区域地面沉降段高速铁路线下工程沉降评估与数据分析

许鹏飞

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300222）

区域地面沉降段高速铁路线下工程沉降评估与数据分析

许鹏飞

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300222）

线下工程沉降评估已成为高速铁路建设和运行过程中的重要环节，由于区域沉降的变形规律难以精确掌握，对摸清线下工程自身变形状态造成干扰，并直接影响工程工后沉降预测值的失真。以津秦铁路客运专线天津区段线下工程沉降观测为研究对象，根据相关评估标准，通过实测数据对评估成果进行数据对比分析，剔除区域地面沉降对线下工程沉降变形的影响，满足沉降评估的规范要求。

高速铁路；区域地面沉降；沉降评估

近年来，由于大量开采地下水等人为活动，在我国华北平原一定区域内产生不同程度的地面沉降，形成了若干个沉降漏斗，华北平原已是我国地面沉降的重点发育区域之一。随着铁路建设的大规模发展，华北平原成为多条高速铁路客运专线的必经之地，区域地面沉降地段的线下工程沉降变形评估成为新的研究课题。

1 概述

津秦铁路客运专线线路自天津枢纽天津站，途经天津市级所辖的河东区、东丽区、滨海新区、宁河县；向北经丰南、唐山市区，进入秦山地区秦皇岛站。沿线区域地面沉降灾害发育比较严重，经过的军粮城、汉沽两个沉降漏斗区，且由于近年来周边经济发展迅速，地下水开采需求不断增大，1985~2008年最大累计沉降量为1100mm。津秦客专Ⅰ标段中铁十八局管段的起讫里程为DK9+ 000-DK41+914，经过天津市河东区、东丽区、塘沽区。据工程沿线水平点监测资料表明：河东区天津站附近年沉降速率为20mm/a；东丽区张贵庄地区年沉降速率为22mm/a；东丽区无暇街年沉降量速率为67mm/a；塘沽区中心庄年沉降速率为30~40mm/a。因此，工程线路通过地区沉降速率有所差异，由此带来的不均匀沉降对于铁路的安全运营带来较大的危险，严重影响运营效益和使用年限。

2 区域地面沉降对线下工程沉降评估的影响

在津秦客专工程实施过程中，由于区域地面沉降问题的存在，且区域沉降的变形规律难以精确掌握以其不可预知性，掩盖了线下工程自身沉降变形规律，无法进行准确的评估和预测，无法确定本工程区域沉降段无砟轨道铺设评估标准，以区域沉降范围内DK14+750～DK15+350（路基），DK32+800～DK33+100（桥梁)为例进行评估分析比较，消除区域沉降量对线下工程自身沉降变形的影响，进而确定本工程在区域地面沉降地段内的线下工程沉降评估方法和评估通过标准。

3 沉降变形计算及处理

掌握区域地面沉降地段内的线下路基、桥梁等本体工程沉降变形规律，首先需要对区域沉降地段进行定期的沉降监测，并按如下方法进行数据分析处理：

（1）首先判断监测点或工作基准点是否受到外界因素的干扰而受到扰动，选用未受到外界扰动的观测点进行监测，保证观测数据真实可靠。

（2）将两个基点之间的区域沉降差按照距离基点的距离，采用内插法计算出每个检测点该周期内总的理论区域沉降值，便可以得到两个工作基点之间线下工程监测点的理论区域地面沉降值。

（3）监测点每次周期监测时的理论区域沉降值采用内插法对当期总的理论区域沉降值进行时间内插计算得出。

（4）进行线下沉降评估计算时，分别从监测点总沉降量中减去每周期的理论沉降量。

（5）每次确定监测点的起算高程时，需要确定是否已进行新的区域沉降观测，如没有，仍然沿用上期监测点的起算高程值

4 沉降变形结果比较

4.1 路基沉降变形比较分析

本段为中铁十八局TQ-1-1003评估单元，里程桩号为：DK14+500～DK15+300，本评估区段路基地基处理自2009年12月4日至2010年3月完成，路基本体填筑自2010年4月20日至2010年6月4日完成，堆载预压自2010年6月7日至6月11号完成。该评估单元观测时间为2010-5-1日至 2011-3-4日，共观测 27～45期。其中LJ0155号监测断面观测时间最长，达10个月，共观测45期，LJ0154断面左右监测桩观

