高速铁路软土路基沉降预测探究

田孟磊

（中国水利水电第七工程局科研设计院，四川成都 611730）

高速铁路软土路基沉降预测探究

田孟磊

（中国水利水电第七工程局科研设计院，四川成都 611730）

我国铁路交通事业的快速发展迎来了高速铁路建设的高潮，并且已经进入了快速发展阶段。为了有效保障高速铁路路面的平稳性以及列车运行的安全性，对铁路路基沉降的控制就显得尤为重要，这也是延长高速铁路使用寿命的重要条件。

高速铁路 软土路基 沉降预测

引言

近年来，随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路已进入全面建设中。高速铁路的出现，对传统铁路的设计、施工、监测、维护都提出了新的挑战。高速铁路工程规模大，投资大，技术要求越来越精密，一旦某种原因而引起工程事故，所造成的损失将不可估量。为保证高速铁路的正常运行，控制路基的沉降变形已成为最关键的问题之一。因此，必须依据现场前期的沉降观测数据，采用一定的数值方法，对路基未来某个时间的沉降量进行预测，进而反馈于原设计，及时调整设计方案和施工方法。

一、高速铁路路基沉降测量控制要求

1、相关设备的要求

在实际观测高速铁路沉降中要求要有极高的准确度，从而确保高速铁路路基在不断加强负荷的状况下，准确测出数据。我国高速铁路建设技术标准中明确的指出：观测沉降的误差值不应大于变形值的0.05～0.1倍，所以，在进行观测沉降的时候，一定要使用精密水准仪。因为通常的水准仪都会受到温差与环境的影响，导致结果中误差值相对比较大，所以在进行测量时一定要使用受此影响相对较小的精密水准仪。就算是受到高速铁路施工现场条件的限制，也应该采用第一标尺来进行观测。

2、观测点的要求

沉降观测是一项非常严谨的任务，对观测点有着很高的要求，除了应考虑准确反映实际的滑降情况，同时也要考虑到观测的方便。一般选择观测地点在地势较平坦的位置，并且地貌的纵向与横向之间相互对称，它们之间的最佳保持距离应该在20m的范围内。

3、观测周期及观测时间

施工阶段，应随施工进度及时进行。观测次数与时间间隔应视地基与加荷情况而定。在观测过程中，如有路基附近荷载突然增减、长时间连续降雨等情况，均应及时增加观测次

数。若路基发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂纹时，应该立即进行逐日甚至一天数次的连续观测。

4、实际观测的具体要求

观测前，要对观测地点的地形、地貌、地质、水文以及气候等情况加以调查，联系实际情况选择最适宜的观测方法，既要保证观测的高效，又要保持正精度的要求。

5、采取适宜的观测方法与标准

依据高速铁路建设地区水文、地质、环境、气候、湿度、温度等条件的不同情况，应该选择使用的沉降观测精密程度也不尽相同。在没有特殊的质量与技术要求的高速铁路工程项目中，使用二级观测水平的观测方法就能基本上满足技术需要求。

6、对观测人员的要求

在高速铁路路基的设计和施工当中，沉降观测人员应该要经过系统专业的理论学习，并定期参加由国家各级地质管理部门所组织的业务培训，进而不断提高施工人员的职业素质。具体在高速铁路路基沉降观测当中，现场的技术人员应该要灵活、因地制宜的运用理论知识，并根据现场观测情况准确运用误差原理来进行分析，从而找出相对应的解决方法。快捷、专业、准时地完成观测任务是一名合格沉降观测人员必备的职业素质。

二、高速铁路路基沉降预测模型的应用

现阶段，我国对高速铁路路基沉降预测方法进行了研究，主要有两大类，一种是根据施工期获得的路基基面的数据，在实验室内采用物理或者是化学方法对路基沉降进行预测；另一类则是根据在高速铁路路基施工中测得的数据以及四个阶段获得的沉降规律，对路基沉降量进行预测。

在这两大类的预测方法中后者应用较多，并且第二类的预测技术具体又可以分为以下几种方法，分别是曲线拟合、灰色系统、人工神经网络以及遗传算法等四种。

1、曲线拟合法

曲线拟合，就是通过实验获得有限对测试数据（xi, yi）,利用这些数据来求取近似函数y=f(x)。式中x 为输出量，y 为被测物理量。即通过分析实测资料与时间的关系，建立适当的沉降与时间的函数关系，进而推测沉降的发展规律。曲线拟合法是将沉降近似看做按照某种规律变化的过程，对实际测量的沉降数据进行拟合，建立某种相适应的曲线模型，采取适宜的优化方法，反推出计算公式所需的参数，在运用于后期的沉降预测。此方法参数较少并且易于确定，所以应用广泛。工程中常用的曲线拟合法包括：双曲线法、星野法、指数曲线法、三点法、沉降速率法、Asaoka 法、S 形成长曲线模型。

2、人工神经网络法

人工神经网络是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点和之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。利用人工神经网络理论建立预测路基沉降的BP 模型和Elman 模型，两种模型在预测路基沉降时，不需要建立任何土工模型，只要采集训练网络的样本就可以比较精确的预测路基沉降。

3、灰色系统理论

灰色系统理论主要是通过从已知信息中提取出具有价值的信息，然后根据其中的规律进行描述和控制。而利用灰色系统进行预测是指对已有信息进行处理后与灰色模型建立关系，从中发现规律并进行预测。在该种预测方法中，GM模型是应用较多的一种方式，但是为了保证预测结果的准确性，需要对其进行修正。

4、遗传算法

最后一种预测方法是遗传算法，该种方法是路基沉降预测的新方法，该种方法和其他类型不同，主要是对参数的代码进行处理，并且对目标函数和其他约束条件没有要求，这对于处理非线性的路基沉降量具有明显的优势。

路基沉降预测模型的建立对于高速铁路沉降预测与控制至关重要。适宜的预测模型可以很好地预测路基沉降的发展趋势，对于工程施工以及线路运营阶段的管理都有指导作用。通过路基沉降预测模型与实测数据，推算最终沉降量，若预测沉降超限，应及时采取相应的工程措施。

结语

为了确保高速铁路建设中路基沉降测量控制工作的顺利展开，正确掌握高速铁路路基沉降预测模型以及观测工作的控制要求是不可或缺的必要条件。在实际的工作当中应该严格地遵守高速铁路路基沉降观测的基本规范与要求，建立恰当的高速铁路路基沉降预测模型，从而保证高速铁路路基沉降量在允许值的范围内，圆满有效地完成高速铁路建设的任务。

[1]程利平.高速铁路沉降观测技术要点分析[J].中国水运（下半月），2013（18）.

[2]李春光. 高铁路基沉降分析及控制[J]. 建筑科技与管理,2011(3).

[3]千振江.浅谈高速铁路路基沉降观测技术控制要点[J].甘肃科技，2012（11）.

[4]陈善雄, 王星运, 许锡昌, 等. 铁路客运专线路基沉降预测的新方法[J]. 岩土力学, 2010,(2).

[5]邓锐；李波；罗海风.冻土地区高速铁路软土路基沉降预测模型研究.铁道勘察，2014（04）.

U45

B

1007-6344（2015）11-0330-01

王玮，女，1986-，吉林辽源人，西安交通工程学院交通运输系，助教，研究方向：城市轨道交通运营管理