區(qū)域地面沉降段高速鐵路線下工程沉降評(píng)估與數(shù)據(jù)分析

許鵬飛

（中鐵十八局集團(tuán)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(píng)估與數(shù)據(jù)分析

許鵬飛

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300222）

線下工程沉降評(píng)估已成為高速鐵路建設(shè)和運(yùn)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(duì)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(cè)值的失真。以津秦鐵路客運(yùn)專線天津區(qū)段線下工程沉降觀測(cè)為研究對(duì)象，根據(jù)相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)估成果進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，剔除區(qū)域地面沉降對(duì)線下工程沉降變形的影響，滿足沉降評(píng)估的規(guī)范要求。

高速鐵路；區(qū)域地面沉降；沉降評(píng)估

近年來(lái)，由于大量開采地下水等人為活動(dòng)，在我國(guó)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(gè)沉降漏斗，華北平原已是我國(guó)地面沉降的重點(diǎn)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(yùn)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(píng)估成為新的研究課題。

1 概述

津秦鐵路客運(yùn)專線線路自天津樞紐天津站，途經(jīng)天津市級(jí)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(jìn)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(gè)沉降漏斗區(qū)，且由于近年來(lái)周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，地下水開采需求不斷增大，1985~2008年最大累計(jì)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(diǎn)監(jiān)測(cè)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(wú)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(lái)的不均勻沉降對(duì)于鐵路的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)效益和使用年限。

2 區(qū)域地面沉降對(duì)線下工程沉降評(píng)估的影響

在津秦客專工程實(shí)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(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估和預(yù)測(cè)，無(wú)法確定本工程區(qū)域沉降段無(wú)砟軌道鋪設(shè)評(píng)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(jìn)行評(píng)估分析比較，消除區(qū)域沉降量對(duì)線下工程自身沉降變形的影響，進(jìn)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(píng)估方法和評(píng)估通過標(biāo)準(zhǔn)。

3 沉降變形計(jì)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(duì)區(qū)域沉降地段進(jìn)行定期的沉降監(jiān)測(cè)，并按如下方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理：

（1）首先判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)或工作基準(zhǔn)點(diǎn)是否受到外界因素的干擾而受到擾動(dòng)，選用未受到外界擾動(dòng)的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

（2）將兩個(gè)基點(diǎn)之間的區(qū)域沉降差按照距離基點(diǎn)的距離，采用內(nèi)插法計(jì)算出每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)該周期內(nèi)總的理論區(qū)域沉降值，便可以得到兩個(gè)工作基點(diǎn)之間線下工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的理論區(qū)域地面沉降值。

（3）監(jiān)測(cè)點(diǎn)每次周期監(jiān)測(cè)時(shí)的理論區(qū)域沉降值采用內(nèi)插法對(duì)當(dāng)期總的理論區(qū)域沉降值進(jìn)行時(shí)間內(nèi)插計(jì)算得出。

（4）進(jìn)行線下沉降評(píng)估計(jì)算時(shí)，分別從監(jiān)測(cè)點(diǎn)總沉降量中減去每周期的理論沉降量。

（5）每次確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的起算高程時(shí)，需要確定是否已進(jìn)行新的區(qū)域沉降觀測(cè)，如沒有，仍然沿用上期監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(píng)估單元，里程樁號(hào)為：DK14+500～DK15+300，本評(píng)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(hào)完成。該評(píng)估單元觀測(cè)時(shí)間為2010-5-1日至 2011-3-4日，共觀測(cè) 27～45期。其中LJ0155號(hào)監(jiān)測(cè)斷面觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)，達(dá)10個(gè)月，共觀測(cè)45期，LJ0154斷面左右監(jiān)測(cè)樁觀

測(cè)時(shí)間最短，為6.5個(gè)月，共觀測(cè)25期。該段區(qū)域沉降平均在20mm左右，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如下：

