不均匀区域沉降地区客运专线沉降观测数据的处理*

王春成 , 赵明合 ， 杨德全

(中铁十八局集团有限公司, 天津　河西区　300222)



不均匀区域沉降地区客运专线沉降观测数据的处理*

王春成 , 赵明合 ， 杨德全

(中铁十八局集团有限公司, 天津河西区300222)

通过研究不均匀区域沉降的特点，将客运专线线下基础沉降量分为工程沉降量和区域沉降量，在建立的不均匀区域沉降模型中，将区域沉降从总沉降量中剔除，准确反映真实的工程沉降量，以确定无砟轨道的铺设时机。

不均匀区域沉降； 客运专线； 沉降观测模型

随着经济社会的迅速发展，城市建设和地下水无序开采引起了严重的地面沉降，并形成不均匀区域沉降即“沉降漏斗区”，其特点是沉降区域中心沉降量大，边缘沉降量小。这是一种缓变的地质灾害，在小范围内很难有所察觉，但他的存在对于工程建设施工的影响却很大。如津秦客运专线天津到唐山段经过天津市东丽区军粮城镇沉降漏斗区(直径约为25 km)，由于地面沉降速率在沉降区域是不均匀的，对于穿越沉降区的铁路工程能够很明显的感觉到他的存在。准确描述不均匀区域沉降的数学模型能够真实的反应线下工程的沉降量和沉降趋势，准确的对已完工程进行工后沉降评估。

一、普通地区的沉降观测

普通地区处理沉降观测数据的模型主要是建立基准点、工作基点和监测点，通过精密水准测量，按照经典平差理论以工作基点为起算点计算出监测点高程值，根据各个期次的沉降数据，对工后沉降进行评估，预测沉降趋势[1]7-12。

二、不均匀区域沉降地区的沉降观测

(一)不均匀区域沉降地区的沉降分析

当工程构筑物处于不均匀区域沉降地区，基准点、工作基点和监测点的地面沉降速率不一致,且在很长一段时间内发生缓慢的变化，不同位置不同的沉降速率对沉降评估结果有很大的干扰。

在区域沉降地区，线下基础沉降量是由工程沉降量(工程沉降量是增加荷载后，或者构筑物自身长期荷载的效果，特点是增加荷载的前后沉降量变化比较明显)和区域沉降量(区域沉降量是范围比较大，只有通过联测基岩点才能计算出的绝对的沉降量)组成的。

(二)不均匀区域沉降的识别

△s+△h

(1)

其中： △s为区域沉降地区工作基点间的不均匀沉降； △h为附和水准路线的测量误差。

n=L/L0/2=18(站)

(2)

则该附和线路高程中误差为：

(3)

按线路L=300 m计，则闭合差限差为±2.19 mm，所以该段两基点由于不均匀区域沉降原因导致的局部不均匀区域沉降的差异限值：

△s

(4)

(三)在不均匀区域沉降地区传统沉降观测方法的不足

由(4)式可知，若在一条附和水准线路里工作基点距离按L=300 m计，如果两工作基点不均匀区域沉降差异值小于0.92 mm时，通过闭合差的检验无法察觉这么小的不均匀沉降。在多期的测量过程中，在闭合差限差范围内的不均匀区域沉降量被分摊到各期的沉降观测数据中。

当测段(L=300 m计)的不均匀区域沉降量超过0.92 mm时，附和路线闭合差超限，此时要对基准点进行复测，用新的平差结果更新工作基点，平差后工作基点被赋予了新的高程值，这时监测点就会在同一时间有两个高程值，为保证沉降曲线连续，只能做“归零”处理，这样就会损失沉降量[2]84-86。

在客运专线的构筑物中累计沉降量很小(一般在5 mm左右)，且结构物稳定后会有“沉降曲线上升”状况，这是因为工程已经趋于稳定，而不均匀区域沉降却一直存在，在经过多次“归零”处理时会损失部分沉降量。