测时间最短，为6.5个月，共观测25期。该段区域沉降平均在20mm左右，部分监测点计算结果如下：

（1）采用双曲线法进行计算分析

采用双曲线法进行计算后发现，剔除区域沉降前后，对工后沉降没有明显改善，有些测点甚至比剔除前还大，可能与监测点本身尚未稳定有关。

（2）采用指数法进行计算分析

采用指数法进行计算后发现，剔除区域沉降前后，对工后沉降有一定程度的改善，剔除区域沉降影响后，最大工后沉降为12.86mm，满足无砟轨道路基工后沉降值不应大于15mm的规范要求。分别见图1，图2。

图1 剔除区域沉降前后回归曲线比较图

图2 剔除区域沉降前后累计位移过程曲线图

4.2 桥梁（墩）沉降变形比较分析

本段为中铁十八局TQ-1-1006评估单元，里程桩号为：DK22+300～DK25+050，桥墩基础处理形式均为混凝土灌注桩,属摩擦桩，桩长44m～53m，自2010年9月26日开始架梁，至2010年11月5日全部架梁完成。桥梁墩台沉降观测自2010年7月22日至2011年5月22日，最长观测期达10个月，架梁后的观测期均大于6个月,共观测31～37期该段区域沉降量较大，平均超过30mm，部分监测点计算结果如下：

（1）采用双曲线法进行计算分析

用双曲线法进行沉降评估，在剔除区域地面沉降前，沉降数据结果远大于规范规定的要求，达到了60mm；在剔除区域地面沉降后，评估数据得到明显改善，能满足沉降评估要求；可见桥墩比路基改善明显，此现象与监测点本身变形相对较小，迅速趋于稳定有关。

（2）采用指数法进行计算分析

用指数法进行沉降评估，在剔除区域地面沉降前，沉降数据结果大于规范规定的要求，达到20mm上下；，但比双曲法预测值要小得多；剔除区域沉降对工后沉降影响后，工后沉降明显减小，均能满足对于无砟轨道桥面桥梁≤20mm的规范要求。分别见图3、图4。

图3 剔除区域沉降前后回归曲线图

图4 剔除区域沉降前后累计位移过程曲线图

4.3 比较分析结论

通过数据的计算分析，在数据真实可靠前提的前提下，在满足沉降观测评估规范要求的情况，得出以下方面的体会和总结：

（1）线下工程沉降变形过程中的变形规律受到区域地面沉降的影响，在线下沉降评估预测过程中，需要剔除其影响。

（2）从有效观测数据分析，如不剔除区域地面沉降的影响，计算结果只是反映了该区段的地面沉降趋势，并没有反映出其本体工程的沉降变形趋势，区域地面沉降量越大，评估结果受到影响越大，剔除后评估预测结果数据越能得到改善，越能体现线下工程自身的变形规律。

（3）采用同样的数据而采用不同的评估模型方法，计算结果也存在这较大的不同，通过实例计算采用指数法计算出的数据更能满足评估规范的要求。

（4）对于区域地面沉降段的地面沉降监测需要保证一定的有效观测密度，对于消除区域地面沉降对观测点数据的影响，尽快掌握线下路基、桥梁等工程本体的真实沉降变形规律是非常必要的。

鉴于区域地面沉降范围内线下工程变形的复杂性，在工程实施过程中应加强工作基点的保护，避免在施工过程中破坏工作基点，造成局部缺失或非区域沉降的扰动，需要定期对观测网和工作基点进行复核，确保观测数据的真实、可靠、连续，并定期进行区域沉降监测。为满足评估技术指南的要求，对线下工程沉降评估时，应侧重于本体工程的变形评估，并剔除区域地面沉降的影响。但基于区域地面沉降的事实，评估工作完成后，应继续加强线下工程的沉降观测，为运行期维护积累技术数据。

参考文献：

[1]天津市环境地质研究所.津秦客运专线轨道交通工程区域地面沉降监测预警工程方案[R]. 2010,10,1-2.

[2]铁道第三勘察设计院, 新建铁路津秦客运专线区域地面沉降段、断裂带段铺设无砟轨道存在问题及处理措施专题研究报告[R].2009.02 .

[3] 中华人民共和国铁道部高速铁路工程测量规范（TB10601-2009，J962-2009）[M].中国铁道出版，2010.

[4]中华人民共和国铁道部工程管理中心客运专线铁路变形观测评估技术手册[M].中国铁道出版社, 2009.

TU9

A

1672-4658(2015)04-0189-04

2015-06-10

许鹏飞（1983-），男，河北辛集市人，工程师，研究方向：工程施工技术.