运营期高速铁路基础变形管理工作的思考

索广建 中国铁路上海局集团有限公司工务部

随着高速铁路的快速发展，运营里程的不断增长，其所跨越的地理范围也越来越大，地理环境也越来越复杂，运营后一些构筑物受环境影响发生一定的变形，如线路基础、桥梁等发生偏移、沉降和上拱等病害，如何发现、控制并整治这些病害，以满足高速铁路高速度、高平顺性、高舒适性的要求，是设备管理单位和路局业务主管部门面临的紧要问题。

在高速铁路发展的历史进程中，我局的设备管理单位进行了大量的摸索和实践，以期做好线路设备的管理工作。

一种是各车间自行组织人员开展本车间范围内的变形监测工作，人员根据需要临时抽调；另一种由工务段或高铁段组织专业技术人员成立测量组开展测量工作，相比前者，后者在人员组织上有一定的进步。但是，这两种组织方式都有很强的局限性，主要体现在以下几个方面：

（1）人员非测量专业。

（2）局限性强，只有沉降监测，未开展横向监测。

（3）技术性不强，只能进行简单的超平作业。

（4）数据质量不高，测量数据无法反映基础的实际变形。

（5）没有专业管理，无法按确定的周期执行。

虽然存在各种各样的问题，但也是我国高速铁路发展的过程中铁路人摸索高速铁路设备，线路基础监测迈出的宝贵的一步，是很大的进步，为后期实现高速铁路基础变形监测统一管理打下了基础。

实践证明，高速铁路的快速发展和高平顺的要求，使得车间或工务段测量组的人员技术水平难以满足实际要求，其监测数据也无法反映监测地段变化速率、稳定性情况及是否可以进行整治等问题，给设备管理工作带来了困扰，这种模式很难持久。于是，上海局探索出由集团公司统一管理，专业公司组织实施，第三方评估单位进行评价的高速铁路监测管理体系，使变形监测的管理工作系统化。

1 变形监测的工作内容

被列入变形监测的地段称为重点地段，是高速铁路线路设备中应特别关注的地段。主要工作内容有：监测点布设、沉降观测、横向观测、CPⅢ不定期修复、变形监测报告编制。

2 变形监测地段确定的基本原则

变形监测地段根据线路动静态检测数据分析发现的线路不良地段、地面区域性不均匀沉降区段、沿线周边因施工影响工务设备稳定的地段、周边环境（如抽取地下水、采空、堆载等活动）发生变化的地段来确定。

3 监测地段具体范围的划定

变形监测地段应从稳定点到稳定点，也就是说监测地段应含有两端稳定的基础和中间沉降的范围。对于横向也是一样，监测地段含有变形区段和稳定区段。

变形监测具体范围的划定是个难点，在缺乏数据支撑时，确定每一处监测地段具体的监测范围或长度是很困难的，只能是预先确定一个范围，边监测边调整，是一个动态调整的过程。

4 变形监测的技术要求

变形监测中的水平位移监测采用变形测量二等精度，垂直位移监测采用变形测量三等精度，具体测量等级划分及精度要求见表1。

表1 变形监测等级及精度要求

5 监测数据的分析管理

5.1 建立监测数据评价管理指标

要做好监测数据的管理，必须建立评价指标，如特征点、特征断面、单次月变形量、月平均变形量等，以反映变形监测区段的总体基础变化情况。

5.2 变形监测地段计划管理

5.2.1 监测地段的新增

依据前面的变形地段确定的基本原则，对需要纳入监测的地段，设备管理单位提报监测需求，利用已有的资料确定监测的范围，审核下达监测计划任务。

5.2.2 周期调整

监测周期原则上1 月1 次，后续根据监测地段变形动态调整。沉降监测周期调整的基本原则是：当特征点月平均变形量均大于1 mm 且当月变形量大于2 mm 时，应酌情缩短监测周期；特征点连续3 个月变形值均小于0.6 mm/月且当月变形量小于等于0.5 mm 时，应酌情延长监测周期；连续9 个月累积变形小于3 mm 时报请路局工务部和设备管理单位申请取消此地段的变形监。

如原先变化很快的地段，有特殊需要可以延长监测周期至1 年1 次，也可以采用线形测量来跟踪取消监测后的基础稳定情况，线形测量的间隔一般是半年。

横向监测周期调整的基本原则是：当特征点月平均变形量均大于3 mm 且当月变形量大于5 mm 时，应酌情缩短监测周期；特征点连续3 个月变形值均小于2 mm/月且当月变形量小于等于3 mm 时，应酌情延长监测周期。

5.3 监测范围的调整

范围的调整一种是延长区段长度。通过三四期的监测数据分析或监测过程中发现，沉降的范围比监测范围长或原先稳定的地段发生变形，就要延长一端或两端的范围。另一种是缩短区段长度，通过监测数据的分析，原先中间的沉降区段趋于稳定长度在缩短，可以将监测的范围内缩，以保证两端的稳定段长度在200 m 左右。

6 变形监测预警

变形监测预警，旨在告知设备管理单位或路局业务部门监测过程中出现的基础变化较快地段的监测信息，以引起重视。当变化量达到预警值后，应酌情缩短监测周期或及时书面报告路局业务主管部门、设备管理单位和铁路公司。

7 监测过程管理

7.1 基准的稳定性分析

沉降监测中应首先进行起算点稳定性检验，即比较起算基准点之间的观测高差值与路局管理部门颁布的两点间高差之差。当线路闭合差和线路不符值均大于±4 时，应对线路起点和终点点位的稳定性进行检验。并按规定变更线路起点或终点与备用基点，并建立下一个备用基点。

