季节性冻土对沉降监测网工作基点稳定性影响

席志龙，张 健，董武钟

（1.中国地质大学（武汉） 信息工程学院，湖北 武汉 430074）

季节性冻土对沉降监测网工作基点稳定性影响

席志龙1，张 健1，董武钟1

（1.中国地质大学（武汉） 信息工程学院，湖北 武汉 430074）

利用冻土学基本理论结合哈尔滨至齐齐哈尔客运专线实例，以其沉降监测网复测数据为研究对象，分析和研究了季节性冻土地区沉降监测网工作基点的不同状态。沉降监测网工作基点稳定性是在环境温度变化、冻土深度变化、地下水埋深等多种因素综合影响下共同作用的结果，环境温度的变化会导致冻土深度的变化，这二者结合又影响着工作基点稳定性，而地下水位的深浅也影响着工作基点的冻胀时间和总的沉降量。

季节性冻土；沉降监测网；稳定性；温度变化；冻深；地下水位

1 变形监测网的复测

沉降变形测量点分为基准点、工作基点和沉降变形监测点。为了保证变形监测数据的可靠性，应定期对变形监测网进行复测。

高铁沉降变形监测网的观测分为首次观测和施工过程中的定期复测。定期复测按每6个月进行一次，尽可能结合精测网复测进行；在区域沉降地区应每3个月进行一次复测。正常观测过程中应结合实际情况实时地对监测网进行检核，发现问题随时复测。复测的总体原则是：同网型、同精度复测；复测时对遭到破坏或者丢失的点，可以看联测线路上其他的桩橛，使全线二等水准基点高程网保持完整。复测水准点间高差较差以6L（L为测段长度，单位：km）来判断是否满足二等水准精度要求。检测中发现工作基点变形量超出2倍中误差，应对相关测点高程值进行调整或修正。

2 约束平差结果

表1为实际采集的高程数据。分析沉降监测网复测高程本次沉降量，第一次复测高程的本次沉降均在-0.3～0.3 mm范围内波动，说明2011-08-27复测工作基点还没有受到冻土冻胀的影响。

第二次复测高程的本次沉降在-0.6～0.9 mm范围内波动，27个工作基点中有21个工作基点本次沉降在-0.5～0.5 mm以内，5个在0.5～0.9 mm之间，本次沉降最大的为0.9 mm（BM67）。通过2011-10-25沉降监测网第二次复测高程本次沉降可以看出，个别工作基点相对上次复测高程有一定的波动但仍然在限差范围内，整个沉降监测网未受到冻土冻胀影响。

第三次复测高程中，27个工作基点本次沉降均大于零，0～0.5 mm的有6个，0.5～1.0 mm的2个，1.0～2.0 mm的16个，大于2.0 mm的3个。本次沉降最大的为2.9 mm（BM52）。通过2011-12-23复测高程可知，随着冬季来临，气温开始降低，部分土体开始出现冻结，工作基点呈现出整体上浮的趋势。

第四次复测高程中，27个工作基点本次沉降均大于零，1～2.0 mm的有9个，2～4 mm的有15个，4 mm以上的有4个，本次沉降最大的为7.6 mm（BM50）。通过2012-02-27第四次复测高程可知，随着气温的进一步降低，土体达到最大冻深，工作基点冻胀程度达到最大。

第五次复测高程中，27个工作基点本次沉降均小于零，0～-2 mm的有14个，-2～-4 mm的有11个，-4 mm以上的有2个，本次沉降最大的为-6.0 mm（BM50）。通过2012-04-25第五次复测高程可知，进入4月份之后，气温开始回升，土体温度升高，冻结土体逐渐开始融化，工作基点呈现出融沉的趋势。

根据实测的数据，计算沉降监测网复测高程累积沉降量，通过对结果进行分析可以得到如下结论：在2011-08-27沉降监测网第一次复测时，所有工作基点沉降量均在很小范围(-0.3～0.3 mm)内波动，说明第一次复测时沉降监测网基本处于稳定状态；在2011-10-25第二次复测时，有部分观测点开始呈现出上浮的趋势，但是其沉降变化仍在限差范围内；在2011-12-23第三次复测时，土体开始冻结，沉降监测网工作基点表现出整体上浮的趋势；在2012-02-27第四次复测时，气温进一步降低，土体冻结深度达到最大，沉降监测网工作基点的上浮现象明显，尤其是BM50～BM58、BM77等工作基点沉降量达到最大；在2012-04-25第五次复测时，气温逐渐回升，土体温度由零下升至零上，土体开始解冻，并表现出融沉的迹象，故沉降监测网工作基点总沉降量开始回落。