（1）采用雙曲線法進(jìn)行計(jì)算分析

采用雙曲線法進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，剔除區(qū)域沉降前后，對(duì)工后沉降沒有明顯改善，有些測(cè)點(diǎn)甚至比剔除前還大，可能與監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身尚未穩(wěn)定有關(guān)。

（2）采用指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算分析

采用指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，剔除區(qū)域沉降前后，對(duì)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(wú)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(jì)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(píng)估單元，里程樁號(hào)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(zhǎng)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(tái)沉降觀測(cè)自2010年7月22日至2011年5月22日，最長(zhǎng)觀測(cè)期達(dá)10個(gè)月，架梁后的觀測(cè)期均大于6個(gè)月,共觀測(cè)31～37期該段區(qū)域沉降量較大，平均超過30mm，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如下：

（1）采用雙曲線法進(jìn)行計(jì)算分析

用雙曲線法進(jìn)行沉降評(píng)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(píng)估數(shù)據(jù)得到明顯改善，能滿足沉降評(píng)估要求；可見橋墩比路基改善明顯，此現(xiàn)象與監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身變形相對(duì)較小，迅速趨于穩(wěn)定有關(guān)。

（2）采用指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算分析

用指數(shù)法進(jìn)行沉降評(píng)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(cè)值要小得多；剔除區(qū)域沉降對(duì)工后沉降影響后，工后沉降明顯減小，均能滿足對(duì)于無(wú)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(jì)位移過程曲線圖

4.3 比較分析結(jié)論

通過數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，在數(shù)據(jù)真實(shí)可靠前提的前提下，在滿足沉降觀測(cè)評(píng)估規(guī)范要求的情況，得出以下方面的體會(huì)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(píng)估預(yù)測(cè)過程中，需要剔除其影響。

（2）從有效觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，如不剔除區(qū)域地面沉降的影響，計(jì)算結(jié)果只是反映了該區(qū)段的地面沉降趨勢(shì)，并沒有反映出其本體工程的沉降變形趨勢(shì)，區(qū)域地面沉降量越大，評(píng)估結(jié)果受到影響越大，剔除后評(píng)估預(yù)測(cè)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(píng)估模型方法，計(jì)算結(jié)果也存在這較大的不同，通過實(shí)例計(jì)算采用指數(shù)法計(jì)算出的數(shù)據(jù)更能滿足評(píng)估規(guī)范的要求。

（4）對(duì)于區(qū)域地面沉降段的地面沉降監(jiān)測(cè)需要保證一定的有效觀測(cè)密度，對(duì)于消除區(qū)域地面沉降對(duì)觀測(cè)點(diǎn)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(shí)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(shí)施過程中應(yīng)加強(qiáng)工作基點(diǎn)的保護(hù)，避免在施工過程中破壞工作基點(diǎn)，造成局部缺失或非區(qū)域沉降的擾動(dòng)，需要定期對(duì)觀測(cè)網(wǎng)和工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠、連續(xù)，并定期進(jìn)行區(qū)域沉降監(jiān)測(cè)。為滿足評(píng)估技術(shù)指南的要求，對(duì)線下工程沉降評(píng)估時(shí)，應(yīng)側(cè)重于本體工程的變形評(píng)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(shí)，評(píng)估工作完成后，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)線下工程的沉降觀測(cè)，為運(yùn)行期維護(hù)積累技術(shù)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]天津市環(huán)境地質(zhì)研究所.津秦客運(yùn)專線軌道交通工程區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)預(yù)警工程方案[R]. 2010,10,1-2.

[2]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院, 新建鐵路津秦客運(yùn)專線區(qū)域地面沉降段、斷裂帶段鋪設(shè)無(wú)砟軌道存在問題及處理措施專題研究報(bào)告[R].2009.02 .

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范（TB10601-2009，J962-2009）[M].中國(guó)鐵道出版，2010.

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部工程管理中心客運(yùn)專線鐵路變形觀測(cè)評(píng)估技術(shù)手冊(cè)[M].中國(guó)鐵道出版社, 2009.

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).