我的高铁路基沉降观测方案.docx

1、我的高铁路基沉降观测方案引言自1825年世界上第一条铁路诞生以来，世界各国重视铁路研究工作的专家、学者，始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。在我国铁路“十五计划”编制中已明确指出，要加强快速客运专线的建设，逐步建成以北京、上海、广州为中心，连接各省会城市和其它大型城市间铁路快速客运系统。高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺，因此需要轨下基础有较高的稳定性和较小的永久变形，以确保列车高速、安全、平稳运行。从德、法、日三国针对我国

2、高速铁路设计咨询结果来看，德、法强调控制路基的不均匀沉降，其追求沉降的目标是不均匀沉降为零。工后沉降的指标相对而言较为严格，如何确保路基沉降变形满足质量标准要求成为路基工程的重点课题。我国从很早开始对高速铁路基础关键技术进行了一系列的研究，在借鉴国外高速铁路大量理论、试验和建设实践的基础上，相继制定了相关设计暂行规定和设计指南，初步形成了具有中国特色的高速铁路技术体系，建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日，国务院批准了铁路中长期发展规划，从此拉开了高速铁路建设的序幕。本设计是根据铁道部建设司2006年4月10日下发的关于尽快开展无碴轨道铺设条件评估技术指南编写工作的通知1的要求和客运

3、专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定2中对线下构筑物的变形测量提出的相关规定，借鉴国外高速铁路无碴轨道铺设条件的相关评估技术要求，进行编制的。1 哈大客运专线四平段概述1.1 工程概况哈大铁路客运专线被列为我国“十一五”期间东北地区铁路建设重点工程，是我国中长期铁路网规划“四纵四横”客运专线网中“北京沈阳哈尔滨（大连）”客运专线的重要组成部分，全长约900公里。中铁十九局集团哈大客运专线管段位于吉林省四平市境内，为新建铁路哈尔滨至大连客运专线站前土建工程标DK579+140DK602+407.3段工程，线路全长23.2667km，其中桥梁长13.77807km，占59.22%，路基长9.489

4、23 km，占40.78%。工程投资6.86亿元。路堤结构形式为级配碎石，中粗砂、AB组填料、改良土，地基采用CFG桩或水泥搅拌桩进行处理。沉降和变形观测里程起始于DK579+140，终止于DK602+407.3，其中包括八棵树大桥、三叉河大桥、英城大桥、龙王庙大桥等10座大桥，DK597+224、DK597+713、DK598+250等10个涵洞和靠山屯八棵树路基、八棵树三岔河路基等10段路基。1.2 作业区自然状况1.2.1 地形、地貌本区段可分为三大地貌单元，即起点到DK579+333为属低山缓丘区，地势起伏较大，地势总体北高南低，北部有一陡坎，高差约13m；向北为微丘状剥蚀平原区。该段

5、地势上形成中部高南北低，东西向较为平坦，地形纵向起伏较大；DK600+400DK602+407.3位于苏台河一、二级阶地，地势平坦、开阔，相对高差012.14m。1.2.2 工程地质及水文地质概况1）工程地质概况本区段地层主要为第四系全新统冲积、残积粉质黏土层，厚115m，坚硬-硬塑，局部软塑。中更新统黏质黄土厚120m，硬塑，粉质黏土呈层状分布于黏质黄土层下部，厚度26m。底部为白垩系泥岩，风化层厚1030m。部分地段见第三系富峰山期玄武岩、石灰系大理岩。沿线存在季节性冻害问题，白垩系泥岩及泥岩夹砂岩，抗风化能力差、强度低、易崩解、属极软岩，具膨胀性。沿线露出的第四系中更新统黏质黄土、全新统

6、残积粉质黏土都含有亲水性黏土矿物，具有弱-中等膨胀性。2）水文地质概况沿线地下水主要为第四系松散堆积层孔隙潜水，其补给来源主要为大气降水、河水、人工地表水垂直入渗。第四系孔隙潜水广泛分布于河流漫滩及阶地的砂砾石层中，漫滩及一级阶地地下水位较浅，一般为110m ，二级阶地为520m；黄土台地地下水位差异较大，孔隙水附存于黏质黄土及砂砾石透镜体中，埋深320m ，局部可达30m以上。基岩裂隙水主要分布于剥蚀微丘地带，该地区岩层的构造裂隙及风化裂隙发育，为地下水的储存创造了条件，地下水主要受大气降水补给，一般埋藏深度大于10m，随季节变化明显，年水位变化幅度为25m。沿线部分地段地表水和地下水对混凝

