高铁路基工程变形观测方案设计与实施_乔旭

测绘与空间地理信息

GEOMATICS＆SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGY

Vol．35，No．12Dec．，2012

高铁路基工程变形观测方案设计与实施

乔

旭

（辽宁省基础测绘院，辽宁锦州121000）

要：高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和高稳定性的轨下基础，而路基作为轨道结构的基础，

必须在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内，这无疑就对高速铁路的沉降稳定提出了摘

“桥头跳车”长期以来现象一直困绕着人们，究其原因是路桥过渡段的刚性和柔性的差异沉很高的要求。然而，

降所致。本文以哈大高铁四平段为例，对路基和过渡段的沉降稳定性以及沉降进行了预测。关键词：哈大高铁;路基;过渡段;沉降观测;技术设计中图分类号：TB22文献标识码：B文章编号：1672－5867（2012）12－0209－04

DesignandImplementationofHigh－SpeedRail

RoadbedDeformationObservationSchemes

QIAOXu

（LiaoningProvincialBasicSurveyingandMappingInstitute，Jinzhou121000，China）

Abstract：Thehigh－speedrailroadmustprovideahighsmoothnessandhighstabilityfoundationundertheaxlefortrain’shighspeedtravel，whiletheroadbedtakesthefoundationofthetrackstructure．Wemustkeepthedesignofparameterintodemandedrangeunderwhichraisesmuchhigherrequestforthesettlementofhigh－speedrailway．However，thephenomenon－“ve-ouroperationcondition，

hiclesbumpingintheendofbridge”hasbeenatoughconcernforalongtime，whichdirectlyinfluencesthesafetyandcomfortbilityduringtrainoperation．Themainreasonliesinthedeferencebetweentherigidityandflexibilityinthetransitionsection．Therefore，thekeytaskistheroadbase，thesettlementinthetransitionsectionaswellasthesettlementanticipationforhigh－speedbasedesignandconstruction．

Keywords：Harbin－Dalianhigh－speedrailway；roadbed；transitionsection；settlementobservation；technicaldesign

0引言

关规定，借鉴国外高速铁路无碴轨道铺设条件的相关评

估技术要求，进行编制的。

自1925年世界上第一条铁路诞生以来，世界各国重

视铁路研究工作的专家、学者，始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。高速铁路对轨道的平顺性提出了更

而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，高的要求，

是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工

程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺，因此，需要轨下基础有较高的稳定性和较小的永久变形，以确保列车高速、安全、平稳运行。

本设计是根据铁道部建设司2006年4月10日下发《关于尽快开展〈无碴轨道铺设条件评估技术指南〉的编

《客运专线无碴轨道铁路工程测写工作的通知》的要求和量技术暂行规定》中对线下构筑物的变形测量提出的相

收稿日期：2012－01－04作者简介：乔

1哈大客运专线四平段概述

“十一五”哈大铁路客运专线被列为我国期间东北地

《中长期铁路网规划》“四纵是我国区铁路建设重点工程，

四横”客运专线网中“北京—沈阳—哈尔滨（大连）”客运

专线的重要组成部分，全长约900km。中铁十九局集团哈大客运专线管段位于吉林省四平市境内，为新建铁路哈尔滨至大连客运专线站前土建工程Ⅲ标DK579+140～DK602+407．3段工程，线路全长23．2667km，其中桥梁长13．77807km，占59．22%；路基长9．48923km，占40．78%。工程投资6．86×108元。

沉降和变形观测里程起始于DK579+140，终止于DK602+407．3，其中包括八棵树大桥、三叉河大桥、英城

旭（1965－），男，辽宁沈阳人，工程师，本科学历，主要从事航空摄影测量及GPS测量工作。

210

测绘与空间地理信息

路堑观测断面各一处。堤、

2012年

DK597+224、DK597+大桥、龙王庙大桥等十座大桥，

DK598+250等十个涵洞和靠山屯—八棵树路基、713、八棵树—三岔河路基等十段路基。

4沉降变形观测网的建立

2

2．1

沉降观测的内容及要求

沉降观测的内容路基

1）路堤

4．1水准基点与工作基点的布设与观测

4．1．1水准基点的布设

水准基点采用铁路设计院提供的41个Ⅱ等水准点。这些水准点是铁路设计院在规划设计阶段测的高等级点，其平面坐标按照国家二等平面控制的精度要求和施高程按照国家二等水准测量的精度要求和测方法观测，施测方法观测，点位精度高，保存完好。

2．1．1

路基沉降观测的根据不同的路基高度和地基条件，

主要内容包括：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测；路基两侧坡脚的沉降观测。

2）路堑

根据不同的路基高度和地基条件，路基沉降观测的主要内容包括：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测。

