沉降观测技术在高铁无砟轨道中的应用

崔 华

南昌市测绘勘察研究院，江西 南昌 330038

1 作业要求

随着我国高铁的进一步提速，无砟轨道技术的应用成为高铁工程中的关键。一方面，高铁无砟轨道施工作业涉及大量的数据分析和探查作业，尤其在施工过程中需要掌控对应的施工情况；另一方面，相关技术的应用还需要结合工程施工环境的要求，确保各项沉降观测技术满足工程施工作业的安全性和可靠性要求。基于无砟轨道的施工作业要求，需要在施工前确保轨道沉降系数得到有效控制，针对桥梁、路隧结构的过渡段，需要控制沉降差低于5mm，其他路段低于15mm，需要对相关施工区域进行科学评估后开展后续的施工作业，并对铺设后的工程进行长时间的沉降差观测，观测时间为1～3年。

2 观测程序

通常观测工作需要利用往、返形式进行观测，然后根据各个观测工作的要求有序实施。往测时，需要根据奇数站和偶数站分别观测，奇数站的观测顺序与偶数站存在明显的差异，要进一步重视。返测时，务必根据标准尺的顺序进行观测，同时对观测桩以及沉降板等内容的观测要根据二等变形观测方法进行，控制观测精度在区间范围0.1mm以内，保留至0.01mm精度。单点沉降计算法则可以根据振频弦频率观测设备进行检测，确保精度控制在1%以上。

3 观测期注意要点

无砟轨道铺设务必要确保沉降变形观测工作满足以下要求：路基填筑或者堆载预压等内容要确保长达6个月以上，对于非岩石地基主体结构，要确保基础沉降观测6个月以上，对于地质条件较好的岩石地基桥涵需要保障对应的周期至少为2个月以上；梁体徐变上拱段张拉需要确保其观测期长达2个月以上，隧道主体的观测要保障在3个月以上。

4 沉降观测技术的应用

4.1 沉降观测技术指标

沉降观测的技术指标要严格按照《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》以及《高铁线下工程沉降变形观测及评估实施方案》等相关标准的要求。

4.2 沉降监测网点的布置

（1）布置的基本原则。沉降观测施工作业要根据断面以及相关点位的设置以及各个元件的布置方案、集合施工区域的地质环境、地基压缩层厚度等一系列因素进行处理，参照地区施工方案以及堆载预压等相关施工参数，科学构建沉降监测网点。

（2）观测断面以及相关设备的安装。通常，路堤的观测断面间距大多控制在50m左右，并要确保地势平坦、地基条件良好，对于高度高于51TI路堤地段，可以将观测断面增设为100m间距。在设置过程中，要同步设置基地沉降板以及路面观测桩。对于部分高填路堤，要控制预压段以及过渡段的埋设质量，确保沉降观测的有效性和合理性。

（3）设备预埋件的要求。沉降板主要是针对基底沉降问题进行监测，沉降板材料主要由钢底板、金属侧板等材料组成，具有一定的保护作用。在复合地基中将设备预埋件嵌入10cm深度位置，其保护套要略高于沉降板侧杆，并在管口处加盖封住，确保周边填料稳定。单点沉降计要设置于地基底部，大多数单点沉降计属于电感式监测装置，需要进行钻孔预埋，并确保孔洞垂直，孔深需要到达基岩深度，确保孔口密实紧致。埋设时，要确保天气良好，并在安装时保持初始位移。在安装剖面沉降管时，要在管两端位置处采用混凝土进行加固，然后对管主体进行保护，防止管体出现位移变化或者晃动等问题，并根据对应的出口位置设定“零”起点进行观测。

4.3 沉降观测技术的应用方法及注意事项

（1）沉降变形观测网的建立。要结合高程控制网系统进行调整和施工，同时借助水准测量工作，将沉降变形与水准基准点进行有效关联。在使用水准仪进行观测前，要确保设备的有效性和精准性，采用最新一代的设备型号，要按照国家一等水准测量技术的要求进行控制。

（2）观测及采集数据方法。对于沉降观测设备，可以结合人工质量设备以及计算机进行调控和分析，减少对应的测算流程和计算时间，同时能够提高计算的精准性。现代化沉降观测系统能够实现数据计算的高效化和精简化，能够对路基沉降板以及路面观测桩等坐标进行自动化计算，实现对沉降测量工作的快速应用和稳步实施。