三、不均匀区域沉降地区沉降观测数据处理

(一)建立沉降观测模型

为了真实准确的测量出沉降量，分析不均匀沉降的原因，在不改变传统的沉降观测方案的前提下对沉降观测的数据处理模型进行修改：

首先，建立工作基点定期复测制度(每三个月复测一次，与基岩点联测)，工作基点统一布设，规范埋设深度，全网统一平差获得基准网的初始值，以便后期计算沉降速率参数。以后根据每次复测的高程，更新完善不均匀区域沉降模型，及时更新沉降参数-沉降速率。

其次，根据工作基点最新沉降速率和期间的时间间隔，求出工作基点的实时高程。在基准点复测期间监测点沉降观测平差文件全部采用工作基点最新的实时高程值为已知值，进行闭合差检验及线路平差。

最后，将结构物沉降量中的不均匀区域沉降量逐一剔除，即得到构筑物的真实工程沉降量。

(二)实例应用

津秦铁路客运专线天津到唐山段,监测点布设在桥墩上，工作基点埋深1.5米(点间距约为300 m)，深埋水准点钻孔约50 m(与桥梁桩长大致相等，点间距约为6 km)基岩点钻孔1 088 m(点间距200 km)。每3个月以基岩点为起算数据，更新区域沉降地区工作基点和深埋水准点高程，工作基点与监测点位置关系如下图所示：

图1　沉降观测水准线路示意图

根据两次复测的结果计算出工作基点和监测点的沉降速率:

基准点A沉降速率：VA=(HA1-HA2)/T12

(5)

基准点B沉降速率：VB=(HB1-HB2)/T12

(6)

监测点J1沉降速率：VJ1=VA+(VB-VA)/SAB×SAJ1

(7)

监测点J1每期沉降量：△H=VJ1×Tn(n-1)

(8)

其中：HA1:基准点A第一次高程；HA2:基准点A第二次高程；HB1:基准点B第一次高程；HB2:基准点B第二次高程；Tn(n-1):两次监测时间间隔。

根据上式计算并填写沉降观测汇总表，如表1，依据沉降观测汇总表1，生成沉降量如图2。

表1　沉降观测汇总表

图2　沉降量图

四、不均匀区域沉降地区沉降模型特点

建立工作基点复测工作与复测数据归档整理是一个繁重的任务，每期不均匀区域沉降量的计算都要对200 km基岩点线路内的基准点进行二等水准复测并整体平差得到。通过不均匀区域沉降模型和定期的水准网复测将不均匀的区域沉降量计算出来并从总沉降量剥离出来，从而尽可能真实反映出工程的沉降量[3]3-14。

五、结　语

通过津秦铁路客运专线的实践表明：改进后的沉降观测处理方法全面考虑了区域沉降因素和工程沉降因素，消除了不均匀区域沉降量对工程沉降量评估的干扰，解决了闭合差超限后多期沉降量“归零”后的沉降量损失。根本上解释了在不均匀区域沉降地区客运专线工后沉降趋于稳定后会有“上升”趋势的现象。

[1] 李国和，许再良，孙树礼，等.华北平原地面沉降对高速铁路的影响及其对策[J].铁道工程学报,2007(8).

[2] 尚金光，张献州，官超伟.高速铁路沉降评估中工程沉降和区域沉降的可区分性研究[J].测绘科学,2013(1).

[3] 董春来，汪云甲.区域沉降数据时空变异特性分析研究[J].测绘通报，2004(10).

Discussion on the Establishment of Settlement Observation Data Processing Model for the Passenger Dedicated Line in the Area of Uneven Subsidence

WANG Chun-cheng ， ZHAO Ming-he , YANG De-quan

(China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Based on the uneven regional subsidence characteristics, the passenger dedicates to line foundation settlement points for the engineering settlement amount and regional settlement. In the establishment of uneven regional subsidence model, regional subsidence is removed from the total settlement amount, and paper tries to accurately reflect the real engineering settlement, determination of ballastless track lying of timing.

the uneven settlement area; passenger line; settlement model

2016-03-22

王春成(1982-)，男，黑龙江明水人，工程师，主要从事公路与铁路施工技术研究；赵明合(1968-)，辽宁新民人，工程师，主要从事铁路施工技术研究；杨德全(1968-)，吉林农安人，工程师，主要从事铁路施工管理研究。

U239.8

A

1672-2388(2016)03-0080-04