研究高铁沉降观测技术的应用与发展

梁志强 卞魁明 韩湘冰

摘要：随着中国经济的持续快速增长，高速铁路的发展已成为一种趋势。而高铁沉降观测技术的应用在高速铁路施工过程中有着重要的作用。本文首先分析沉降观测技术在高铁建设中的应用现状，并在此基础上探究其发展状况。

关键词：高铁；沉降观测技术；应用；发展

中图分类号： TU198 文献标识码： A

1、前言

沉降观测是通过测量物体的高程变化以反映其沉降量的一种测量途径。高速铁路要求的是高速度、高平顺性、高舒适性和高安全性，因此客运专线沉降观测不同于一般的水准测量，精度技术要求较高，其中重要一项就是保证工后的“零”沉降。由于结构物的沉降量一般都比较小，如果测量精度不高，就不能正确地反映建筑物沉降量的大小及规律，如果出现严重沉降变形，将会对运营带来不可估量的损失。为了确保高铁桥墩和路基的施工安全和使用寿命，我们必须将沉降观测运用到对高铁客运专线的施工中，以保证高铁顺畅运营。

2、沉降观测技术要点分析

2.1、作业要求

无砟轨道客运专线运行的高平顺、高舒适性对工后沉降要求非常严格；要求工后沉降不应大于15mm，路桥、路隧结构物过渡段的不均匀沉降差不大于5mm，并且必须经过分析评估满足要求可铺设无渣轨道，铺设后继续观测1~3年。

2.2、观测精度

路基观测桩，沉降板及桥涵隧道观测桩均按二等变形观测（及国家一等水准测量）方法进行测量，精度宜达到±0.1mm，读数保留0.01mm。单点沉降计则采用振频弦频率检测仪自动采集系统进行测量，精度达到测量值的1%，灵敏度不低于0.02mm。剖面沉降管采用剖面沉降仪进行测试，剖面沉降管的测量精度为８mm/30.m，灵敏度为0.01mm。

2.3、观测及采集数据方法

对于单点沉降计，剖面沉降管等电子元器件，采用人工智能读数仪及电脑自动采集两种方法，较为快捷，对于路基沉降板和路面观测桩及桥涵隧道观测桩标，采用高精度电子水准仪进行测量采集数据，并注意测量闭合。

2.4、桥墩沉降观测

在桥墩和承台上分别设置观测标；承台为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标随基坑回填将不再使用。一般设置两个观测标，墩身的观测点位于墩身两侧，在墩底高出地面或水位1.0m 左右。如果墩身较矮立尺比较困难时，可将桥墩观测标位置降低或设置在对应墩身埋标位置的墩帽上。

2.5、路基沉降观测

无论是在路基的设计过程中，还是在施工过程中，在路基强度达到破坏之前就可能出现不能容许的大变形，而路基变形直接反映到轨面上，过大或不均匀的变形将造成轨道的不平顺，这就无法满足高速运营的要求。因此如何认真做好路基沉降观测，严格控制路基工后沉降，这将是高速铁路和客运专线路基修建的重点。不同的结构部位、不同的填方高度 、不同的地基条件需设置不同的沉降观测断面。

2.6、观测断面的设置原则

沉降观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m；对地基条件均匀良好而且地势平坦的路堑、填方高度小于5m且地基条件均匀良好的路堤可放宽到100m。对地形、地质条件变化较大地段应加密断面，一般间距不大于25m，在变化点附近应设沉降观测断面，以确保能够反映真实差异沉降。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。对地形横向坡度大于1：5或地层横向厚度变化的地段应布设不少于1个横向观测断面。

3、目前沉降观测存在的问题

3.1、埋设的不方便性

沉降观测板要在路基处理完毕时方能埋设，若原件本身比较沉重，体积较大，必须等一段路基基础全部处理完才能集中一次埋设。因搬运困难，埋设不方便。

3.2、施工不便

沉降观测板的连接杆是一直伸出路基表面的，它必须有外套PVC套管保护其能自由沉降。如果PVC管破坏，连接杆接触路基填料就会影响其自由沉降，不能真实反映路基沉降量，甚至被卡死而不能沉降。其次，观测桩周围的路基要采用人工摊平及小型机具碾压，不能采用大型机械推土及碾压，这会严重影响施工进度，尤其是过渡段施工，观测桩较多，大型机械不能开展作业面，既影响了施工速度，也不能保证施工质量。