（3）观测注意事项。①剖面沉降检测仪以及单点沉降计等设备受环境因素影响较大，需要对各个系统进行监控和管理，并结合对应的天气开展测量和施工。一方面，有效掌控环境能够最大程度上降低设备的干扰和影响；另一方面，天气恶劣的施工环境必然会影响相关参数，极有可能造成沉降观测数据失准等问题。②在进行观测作业时，需要创建完善的观测数据库，并对水准基点等位置进行细化和分析，对工作基点进行动态复核，确保观测点的各项参数满足二等变形测量的要求和基础，有序开展闭合水准测量，将测量仪器进行校核和检验，确保设备的有效性和可靠性。③测量过程中，对于人员、设备、环境、水准点、工作基点五大原则进行细化和研究，保障各项测量工作的有效性和精准性，确保各项测量数据满足测量工作的基本要求，并在路基开始填筑时开展对应的测量工作，构建“零”观测理念，推动测量数据与施工实际情况的有效吻合。特别是路基填筑到路面标高时，需要对路面观测桩进行动态性观测，提高观测频率和观测质量。④在观测过程中，对于沉降问题以及周边荷载带来的影响，需要进行根源性的研究和分析，了解各个影响因素对应的干扰情况，并结合特殊天气、天气温度以及地下水变化等情况，分析结构变形变化规律建议观测数据异常的具体情况。

（4）无砟轨道中沉降观测的技术难点。无砟轨道中，存在元件设备无法预埋等问题，需要对元件的体系以及沉降观测板的位置进行预判和研究，不少施工区域由于位置因素以及其他原因的影响，元件设备无法进行预埋，影响工作的进展和实施。工程中连接管主要是由PVC套管进行保护，当PVC套管损坏或者出现裂缝必然会引发管线施工异常等一系列问题，需要对沉降观测区域进行专人管理，保障各项工作的有序实施。沉降观测极容易受周边环境因素的影响，导致在施工作业时，会由于机械、设备、车辆等因素的干扰，增加设备保护难度。沉降观测板大多设置在路基中间，而对应的水准点在路基之外，需要步行到观测点位开展相应的记录和分析。当基准点与测量距离超过1km时，会增加不必要的观测流程以及提高观测难度，并且会由于其他因素的影响，导致观测数据失准。另外，无砟轨道大多为施工距离较长的高铁轨道，需要投入巨大的人力、物力，对应的观测任务量极为巨大，需要相关企业不断投入对应的资源，同时确保观测工作的有效性和多样性，从而为后续轨道铺设提供重要的技术支持。

5 沉降变形分析

沉降变形问题需要结合多种特性进行研究和探索，尤其是针对沉降数据对应的影响问题进行深层次的阐述。通常，路基路面观测沉降桩沉降波动范围较大，需要采用拓展双曲线、规范双曲线、三点法以及指数双曲线法进行计算和分析，根据各个沉降计算方式的应用要求和研究特点进行科学选择。另外，需要在前期路桥观测中进行数据对比和数据监测，并对主要的观测参数进行细化和梳理，尤其是沉降测量值、预测值、绝对误差、最大沉降量、工后沉降值等一系列参数，需要进行多方面的优化和对比，提升各个参数的有效性，并按照以上的观测方式进行实践和应用。根据观测断面的数据内容，确定最终的沉降数值，与规范的要求进行对比，从而能够判断沉降观测技术是否符合无砟轨道的铺设要求。

6 沉降观测技术对施工人员的技能要求

观测人员需要具备科学的施工理念和良好的施工技能，尤其是对于无砟轨道铺设工作的了解和认识。首先，在沉降观测工作开展前，相关技术人员要取得合法、合规的观测资质，确保沉降观测工作的有效性和可靠性，能够根据施工作业要求有序开展沉降观测工作的各项环节和流程，保障各个元器件、预埋件安装作业符合相应的规章和标准。其次，在进行设备操作时，技术人员要熟练掌握多种设备的使用方法，从而保障工程观测工作的基本质量，尤其是在数据核算以及数据校核等重要环节，能够借助计算机以及相关软件实现数据的分析和判断。最后，对于观测数据的最终值，能够根据数据所在的区间范围进行有效区分，并对问题数据进行汇总和上报。沉降观测人员的主观性操作是影响监测工作质量的重要因素，要对其监测内容进行细化和分离，尤其是对可能存在的主观性问题进行预设和防控，既要推动沉降观测工作的有序实施，又要确保相关工作能够创新化、高效化、合理化，推动观测工作的有效开展。

7 结束语

高铁无砟轨道沉降观测工作具有一定的复杂性和多样性，需要根据工程施工作业的要求和标准有序施工，同时要结合施工环境以及施工技术的发展趋势，不断融合新的观测理念，应用新的观测设备，推动沉降观测工作的进步，并结合当前无砟轨道沉降观测案例进行梳理和分析，根据相应的施工环节以及施工技术内容进行改善和提升，保障无砟轨道沉降观测工作的实施，提高观测质量。