工程建设领域中，非常重要的工序。

笔者根据自己在石武客运专线沉降观测的工作经验，在此谈谈对沉降观测工作的几点遵循事项，请给以批评指证。

2 石武客运专线实例

2.1 工程概况

石武客专河南段SWZQ-3标段包括石武线21.692km和郑西贯通线37.873km，本段主要工程项目有：路基1.744km，桥梁57.789km，无砟轨道61.628双线公里。石武跨贾鲁河特大桥、跨连霍高速公路特大桥及两桥间路基，郑武跨陇海铁路特大桥、跨机场高速公路特大桥及两桥间路基，郑西贯通线跨陇海铁路特大桥、跨南水北调特大桥及两桥间路基，以及相应的无碴轨道工程（不含铺轨、不含岔区）。

按设计要求将对其石武客专正线部分进行沉降平行观测，作为施工单位是沉降变形观测的实施责任主体，必须严格按有关规范、设计文件及总指要求做好各项工程施工过程的沉降变形观测，对观测数据的真实性负责。

2.2 沉降变形测量

1）石武铁路客运专线线下工程沉降变形观测工作以桥梁、隧道、路基等结构物的垂直位移观测为主，水平位移监测根据路基（含过渡段）、桥涵、隧道工点具体要求确定。

2）石武铁路客运专线工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准。

结构物的变形监测应建立独立的变形监测网，覆盖范围一般不宜小于4km，基准点选择应优先考虑利用CPI、CPII和水准基点。

3）结构物的变形监测应充分利用CPI、CPII和水准基点作为水平和垂直位移监测的工作基点。

4）用全球卫星定位系统（GPS）测量时，应符合铁道部现行全球卫星定位系统铁路工程测量技术的有关规定。

2.3 测量等级及精度要求

本线沉降变形测量按三等规定执行，对于技术特别复杂工点，可根据需要按二等的规定执行。

表1 测量等级及精度要求

2.4 沉降变形测量点的布置要求

沉降变形测量点分为基准点、工作基点和观测点3类，其布设按下列要求：

图1 基准点标石埋设图

2.5 测量工作基本要求

水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为沉降变形的参考点，并应有一定数量稳固可靠的点以资校核。

每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，并保留检验记录。

每次沉降变形观测时应符合：

1）严格按水准测量规范的要求施测。首次（即零周期）观测应进行往返观测，并取观测结果的中数，经严密平差处理后的高程值，作为变形测量初始值。

2）参与观测的人员必须经过培训才能上岗，并固定观测人员。

3）为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观测应使用同一台仪器和设备，前后视观测最好用同一水准尺，必须按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。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。

4）观测时要避免阳光直射，且在基本相同的环境和观测条件下工作。

5）成像清晰、稳定时再读数。

6）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中断。

2.6 观测技术要求

1） 路堤地段从路基填土开始进行沉降观测；路堑地段从级配碎石顶面施工完成开始观测。路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6个月的观测期。观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测时间或采取必要的加速或控制沉降的措施。

2）沉降观测设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的填筑施工要与设备的埋设做好协调，做到互不干扰、影响。观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行，不能影响路基填筑质量；路基施工不能影响到观测设备。

3）路基填筑过程中应及时整理路堤中心沉降观测点的沉降与边桩的位移量，当中心地基处沉降观测点沉降量大于10mm/d或边桩水平位移大于5mm/d、竖向位移大于10mm/d时，应及时通知项目部，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。

4）观测精度要求：路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，读数取位至0.1mm；剖面沉降观测的精度应不低于8mm/30m；位移观测测距误差±3mm；方向观测水平角误差为±2.5″。

5 )观测频次要求：路基沉降观测的频次不低于表3.3.5的规定。

表2 路基沉降观测频次表

实际工作进行时，观测时间的间隔还要看地基的沉降值和沉降速率。当两次连续观测的沉降差值大于4mm时应加密观测频次；当出现沉降突变、地下水变化及降雨等外部环境变化时应增加观测频次。观测应持续到工程验收交由运营管理部门继续观测。

2.7 沉降观测评估

目前，国内外采用的观测评估方法较多，而每种预测方法均有一定的使用范围，总结沉降变形特点，需要选择合适的预测方法，以下是常见工程的沉降评估及判定标准。

2.7.1 路基工程沉降评估

1）根据路基填筑完成或堆载预压后不少于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。

2）有砟轨道路基工后沉降量不应大于50mm，年沉降速率应小于20mm/年。桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于30mm；无砟轨道路基工后沉降值不应大于15mm。

3）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的差值不应大于8mm。

4）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：

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。

5）设计预测总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差值不宜大于10mm。

2.7.2 桥涵工程沉降评估

判定标准：

1）根据桥涵实际荷载情况及观测数据，应作多个阶段的回归分析及预测，综合确定沉降变形的趋势。首次回归分析时，观测期不应少于桥涵主体工程完工后3个月，对于岩石地基等良好地质的桥涵不应少于1个月。

2）墩台基础的沉降量应按恒载计算，其工后沉降量不应超过下列允许值：

墩台均匀沉降量：对于有砟桥面桥梁≤30mm;对于无砟桥面桥梁≤20mm

3）静定结构相邻墩台沉降量之差要求：对于有砟桥面桥梁≤15mm；对于无砟桥面桥梁≤5mm超静定结构相邻墩台沉降量之差除应满足上述规定外，尚应根据沉降差对结构产生的附加应力的影响确定。

4）框构、旅客地道及涵洞在铺设有砟轨道时其工后沉降量不应大于50mm，铺设无砟轨道时，工后沉降量不应大于15mm。

5）处于岩石地基等良好地质的桥粱，当墩台沉降值趋于稳定且设计及实测沉降总量不大于5mm时，可判定沉降满足无砟轨道铺设条件。

6）设计预测的总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差不宜大于10mm。

7）利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8mm。两次预测的时间间隔一般不少于3个月，对于岩石地基等良好地质的桥涵不应少于1个月。

8）桥梁主体结构完工至无砟轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件：

S（t）/S(t= ∞ )≥ 75%式中：

S（t）：预测时的的沉降观测值；

S（t=∞）：预测的最终沉降值。

2.7.3 过渡段工程沉降评估

1）过渡段工后沉降的分析评估应沿线路方向考虑各观测断面和各种结构物之间的关系综合进行。

2）对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析评估其差异沉降。

判定标准：

1）过渡段不同结构物间的预测差异沉降不应大于5mm，预测沉降引起沿线路方向的折角不应大于1/1000。

2）过渡段工程的沉降预测评估方法参照路基执行。

3 结论

不论地面还是建筑物的沉降，现阶段在都在威胁着我们社会主义的发展建设，加强地质灾害的防治管理，坚持地面沉降监测与研究，坚持高层建筑物的沉降监测与研究，最大限度的控制沉降事故的发生，关系到人民生活质量的提高和经济建设的可持续发展，利在当代，功在千秋。

[1]2009京广铁路客运专线.沉降变形观测与评估实施细则.

[2]铁建设2006——189文.铁路客运专线无砟轨道、铁路工程测量暂行办法.