基于VB 的客运专线无砟轨道地基沉降评估系统★

2011-08-20牛海鹏谭志祥

山西建筑 2011年22期

牛海鹏谭志祥郭仓

0 引言

近年来，高速铁路的兴建，极大的便利了人们的出行。然而，行车速度达200 km/h以上的高速铁路与普通铁路具有本质上的差异[1］，其路基的列车动力作用远大于普通铁路。这就对铁路路基的建设提出了更高的要求。由于目前岩石计算分析还无法准确预估线下构筑物的沉降变形，因此，为确保线下构筑物工后沉降变形满足无砟轨道的铺设条件，在铺设无砟轨道前，应对线下结构物沉降变形做系统的评估[2，3］。地基沉降评估一般采用双曲线法与三点法。

双曲线法与三点法均是路基沉降评估的方法，主要应用于根据地基加固时观测到的地面沉降或地基土分层沉降时间过程线推算地基的最终沉降量[4］。VB是Visual Basic的简称，是由美国微软公司于1991年开发的一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高且功能强大，可以与Windows专业开发工具SDK相媲美[5-7］。

1 双曲线法与三点法的数学模型

1.1 双曲线法的数学模型

双曲线法是假定t时间的沉降量St随时间t的发展过程符合双曲线方程，用下式表示:

其中，S0为初期沉降量(t=0);St为t时刻沉降量;t0为起点时间，一般取填方施工结束日;α，β均为实测数据经过曲线回归求得的系数。

由实测数据绘制(t－t0)/(St－S0)与t－t0的关系图，拟合直线，求得直线的截距α和斜率β，即可求得任意时间的沉降量St和最终沉降量S∞:

1.2 三点法的数学模型

三点法是根据固结沉降表达式:

其中，Sd为瞬时沉降;S∞为最终沉降量;α，β均为实测数据经过曲线回归求得的系数。

从实测的S—t曲线上选择停止加荷后的三个等时间间隔点t1，t2，t3，即 t2－ t1=t3－ t2，其点对应的沉降量为 S1，S2，S3，并且t2－t1和t3－t2尽可能大，同时t3应尽可能取在S—t曲线的末端，见图1。

由式(4)可得:

推导可得最终沉降量为:

另外可求得:

根据实测数据确定α，β，S∞和Sd后，可以利用式(4)计算任意时刻的St值。

2 沉降评估系统及功能

根据软件系统结构化的思想，将地基沉降评估系统分为两个功能模块，即双曲线法沉降评估模块与三点法沉降评估模块。

3 实际项目的应用

以河北某地铁路客运专线为例，该客运专线路堤基床底层填筑完成，基床表层填筑前填筑预压土，预压土高度3.0 m。路基沉降观测水准测量的精度为±1.0 mm，读数取位至0.1 mm;剖面沉降观测的精度应不低于8 mm/30 m，横剖面沉降测试仪最小读数不大于0.1 mm。

3.1 最终沉降量分析

选该客运专线区段中的12个点的观测数据应用以上两个程序进行沉降评估。现将该12个点的数据列于表1中。在此观测时间段中，每次观测均严格遵循规范中的规定，且该点位采取了有效的保护措施，数据可靠规范。

经过程序的计算得12个点的预测最终沉降量见表2。

表1 12个点的总沉降值 mm

表2 12个点的预测最终沉降量mm

经计算12个点预测时的沉降值与预测的最终沉降量(不包含结构层引起的沉降量)之比大于75%，即S(t)/S(∞)≥75%，完全满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》[8］对沉降预测时间的要求，两种方法相互验证了其正确性。由表2可以看出两种方法的预测值中相差最大的为5号点1.61 mm，相差最小的为7号点0.01 mm。两种预测值中与实测值相差最大的为8号点的三点法预测值，与实测值相差1.69 mm，相差最小的为12号点的三点法预测最终沉降量，与实测值相差0.03 mm。

3.2 沉降过程动态分析

双曲线法与三点法计算结果的差异主要是由于三点法并没有真实反映出实测曲线的特征。如上文St=S∞(1－αe－βt)+Sdαe－βt推算而得，三点法在推算的过程中假设了α，β是不变的，而事实是α，β是变化的。现根据程序所得结果求取9号点的沉降评估曲线(见图2)，以验证程序的正确性。由图2可看出本沉降评估系统处理9号点所得评估曲线与实测沉降曲线吻合，实测最终沉降量与预测最终沉降量分别相差－0.39 mm(双曲线法)，－0.80 mm(三点法)，其中双曲线法与三点法相差－0.41 mm，结果基本相同。沉降评估曲线的估计值总是大于实测值，且评估曲线末端其数值都会趋于较最终沉降量大的一个数值，最终曲线趋于稳定。这也表明该程序对9号点的沉降评估准确可靠。

以上实例应用分析表明，本文开采的沉降评估系统是正确、可靠的，可以满足工程应用。