4．1．2工作基点的布设

工作基点应选在比较稳定的位置。位置适宜的水准

工作基点距线路中心50m基点也可作为工作基点使用，

～100m，沿线路方向间距不宜大于200m。工作基点采

用混凝土预制桩（预制时插入Ф28mm、长60cm、顶端圆滑的钢筋），桩周上部30cm用混凝土浇注固定并编号，埋深不得小于2．0m（本管段冻土层厚度1．6m），并应采取防护措施加以保护。

2．1．2过渡段

根据过渡段的设计形式，沉降观测的主要内容包括：

路桥过渡段沉降观测；路堤与涵洞过渡段沉降观测；路堤与路堑过渡段沉降观测。

4．1．3沉降变形观测网的观测

2．2沉降观测的控制要求

高速铁路路基作为无碴轨道结构的基础，对路基的

水准基点和工作基点组成了沉降变形观测网。GPS

平面控制网，按照国家三等平面控制（GPSC级网）的精度要求和施测方法观测工作基点的平面坐标；高程控制

按照国家二等水准测量的精度要求和施测方法观测网，

工作基点的高程值。沉降变形观测过程中，工作基点应定期与水准基点进行校核。当对沉降观测成果发生怀疑时，应随时进行复测校核。

沉降变形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范围之内。我国拟建的高速铁路无碴轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后20m结构长度范围内的不均匀沉扣件可调整的总沉降量，

降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，见表1。

表1

高速铁路无碴轨道路基工后沉降控制标准

Controlstandardsafterhigh－speed

railwaytracksettlement

一般情况允许≤15mm

均匀地基长≤30mm

不均匀沉降20mm/20m

差异沉降错台≤5mm

折角＜1/1000

4．2沉降观测网的主要技术要求

垂直位移监测网应布设成闭合环状、结点或附合水

准路线等形式。沉降观测精度要求见表2；沉降变形观测网主要技术指标见表3；水平位移监测网主要技术指标见表4。

表2沉降观测精度（单位：mm）Tab．2Settlementobservationaccuracy

变形观测点的高程中误差

±0．5

相邻变形观测点的高程中误差

±0．3

Tab．1

3

3．1

观测点布置

路基观测断面的布置原则

表3沉降变形观测网的主要技术指标（单位：mm）Tab．3Majortechnicalrequirementsofthesettlement

deformationobservationnetwork

相邻基准

等级二等

点高差中误差0．5

每站高差中误差0．13

往返较差、附合或环线闭合差n≤0．3槡监测已测高差较差n≤0．5槡一般情况下沿线路方向间隔不大于50m布设一个观

25m布地基条件复杂、地形起伏大应适当加密，测断面，

设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区

段为一个单元）应不少于两个观测断面。

3．2过渡段观测断面的布置原则

每个路桥过渡段设置三个观测断面，分别设置于与

20～30m处；每个路涵过桥台连接处、距离桥台5～10m，渡段路基设置六个观测断面，分别设置于涵洞与路基交界处、距离涵洞5～10m处，距离涵洞10～20m处；路堤

与路堑过渡段分别在距离填挖分界点5～10m处设置路

5沉降观测方案设计

5．1路基沉降观测

5．1．1沉降观测元件的埋设

观测元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后，

第12期

乔旭：高铁路基工程变形观测方案设计与实施211

路基填筑施工前埋设。采用100mm×100mm×1100mm规格的C15混凝土预制桩，埋入钢筋原长不小于40cm，直径不小于20mm，底部做成带弯钩状，露出混凝土面5mm打磨成半球状，表面作好防锈处理。路基面观测桩一般设在距左右线路中心3．2m基床底层顶面，埋设规格如图1所示。沉降板由底钢板（50cm×50cm，厚1cm）、金属测杆（Φ40mm厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于Φ75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成。表4水平位移监测网的主要技术指标

