許鵬飛

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300222）

區(qū)域地面沉降段高速鐵路線下工程沉降評估與數(shù)據(jù)分析

許鵬飛

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300222）

線下工程沉降評估已成為高速鐵路建設(shè)和運行過程中的重要環(huán)節(jié)，由于區(qū)域沉降的變形規(guī)律難以精確掌握，對摸清線下工程自身變形狀態(tài)造成干擾，并直接影響工程工后沉降預(yù)測值的失真。以津秦鐵路客運專線天津區(qū)段線下工程沉降觀測為研究對象，根據(jù)相關(guān)評估標(biāo)準(zhǔn)，通過實測數(shù)據(jù)對評估成果進行數(shù)據(jù)對比分析，剔除區(qū)域地面沉降對線下工程沉降變形的影響，滿足沉降評估的規(guī)范要求。

高速鐵路；區(qū)域地面沉降；沉降評估

近年來，由于大量開采地下水等人為活動，在我國華北平原一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不同程度的地面沉降，形成了若干個沉降漏斗，華北平原已是我國地面沉降的重點發(fā)育區(qū)域之一。隨著鐵路建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，華北平原成為多條高速鐵路客運專線的必經(jīng)之地，區(qū)域地面沉降地段的線下工程沉降變形評估成為新的研究課題。

1 概述

津秦鐵路客運專線線路自天津樞紐天津站，途經(jīng)天津市級所轄的河?xùn)|區(qū)、東麗區(qū)、濱海新區(qū)、寧河縣；向北經(jīng)豐南、唐山市區(qū)，進入秦山地區(qū)秦皇島站。沿線區(qū)域地面沉降災(zāi)害發(fā)育比較嚴(yán)重，經(jīng)過的軍糧城、漢沽兩個沉降漏斗區(qū)，且由于近年來周邊經(jīng)濟發(fā)展迅速，地下水開采需求不斷增大，1985~2008年最大累計沉降量為1100mm。津秦客專Ⅰ標(biāo)段中鐵十八局管段的起訖里程為DK9+ 000-DK41+914，經(jīng)過天津市河?xùn)|區(qū)、東麗區(qū)、塘沽區(qū)。據(jù)工程沿線水平點監(jiān)測資料表明：河?xùn)|區(qū)天津站附近年沉降速率為20mm/a；東麗區(qū)張貴莊地區(qū)年沉降速率為22mm/a；東麗區(qū)無暇街年沉降量速率為67mm/a；塘沽區(qū)中心莊年沉降速率為30~40mm/a。因此，工程線路通過地區(qū)沉降速率有所差異，由此帶來的不均勻沉降對于鐵路的安全運營帶來較大的危險，嚴(yán)重影響運營效益和使用年限。

2 區(qū)域地面沉降對線下工程沉降評估的影響

在津秦客專工程實施過程中，由于區(qū)域地面沉降問題的存在，且區(qū)域沉降的變形規(guī)律難以精確掌握以其不可預(yù)知性，掩蓋了線下工程自身沉降變形規(guī)律，無法進行準(zhǔn)確的評估和預(yù)測，無法確定本工程區(qū)域沉降段無砟軌道鋪設(shè)評估標(biāo)準(zhǔn)，以區(qū)域沉降范圍內(nèi)DK14+750～DK15+350（路基），DK32+800～DK33+100（橋梁)為例進行評估分析比較，消除區(qū)域沉降量對線下工程自身沉降變形的影響，進而確定本工程在區(qū)域地面沉降地段內(nèi)的線下工程沉降評估方法和評估通過標(biāo)準(zhǔn)。

3 沉降變形計算及處理

掌握區(qū)域地面沉降地段內(nèi)的線下路基、橋梁等本體工程沉降變形規(guī)律，首先需要對區(qū)域沉降地段進行定期的沉降監(jiān)測，并按如下方法進行數(shù)據(jù)分析處理：

（1）首先判斷監(jiān)測點或工作基準(zhǔn)點是否受到外界因素的干擾而受到擾動，選用未受到外界擾動的觀測點進行監(jiān)測，保證觀測數(shù)據(jù)真實可靠。

（2）將兩個基點之間的區(qū)域沉降差按照距離基點的距離，采用內(nèi)插法計算出每個檢測點該周期內(nèi)總的理論區(qū)域沉降值，便可以得到兩個工作基點之間線下工程監(jiān)測點的理論區(qū)域地面沉降值。

（3）監(jiān)測點每次周期監(jiān)測時的理論區(qū)域沉降值采用內(nèi)插法對當(dāng)期總的理論區(qū)域沉降值進行時間內(nèi)插計算得出。

（4）進行線下沉降評估計算時，分別從監(jiān)測點總沉降量中減去每周期的理論沉降量。

（5）每次確定監(jiān)測點的起算高程時，需要確定是否已進行新的區(qū)域沉降觀測，如沒有，仍然沿用上期監(jiān)測點的起算高程值

4 沉降變形結(jié)果比較

4.1 路基沉降變形比較分析

本段為中鐵十八局TQ-1-1003評估單元，里程樁號為：DK14+500～DK15+300，本評估區(qū)段路基地基處理自2009年12月4日至2010年3月完成，路基本體填筑自2010年4月20日至2010年6月4日完成，堆載預(yù)壓自2010年6月7日至6月11號完成。該評估單元觀測時間為2010-5-1日至 2011-3-4日，共觀測 27～45期。其中LJ0155號監(jiān)測斷面觀測時間最長，達(dá)10個月，共觀測45期，LJ0154斷面左右監(jiān)測樁觀