7、土结构具有侵蚀性，以硫酸侵蚀、二氧化碳侵蚀为主，环境作用等级一般为H1。1.2.3 气象特征本区段属于中温带亚湿润气候区，年平均气压995.9mb；年平均气温6.7，极端最高气温37.3，极端最低气温-34.6；年平均绝对湿度9.0mb，日最大绝对湿度34.5mb，日最小绝对湿度3mb；年平均降水量632.7mm，年最大降水量778.3mm，年最小降水量448.1mm，年平均蒸发量1226.0mm，年最大蒸发量1392.0mm，平均风速2.8m/s（主导风向SW），最大定时风速20m/s（主导风向SW），年最大积雪深度22cm；最大冻结深度148cm。1.2.4 地震动参数据中华人民共和国国家

8、标准GB18306-2001中国地震动参数区划图的划分、铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）的有关规定，结合本段工程地质与水文地质条件及工程设置的实际情况，本区段地震动峰值加速度值采用0.05g，相当于地震基本烈度六度，地震动反应谱特征周期采用0.35s。1.2.5 地层岩性及地质构造1）地层岩性本区段自上而下地层为第四系全新统残积粉质黏土、白垩系下统泥岩夹砂岩。工程地质特性描述如下：第四系全新统：粉质黏土（Q4el），呈层状分布于地表，浅灰色灰黄色，硬塑为主，级普通土o=150KPa。白垩系下统：泥岩夹砂岩（K1Ms+Ss），泥岩为主，夹有薄层砂岩。泥岩紫红色，含少量砂砾，泥质结

9、构，层理构造，可见结核，成岩较差，风化产物为土状。砂岩以灰色、紫红色为主，钙质胶结，成岩较差，风化产物为砂状，岩层走向NE，倾向WN，倾角小于5，o=200400KPa。泥岩具弱膨胀性。2）地质构造本区段构造单元属黑褶皱系，位于新华夏系第二隆起带（张广岭隆起带）西缘与第二沉降带东部（松辽平原）两个一级构造单元的衔接复合部位，第三纪以来以下沉坳陷为主，但不同地区的沉降幅度具有明显的差异。1.3 国内外高速铁路发展现状自1925年世界上第一条铁路诞生以来，世界各国重视铁路研究工作的专家、学者始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。高速铁路的实际应用发源于日本，自1964年日本建成第一条高速铁路后，

10、铁路焕发了新的生机，进入二十世纪90年代，世界上掀起了高速铁路建设热潮，日本、法国、德国、意大利、西班牙等多个国家相继发展了高速铁路。1964年10月1日，日本东海道新干线正式开通营业，全长515公里，高速列车运行速度达到210公里1小时。这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路，代表了当时世界第一流的铁路高速技术水平，并标志着世界高速铁路由试验阶段跨入了商业运营阶段。第一条高速铁路的问世，使一度被人们认为“夕阳产业”的铁路，出现了生机，显示出强大生命力，预示着“铁路第二个大时代”的来临。高速铁路发展是长期努力的结果，高速铁路技术不是一项过时和停滞的技术，而是在不断发展和创新。高速铁路集中

11、反映了当代新型牵引动力、高性能轻型车辆、高质量线路、高速运行指标、高速运输组织和经营管理方面的技术进步，代表了铁路技术的最高成就，是当代技术进步的结晶。我国在国民经济和社会发展“九五”规划和2010年远景目标纲要中，给出了中国高速铁路发展战略：坚持高起点、高标准，坚持可持续发展，坚持广泛吸收引进国际先进成熟技术与自主研发、创新相结合，博采众长，系统集成，走跨越式发展道路，形成具有中国特色的高速铁路技术体系，建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日，国务院批准了铁路中长期发展规划，从此拉开了高速铁路建设的序幕。1.4 沉降和变形观测的目的客运专线无碴轨道对路基的工后沉降要求严格、标准高，设

12、计中对土质路基基础和过渡段形式等均进行了沉降变形计算，采取了相应的设计措施。而影响沉降计算的因素较多，沉降计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降。施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降观测数据系统综合分析评估，验证或调整设计措施，使路基达到规定的变形控制要求。分析、推算出最终沉降量和工后沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保客运专线无碴轨道结构铺设质量。2 沉降观测的内容及要求2.1 沉降观测的内容2.1.1 路基1）路堤：根据不同的路基高度和地基条件，路基沉降观测的主要内容有：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测；路基两侧坡脚的沉降观测。2）路堑：根