Tab．4Majortechnicalrequirementsofthehorizontal

displacementmonitoringnetwork

相邻基准点的点位中误差（mm）

±6．0

＜350＜350

±1．8±2．5

平均边长（m）

测角中误差（″）

最弱边相对中误差≤1/70000≤1/40000

5．2过渡段沉降观测

分别在路桥、路涵过渡段的结构物起点、距结构物起

20～30m处、50m处各设一个观测断面。点5～10m处、

路堤和路堑过渡段在分界处设路基面观测断面，每观测断面设三个观测桩。沉降观测的频次按路基沉降观测频次进行。

5．3技术要求

依据水准测量规范和本单位实际情况，本次水准测

量外业观测采用瑞士生产的莱卡DNA型电子水准仪及配套一对因瓦条形码水准尺进行测量。仪器标称精度为每公里观测高差中误差0．3mm。仪器使用前须经仪器检定

部门鉴定合格。沉降观测采用二等水准测量，观测精度不低于1mm，读数取位至0．1mm。

6

6．1

沉降观测结果的分析与评估

路

基

路基沉降在荷载保持稳定条件下的地基沉降可用下

列两种曲线来拟合。

双曲线：

S（t）=S∞（1－e－a*t）

指数曲线：

S（t）=－S0=a［1－e－b（t－t）］

0

检验监测数据与拟合的沉降双曲线之间趋势的符合

性。当两者之间的相关关系r，满足相关系数r0．92时“优”。当间隔不少于三个月的两次预测，最终沉降的为

。差值不应大于8mm时，认为预测的稳定性达到了“优”

图1路基面沉降观测桩参考图（单位：mm）

Fig．1Referencediagramofsubgradesurface

settlementobservation（unit：mm）

当预测的时间满足条件，即S（t）/S（t=∞）≥75%时，预测才是准确的。式中：S（t）为预测时的沉降观测值；S（t=∞）为时间t时预测的最终沉降值

6．2

5．1．2

监测方法及要求

观测频次要求见表5。

表5路基沉降观测频次

Frequencyofroadbedsettlementobservation

观测频次

一般

填筑或堆载

沉降量突变两次填筑间隔时间较长

第1个月3个月第2，

堆载预压或路基施工完毕

3个月以后6个月以后

1次/天

2～3次/天1次/3天1次/周1次/10天1次/2周1次/月

过渡段

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。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。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。

Tab．5

观测阶段

7实测数据分析

路基基础沉降分析评估采用曲线回归法。本设计就

此段路基中的DK597+214和DK598+242断面做实例分析。

实例一：断面DK597+214开始于2009－6－10（在此之前也有观测，因种种原因观测桩遭破坏导致重新观堆载开始于2009－11－25，结束于2009－11－30。测），

根据累计沉降量汇总表，求出a=26．0602；b=0．3054；相关系数r=0．9792（其中a和b为负荷不再变化时的数据代入方程组时求得的系数）。推算出的最终沉降量为4．1mm。划出的曲线图如图2所示。

（冬季：结冰期与冻融期观测频次比平常增加一倍）

第1个月

无碴轨道铺设后

3个月第2，3～12个月

1次/2周1次/月1次/3月

212

测绘与空间地理信息

8

结束语

2012年

安全是铁路永恒的主题，我国客运专线建设由于地质条件复杂，面临的问题较多，尤其是如何有效预测工后沉降长期困扰着工程界。因此，科学、有效地分析和预测线下工程工后沉降量是无碴轨道铺设的关键环节。本设计

图2DK597+214断面基底曲线图Fig．2CurveofDK597+214sectionbase

实例二：断面DK598+242开始于2009－6－10，此断面没有进行堆载（在此之前也有观测，因种种原因观测桩遭破坏导致重新观测）。根据累计沉降量汇总表，求出a=28．5931；b=0．3636；相关系数r=0．9988。推算出最终沉降量为3．0mm。划出的曲线图如图3所示。

针对哈大客运专线四平段的沉降观测进行阐述，介绍了当地的自然情况，详细制定了观测目的、观测内容、观测方法观测基点及布设图纸，为以后的工程建并设计了控制点、

设提供了可参考的依据。由于笔者实际工作经验尚少，思所以本设计还存在一些缺陷，需要在施工中维不够缜密，不断提出，不断解决，不断完善，以达到理想的效果。

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图3DK598+242断面基底曲线图

Fig．3CurveofDK598+242sectionbase

根据两种不同形式的路基的实际观测数据作回归分析及预测，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0．92。沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于三个月的两次，预测最终沉降的差值不应大于8mm。（上接第208页）

［编辑：宋丽茹］

产生相应的误差。观测误差与模型比例尺有关，比例尺越

小观测误差越大，试验时应注意选择合适的模型比例尺。

参考文献：

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1991．中国矿业大学出版社，

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图6稳定后的下沉曲线

Fig．6Stabilizedsettlementcurve

合研究，不仅可以提高煤炭开采的回收率，减少井下事故的发生几率，而且具有很大的技术、经济效益和社会效益。

2）本次试验通过大量观测数据，利用Excel的函数进行计算，对输入的数据进行自动分析处理。采用Excel绘制观测线的动态下沉曲线及动态水平移动曲线，定量分析了覆岩弯曲带的动态沉陷规律，总体上能反映出实际的情况。

3）在相似材料模型铺设过程中，与设计要求的理论模型相比，存在一定的误差，相似材料模拟试验结果也就会

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［编辑：宋丽茹］