測時間最短，為6.5個月，共觀測25期。該段區(qū)域沉降平均在20mm左右，部分監(jiān)測點計算結(jié)果如下：

（1）采用雙曲線法進行計算分析

采用雙曲線法進行計算后發(fā)現(xiàn)，剔除區(qū)域沉降前后，對工后沉降沒有明顯改善，有些測點甚至比剔除前還大，可能與監(jiān)測點本身尚未穩(wěn)定有關(guān)。

（2）采用指數(shù)法進行計算分析

采用指數(shù)法進行計算后發(fā)現(xiàn)，剔除區(qū)域沉降前后，對工后沉降有一定程度的改善，剔除區(qū)域沉降影響后，最大工后沉降為12.86mm，滿足無砟軌道路基工后沉降值不應(yīng)大于15mm的規(guī)范要求。分別見圖1，圖2。

圖1 剔除區(qū)域沉降前后回歸曲線比較圖

圖2 剔除區(qū)域沉降前后累計位移過程曲線圖

4.2 橋梁（墩）沉降變形比較分析

本段為中鐵十八局TQ-1-1006評估單元，里程樁號為：DK22+300～DK25+050，橋墩基礎(chǔ)處理形式均為混凝土灌注樁,屬摩擦樁，樁長44m～53m，自2010年9月26日開始架梁，至2010年11月5日全部架梁完成。橋梁墩臺沉降觀測自2010年7月22日至2011年5月22日，最長觀測期達(dá)10個月，架梁后的觀測期均大于6個月,共觀測31～37期該段區(qū)域沉降量較大，平均超過30mm，部分監(jiān)測點計算結(jié)果如下：

（1）采用雙曲線法進行計算分析

用雙曲線法進行沉降評估，在剔除區(qū)域地面沉降前，沉降數(shù)據(jù)結(jié)果遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的要求，達(dá)到了60mm；在剔除區(qū)域地面沉降后，評估數(shù)據(jù)得到明顯改善，能滿足沉降評估要求；可見橋墩比路基改善明顯，此現(xiàn)象與監(jiān)測點本身變形相對較小，迅速趨于穩(wěn)定有關(guān)。

（2）采用指數(shù)法進行計算分析

用指數(shù)法進行沉降評估，在剔除區(qū)域地面沉降前，沉降數(shù)據(jù)結(jié)果大于規(guī)范規(guī)定的要求，達(dá)到20mm上下；，但比雙曲法預(yù)測值要小得多；剔除區(qū)域沉降對工后沉降影響后，工后沉降明顯減小，均能滿足對于無砟軌道橋面橋梁≤20mm的規(guī)范要求。分別見圖3、圖4。

圖3 剔除區(qū)域沉降前后回歸曲線圖

圖4 剔除區(qū)域沉降前后累計位移過程曲線圖

4.3 比較分析結(jié)論

通過數(shù)據(jù)的計算分析，在數(shù)據(jù)真實可靠前提的前提下，在滿足沉降觀測評估規(guī)范要求的情況，得出以下方面的體會和總結(jié)：

（1）線下工程沉降變形過程中的變形規(guī)律受到區(qū)域地面沉降的影響，在線下沉降評估預(yù)測過程中，需要剔除其影響。

（2）從有效觀測數(shù)據(jù)分析，如不剔除區(qū)域地面沉降的影響，計算結(jié)果只是反映了該區(qū)段的地面沉降趨勢，并沒有反映出其本體工程的沉降變形趨勢，區(qū)域地面沉降量越大，評估結(jié)果受到影響越大，剔除后評估預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)越能得到改善，越能體現(xiàn)線下工程自身的變形規(guī)律。

（3）采用同樣的數(shù)據(jù)而采用不同的評估模型方法，計算結(jié)果也存在這較大的不同，通過實例計算采用指數(shù)法計算出的數(shù)據(jù)更能滿足評估規(guī)范的要求。

（4）對于區(qū)域地面沉降段的地面沉降監(jiān)測需要保證一定的有效觀測密度，對于消除區(qū)域地面沉降對觀測點數(shù)據(jù)的影響，盡快掌握線下路基、橋梁等工程本體的真實沉降變形規(guī)律是非常必要的。

鑒于區(qū)域地面沉降范圍內(nèi)線下工程變形的復(fù)雜性，在工程實施過程中應(yīng)加強工作基點的保護，避免在施工過程中破壞工作基點，造成局部缺失或非區(qū)域沉降的擾動，需要定期對觀測網(wǎng)和工作基點進行復(fù)核，確保觀測數(shù)據(jù)的真實、可靠、連續(xù)，并定期進行區(qū)域沉降監(jiān)測。為滿足評估技術(shù)指南的要求，對線下工程沉降評估時，應(yīng)側(cè)重于本體工程的變形評估，并剔除區(qū)域地面沉降的影響。但基于區(qū)域地面沉降的事實，評估工作完成后，應(yīng)繼續(xù)加強線下工程的沉降觀測，為運行期維護積累技術(shù)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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TU9

A

1672-4658(2015)04-0189-04

2015-06-10

許鵬飛（1983-），男，河北辛集市人，工程師，研究方向：工程施工技術(shù).