13、据不同的路基高度和地基条件，路基沉降观测的主要内容有：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测。2.1.2 过渡段根据过渡段的设计形式，沉降观测的主要内容有：路桥过渡段沉降观测；路堤与涵洞过渡段沉降观测；路堤与路堑过渡段沉降观测。2.2 沉降观测的控制要求高速铁路路基作为无碴轨道结构的基础，对路基的沉降变形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范围之内。工后沉降指的是路基上部关键部位竣工验收后整个构筑物体系所产生的沉降量，是路基沉降的主要控制对象。我国拟建的高速铁路无碴轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后扣件可调整的总沉降量，20m结构长度范

14、围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，见表2-1。表2-1 高速铁路无碴轨道路基工后沉降控制标准Tab.2-1 High-speed railway track settlement after ballast control standards一般情况允许工后沉降均匀地基长20m允许工后沉降不均匀沉降差异沉降错台折角15mm30mm20mm/20m5mm1/1000无碴轨道的工后沉降控制值，应从满足扣件可调整量、线路舒适运营、上部结构允许变形以及工程的长期稳定性综合考虑确定，以满足无碴轨道结构形式的要求。根据德国

15、铁路技术规范规定，对于调高量为30mm的扣件，在施工中允许调高+6mm和-4mm，那么只剩20mm可以调整，再考虑运营期轨道结构变形要留有5mm的余量，实际上可以用于路基沉降调整的仅有15mm，路基的沉降不大于15mm才能保证设计的轨道高程，这可是局部调整的极限。对于20m范围内路基的均匀沉降，德国规范的规定可以到20mm，对于更大范围的情况，规定为扣件可调整范围的2倍，即30mm。由于在不同结构物的连接处的差异沉降有时是不可避免的，在轨道结构中采用特殊的过渡措施可以承受5mm的差异沉降，因此规定工后的差异沉降小于5mm。对于路桥、路涵等过渡段沉降造成的折角，日本新干线板式轨道线路规定不大于1

16、/1000，德国无碴轨道技术标准规定不大于1/500，我国首次在路基上铺设无碴轨道，对铺轨工程完成后由于过渡段沉降而造成的折角，采用不大于1/1000来控制。3 观测点布置3.1 路堤和路堑观测断面和观测点的布置原则3.1.1 路堤一般情况下沿线路方向间隔不大于50m布设一个观测断面，地基条件复杂、地形起伏大应适当加密，25m布设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一个单元）应不少于2个观测断面。堆载预压时每个路堤观测断面应布设一组组合式沉降板，即在线路中心线布设一组（每组包括观测内容中要求的深度上的不同部位），路基两侧路肩布设变形观测桩，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一

17、处。对地形横向坡度大或地层横向厚度变化的路基工点应布设不少于1个横向观测断面，每个断面3组观测点，路堤堆载预压断面图见附录C图1。无堆载预压的段落，两侧路肩各设变形观测桩1个，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处，路堤无堆载预压断面图见附录C图2。3.1.2 路堑一般情况下沿线路方向每50m布设一个观测断面，地基条件复杂、地形起伏大（以设计文件为准）应适当加密，25m布设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。无堆载预压的段落，每个路堑断面在两侧路肩各设观测桩1个，路堑无堆载预压断面图见附录C图3。采取堆载预压的段落，每个路堑断面在线路中心设沉降板

18、一组，两侧路肩各设观测桩1个，路堑堆载预压断面图见附录C图4。3.2 路堤和桥梁、涵洞过渡段观测断面和观测点的布置原则3.2.1 路桥过渡段1）于路肩两侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处，其埋设应能牢固可靠。2）每个路桥过渡段设置3个观测断面，分别设置于与桥台连接处、距离桥台510m、2030m处。3）每个路基观测断面应布设一组组合式沉降板，即在线路中心线布设一组（每组包括观测内容中要求的深度上的不同部位）。路堤与桥梁过渡段沉降观测断面图见附录C图5。路堑与桥梁过渡段沉降观测断面图见附录C图6。3.2.2 路涵过渡段1）每个路基观测断面应布设一