表1 沉降监测网复测高程本次沉降量统计表/ mm

3 工作基点稳定性分析

3.1 温度变化对工作基点稳定性的影响

分析沉降监测网累计沉降量，结合当地温度变化，将土体冻胀融沉过程分为4个周期：

1）稳定期：6～8月份，此时沉降监测网工作基点处于稳定状态，所有工作基点沉降值均未见异常，此时土体没有冻结。

2）冻胀前期：9～11月份，土体已经有冻结的迹象，不过土体冻结的程度不是很大，冻结的深度也还未达到最大。在此时间段内，沉降监测网部分工作基点（BM50、BM52、BM62）有较大的沉降量，说明这些点稳定性对温度变化比较敏感，其周边土体在温度降低时冻结比其他点周边土体冻结快。

3）冻胀持续期：12～2月份，土体的冻结深度达到最大，受冻胀作用影响，沉降监测网复测工作基点本次沉降量也达到最大，其中BM50～BM58段沉降量变化最为明显。从沉降监测网整体分析，此时间段内，工作基点总沉降量与温度成反比，即温度越低，工作基点总沉降量越大。

4）融沉期：3～5月份，冻结的土体逐渐开始融化，随着土体中冻结冰的融化，土体逐渐开始融沉，沉降监测网复测工作基点总沉降量随温度升高而减小。

3.2 地下水位埋深对工作基点稳定性的影响

根据沉降监测网所在地下水位分布情况，可将沉降监测网工作基点分为2类：

1）BM50～BM56段，地下水水位变动在1.1～3.55 m范围内，此段水位较浅，再加上自然降水（雨、雪等），该段工作基点周围土体含水量较大，一旦温度降至0 ℃以下，该段土体最先开始冻结，并且冻结之后，该段工作基点的冻胀量也较其他段的工作基点的冻胀量大，这说明地下水位的深浅直接影响着工作基点的冻胀时间以及冻胀总量。

2）BM56～BM77段，地下水位变化在4.7～15.2 m范围内，该段内地下水位埋深较大且埋深均大于工作基点的埋设深度，地表土体中水分主要来源于大气降雨降雪，含水量较BM50～BM56段低，在温度降低时，工作基点周围的土体开始冻结，但是工作基点受土体冻胀的影响较小，所以在2012-02-10沉降监测网第四次复测时，该段内工作基点冻胀量普遍低于BM50～BM56段。

3.3 冻土深度对工作基点稳定性的影响

将沉降监测网复测工作基点累积沉降量和当地不同时期的冻土深度进行分析，可以得出如下结论：

1）7～9月份，冻土尚未对沉降监测网稳定性构成任何影响。

2）10～12月份，正处于土体的冻胀前期，工作基点普遍表现出受冻胀影响而累积沉降逐渐上升的趋势，沉降监测网工作基点累积沉降量随着冻土深度的增加而增大。

3）1～3月份，此时土体进一步冻结，在3月份达到最大冻深。受土体冻胀的影响，沉降监测网工作基点的累计沉降量也在此时达到最大值。

4）4～6月份，受土体融沉作用的影响，沉降监测网工作基点累计沉降量也随之回落。截止2012-04-25最后一次复测，大部分工作基点累计沉降量已回沉至3 mm以内。随着冻土深度的进一步减小，工作基点累计沉降量可能还会有所回落，直至达到稳定。

4 结 语

沉降监测网工作基点的稳定性直接影响着沉降观测工作的准确性，全线均在季节性冻土之上的铁路需要特别重视这个问题。通过现场观测和室内数据分析处理，对哈尔滨至齐齐哈尔客运专线TJ1标段沉降监测网工作基点稳定性进行分析研究，得出以下结论：

1）沉降监测网工作基点的稳定性主要受环境气温变化的影响，根据环境气温的变化将沉降监测网稳定性分为4个阶段：稳定期、冻胀前期、冻胀持续期、融沉期。

2）地下水位也是影响沉降监测网工作基点稳定性的一大因素，特别是在地下水位较浅、冻深超过地下水埋深时，表层土体含水量会较一般土体大，一旦土体开始冻结，冻胀现象也会更加明显，冻胀量会更大，土体中工作基点表现出冻胀时间早、冻胀后累计沉降量更大的现象。

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P258

B

1672-4623（2015）01-0157-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.052

席志龙，硕士，研究方向为大地测量与测量工程。

2013-04-18。