3.3、观测困难

沉降观测板全部埋设在路基的只能中间，而铁路的水准基点都在路基以外，观测时就要走较长的路线。而且根据规范要求基准点之间距离不宜超过1Km，加大了观测的繁琐度。遇上路基有堆载预压的情况，同一段路基就要分三条路线观测，若堆载土极为松软，同样为观测带来极大麻烦。

3.4、精度不能满足要求

虽说二等水准的精度能够满足沉降观测的精度要求，但通过戈壁滩观测情况来看，路基基础若属于泥岩，单次沉降量差异较大，在这个量差范围内，二等水准的观测精度已不能反应路基本体真实的沉降量。

3.5、人力物力浪费巨大

对于沉降观测采用观测板这种元器件来说在前期的投入的确比较经济， 但是因为线路长、观测密度大、观测周期长，所以后期的观测投入极大。

4、针对以上问题的解决对策

4.1、完善沉降变形观测网的建立

沉降变形观测网的建立，应采用施工高程控制网系统与变形控制网联测，全线二等水准测量贯通后，将沉降变形观测网与二等水准点联测，统一归化为二等水准基点上，再按要求建立水准基准点和布设工作基点。

4.2、改进观测及采集数据方法

对于单点沉降计，剖面沉降管等电子元器件，采用人工智能读数仪及电脑自动采集两种方法，较为快捷，对于路基沉降板和路面观测桩及桥涵隧道观测桩标，采用高精度电子水准仪进行测量采集数据，并注意测量闭合。

4.3、观测注意事项

测量过程中须重视建立“零”观测理念，实行“测量方法、测量环境条件、人员、仪器、水准点和工作基点”五项原则，保证测量数据的准确性。此外，路基一开始填筑就进行观测，路基填筑到路面标高就埋设路面观测桩并及时进行观测；在路基填筑完成和桥涵主体完成到无碴轨道铺设期间不应间断观测，保证观测数据的连续性。

4.4、数据的获取及处理方法

外业测量采用trimble DINI03 数字水准仪和条码水准尺，通过全线往返测量使数据达到前表中要求的精度。内业数据处理是运用西南交大开发的评估软件。通过这个软件可以对测量的数据进行自动化的处理、生成沉降曲线、对线下

工程进行评估。

5、沉降观测仪器应用前景

我国高铁目前使用的沉降观测仪器有剖面沉降管、沉降观测板、半球型观测标。(1)剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头导轮卡至于剖面沉降管的十字导槽内，从一段按一定间隔依次读数，起始端管口标高采用水平仪按照国家一等精密水准测量方法进行测量，再通过数据处理计算出不同位置处理地基的沉降量；(2)沉降观测板是由钢底板(约40cm×40cm，厚1cm)、连接金属杆(准40mm厚镀锌钢管)及外套PVC保护套管组成；(3)半球形观测标主要运用于桥梁、涵洞及隧道等混凝土结构物的变形观测，是由不锈钢材质加工而成。目前在建铁路的结构物变形量测几乎全部采用此种方法。

目前已有许多企业开始了此方面的研究，利用传感器将路基的沉降量反映出来。如果利用传感器实现无人化的仪器能够在降低成本的同时完成批量化生产，其应用前景将是无限量的。首先它大大降低了外业观测人员的工作量，不用再投入大量的人力、物力来完成此项工作。其次，因为受环境影响少可以随时、连续的采集数据，大大减少了外界的干扰。数据的量可以显著增加，随着数据量的增加，可供分析的有效数据也就相应增加，减少了错误数据对真实成果的影响概率。最后，因为传感器是放在路基下面，无需伸出路基填筑面，可以减少对路基填筑过程的干扰，而且可以采用大面积大型机械施工，对它的保护要求也降低了。

6、结束语

沉降观测结果直接决定了客运专线无砟轨道铺设的成败，因此，沉降观测精度控制是客运专线沉降观测技术的关键。所以，我们应在现有技术基础上紧跟科学时代的发展步调，创新高铁沉降观测技术，保证高铁的顺畅运营。

参考文献：

[1]GB/T12897－2006,国家一、二等水准测量规范[S]．

[2]TB10601－2009中华人民共和国铁道部,高速铁路工程测量规范[S].北京,中国铁道工业出版社.

[3]郝令涛,张子明.浅析高速铁路路基沉降影响[J].中国高新技术企业,2009,14(2):66-67.