19、组组合式沉降板，于路肩两侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，其埋设应能牢固可靠。2）每个路涵过渡段路基设置6个观测断面，分别设置于涵洞与路基交界处、距离涵洞510m处，距离涵洞1020m处。路堤与涵洞过渡段沉降观测断面图见附录C图7。路堑与涵洞过渡段沉降观测断面图见附录C图8。3.2.3 路堤与路堑过渡段路堤与路堑过渡段分别在距离填挖分界点510m处设置路堤、路堑观测断面各一处。4 沉降变形观测网的建立4.1 沉降变形观测网的基本要求沉降观测测量按客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南、客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定的要求执行。垂直位移观测网采用二等水准测量精度要求建立。建立沉降

20、观测网，布设水准基点和工作基点。水平位移观测网采用独立坐标系统按观测精度要求建立；高程应用施工高程控制网系统并与施工高程控制网联测。全线二等水准测量贯通后，将垂直位移观测网与二等水准点联测，统一归化为二等水准基点上（85黄海高程基准）。4.2 沉降变形观测网的建立方式沉降观测网（高程控制网）由水准基点和工作基点组成。沉降观测网的建立方式是在全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点及一般水准点的基础上，按照国家二等水准测量的技术要求，进一步加密水准基点或设置工作基点来满足工点垂直位移监测的需要。高程基准网点间距一般不宜大于200m，以便于对沿线路基进行沉降观测。在沉降观测水准网建立后，应

21、对水准基点做好保护工作，发现丢桩或桩位有移动现象，应尽快恢复和补测桩点。水平位移观测网（平面控制网）采用独立坐标系统按观测精度要求建立（平面控制点与高程控制点为同一点），利用GPS全球定位系统观测，按照国家三等平面控制的精度要求和施测方法观测。4.3 水准基点与工作基点的布设与观测4.3.1 水准基点的布设水准基点采用铁路设计院提供的41个等水准点。这些水准基点是铁路设计院在规划设计阶段测的高等级点，其平面坐标按照国家二等平面控制的精度要求和施测方法观测，高程按照国家二等水准测量的精度要求和施测方法观测，点位精度高，保存完好。4.3.2 工作基点的布设工作基点应选在比较稳定的位置。位置适宜的水

22、准基点也可作为工作基点使用，工作基点距线路中心50m100m，沿线路方向间距不宜大于200m。工作基点布设在不受施工干扰的稳定土层内，便于长期保存和使用的地点，对观测条件较好或观测项目较少的工程，不设立工作基点，在水准基点上直接测量变形观测点。工作基点采用混凝土预制桩（预制时插入28mm长60cm顶端圆滑的钢筋），桩周上部30cm用混凝土浇注固定并编号，埋深不得小于2.0m（本管段冻土层厚度1.6m），并应采取防护措施加以保护。4.3.3 沉降变形观测网的观测水准基点和工作基点组成了沉降变形观测网。把水准基点作为已知点，工作基点为未知点组成GPS平面控制网，按照国家三等平面控制（GPS C级网

23、）的精度要求和施测方法观测工作基点的平面坐标；同样，把水准基点作为已知点，工作基点为未知点组成高程控制网，按照国家二等水准测量的精度要求和施测方法观测工作基点的高程值。沉降变形观测过程中，工作基点应定期与水准基点进行校核。当对沉降观测成果发生怀疑时，应随时进行复测校核。哈大客运专线四平段TJ-3范围内的水准基点采用41个等水准点，工作基点（加密点）有62个。4.4 沉降观测网的主要技术要求垂直位移监测网应布设成闭合环状、结点或附合水准路线等形式。水平位移观测网控制点宜采用强制归心装置的观测墩；照准标志应采用强制对中装置的觇牌或红外测距反射片。沉降观测精度要求见表4-13，沉降变形观测网主要技术

24、要求见表4-24，水平位移监测网主要技术要求见表4-34。表4-1 沉降观测精度Tab.4-1 Settlement observation accuracy垂直位移测量变形观测点的高程中误差/mm0.5相邻变形观测点的高程中误差/mm0.3表4-2 沉降变形观测网的主要技术要求 Tab.4-2 Requirements of the settlement observation network 等级相邻基准点高差中误差/mm每站高差中误差/mm往返较差、附合或环线闭合差/mm监测已测高差较差/mm使用仪器、观测方法和要求二等0.50.130.30.5DS05型仪器，按暂行规定一等水准测量的技