7.2 保持监测数据的延续性

更换不稳定的基准点后，应检查分析与不稳定基准点有关的各期变形测量成果，在剔除不稳定基准点的影响后，重新对数据进行检查处理，建立新旧基准的联系，保证变形成果的可延续性。

对于重新开始监测的历史地段，同样要先分析原有基准点，保持历史数据的延续性。

7.3 保证监测点的完整性

变形监测中，根据要求布设了很多的横断面和纵断面，每一个断面上监测点在实际的操作中都要有完整的数据。监测点数据的缺少，使得监测数据的各种变化量不完整，也无法正确提取各期监测数据的各种变形量。实际中发现不但加密断面上的监测点时有缺失，CPⅢ点上的监测数据也经常有缺少和更新高程的情况，这就要引起监测单位的重视，加强监测工作的管理。

7.4 确保监测数据的完整性

工作量的完整、如果没有下达范围调整计划，对于一期垂向监测数据来说，监测起点至终点范围内的所有纵断面上的点都要进行监测，不能缺少断面和缺少监测点的数据，监测数据不完整，提取的特征点就不能反映监测区段的基础变形情况。

横向监测也是一样，早期的监测中发现，有的线形测量只完成的一个行别的测量，或者说有一个行别工作量只完成了一部分，这都是不允许的，应及时增补计划，提交一期完整的监测数据。

7.5 做好变形监测分析

监测数据分析是基础变形监测工作的重要内容，过程中更要注意基础的差异变化。如图1 这个地段，仅从各期沉降监测的数据看，现场的变形是不可能，差异沉降很大。经调查，这里是既有车站改造的高铁车站，下行线位于原老线位置，上行线位于新线的位置，而且线路沿线分布有小的涵洞、立交桥，还有下穿的大型公路立交桥。

图1 变形监测情况

其他相关影响因素的作用分析，主要包含：施工、温度、环境变化、应力应变等其他工况信息。

对于监测中的特殊结构物，如长大连续梁、提篮拱、转体梁量、长达钢梁桥等，其变化与温度都有关系，在测量时要分析与季节温度的关系，记录每次测量的气温。

每次测量完成后还需与结构物变形观测的数据进行比较，在数据异常地段要查明原因，并进行补测，确认测量无误后应立即预警。对于沉降变形较大的，由线路、地质、轨道、桥梁等相关专业共同研究分析，提出解决方案。

8 加强变形监测数据评估工作

数据的评估管理对于确保数据的严谨可靠很重要，施测单位测量的数据，必须是真实可靠，满足精度反映现场实际变化的，基于可靠的监测数据，才能做出正确的判断，采取有效的管理措施。

（1）质量的评估。整个集团公司十几条高速铁路的变形监测数据，工作量很大，技术性很强，需要由专业的单位对每月完成的监测数据进行检查、核对和数据评估，合格的数据才能交付设备管理单位使用。

（2）在监测的过程中虽然对施工方案进行了评审，明确了作业方法、作业流程，但是不同的监测单位提交的成果还是差别很大的，有些是明显的错误，这要求评估单位对这些情况进行检查、相关单位进行整改反馈。

（3）每月对施工单位完成的工作量进行统计，每季度对各条高铁线路变形监测完成的任务量进行预结算，也是评估单位的一项重要工作。

9 不断摸索和建立完善的数据管理系统

变形监测项目多，数据量大、监测时间长，又有很强的时效性，需要分析大量的数据，因此高速铁路的变形监测急需建立完整的数据管理系统，实现数据处理、数据存储、数据评估、数据的统计、数据分析等功能，需要在变形监测重点地段的管理过程中不断的摸索和对经验进行总结，逐步建立和完善。这是我国高速铁路信息化发展的方向，也是运营高速铁路科学管理的需要。

10 明确变形监测的意义和重要性

（1）确保设备的安全。根据重点地段的变形监测数据和预警信息，设备管理单位可以清楚的了解掌握这些不良设备的具体变化情况，及时采取相应的措施和方法，保障了高速铁路的行车安全。

（2）节约费用。以往在铁路建设期也好，或在运营期，对构筑物或基础的变形监测多是确定一个周期由施测单位按时间去完成，现在的高速铁路变形监测由专门的部门进行管理，根据监测数据变化速率结合现场实际进行实时周期和范围的调整或地段取消，真正实现了监测费用使用的最大化，极大地节约了监测费用。

（3）掌握一些特殊设备的变化规律。我国高速铁路的基础形式多种多样，如大跨度转体连续梁、大跨度连续梁、连续钢结构梁等，其变化情况可能与设计的有所不同，这就要在高铁的运营期去发现，积累，了解其真实的变化情况，根据其变化特点，对线路平纵面适时调整，满足高速铁路各个季节的高平顺性的要求。

（4）为设备整治提供数据支持。重点地段变形稳定后，设备管理单位和集团公司决策部门就可以根据需要对设备进行整治，恢复线路设备的良好状态。管内高铁多处施工整治都是在监测确认稳定后进行了抬板、桥墩纠偏、移梁纠偏等整治施工。而如果没有进行变形监测，基础还不稳定就进行施工整治，随着基础变形量的发展，可能会需要再次进行整治施工，这样势必增加了不必要的的费用。随着高速铁路变形监测工作开展的不断深入和完善，其在高速铁路日常管理中的作用和地位日趋明显，是运营期高速铁路的一种重要的管理工作，也是高速铁路快速发展的需要，对于确保高速铁路的安全和发展有着极为重要的意义。