25、术要求施测表4-3 水平位移监测网的主要技术要求Tab.4-3 Requirements of the horizontal displacement monitoring network相邻基准点的点位中误差（mm）平均边长（m）测角中误差（）最弱边相对中误差作业要求6.03501.81/70000按照国家三等平面控制要求观测3502.51/400005 沉降观测方案设计5.1 路基沉降观测5.1.1 观测断面及观测点的设置原则 1）路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。沉降变形观测断面应根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置；测点的设置位置应满足设计要求，同时还应针对施工

26、掌握的地质地形等情况调整或增设。 2）观测点应设在同一横断面上，这样有利于观测点的看护，便于集中观测，统一观测频率，更重要的是便于各观测数据的综合分析。 3）路基面观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m；地势平坦、地基条件均匀良好的路堑、高度小5m的路堤可放宽到100m；地形条件变化较大地段应适当加密观测断面。 4）一般路基填筑至路基基床表层顶面，加堆载预压的路堤填筑至基床底层表面后，在路基面设观测桩，进行路基面沉降观测，观测时间不少于6个月。根据观测结果，分析评价地基的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使地基处理达到预定的控制要求。 5）测点及观测元器件的埋设位置应符合设计要求，且标设准

27、确、埋设稳定。观测期间应对观测点采取有效的保护措施，防止施工机械的碰撞，人为因素的破坏，务必使观测工作能善始善终，取得满意成果。5.1.2 观测断面及点的设置、元件布设观测断面的设置及观测断面的观测内容、元件的布设应根据地形、地质条件、地基压缩层厚度、路堤高度、地基处理方法、堆载预压等具体情况，结合沉降观测方法和工期要求具体确定。每个工点观测断面及观测点的数量，埋设观测元件的种类、数量，根据设计要求和设计原则由设计、施工、监理方在现场核查确定。5.1.3 沉降观测元件的选取、埋设1）观测元件的选取观测元件应满足工后沉降的评估需要及精度要求。路基面采用观测桩观测，地基面采用沉降板相结合进行观测。

28、2）观测元件的埋设观测元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后，路基填筑施工前埋设。图5-1 路基面沉降观测桩参考图（单位：mm）Fig.5-1 Subgrade settlement observation pile reference surface (unit: mm)沉降观测桩采用 100mm100mm1100mm规格的C15混凝土预制桩，埋入钢筋原长不小于40cm，直径不小于20mm，底部做成带弯钩状，露出混凝土面5mm打磨成半球状表面作好防锈处理。一般路基填筑至基床表层顶面，加载预压路堤填筑到基床底层顶面后，挖坑埋置于设计位置，采用砂浆浇筑固定。路基面观测桩一般设在距左右线路中心3

29、.2m基床底层顶面，埋设规格见图5-1，采用水准仪按国家二等水准测量方法测量沉降监测桩标高变化；路堤地段位移桩埋设于堤脚外1m处，用全站仪测量位移桩水平位移变化。沉降板沉降板由底钢板（50cm50cm，厚1cm）、金属测杆（40mm厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成。 沉降板埋设位置应按设计测量确定，沉降板埋在褥垫层顶部并嵌入其内10cm，采用中粗砂回填密实，再套上保护套管，保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖封住管口，并在其周围填筑相应填料稳定保护套管，完成沉降板的埋设工作。采用水准仪按国家二等水准测量方法测量埋设就位的沉降板测量杆顶标高作为初始读

30、数，随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以1m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。金属测杆用内接头连接，保护套管用PVC管外接头连接。5.1.4 监测方法及要求1）观测频次要求所有元件埋设后，必须测试初始读数，在路堤正式填筑前，必须对所有元件进行复测，作为正式初始读数。路基施工各阶段沉降观测频次见表5-1要求。表5-1 路基沉降观测频次Tab.5-1 Frequency of settlement observation to the road观测阶段观测频次填筑或堆载一般1次/天沉降量突变23次/天两次填筑间隔时间较长1次/3天堆载预压或路基施工完毕第1个月1次

31、/周第2、3个月1次/10天3个月以后1次/2周6个月以后1次/月冬季：冻结期与冻融期观测频次比平常期增加一倍无碴轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月312个月1次/3月测试过程中发现异常情况时，必须及时查明原因，尽快妥善处理。2）观测方法及测量精度要求所有标高水准测量应满足二等变形等级测量技术要求，测量精度：1mm，读数取位至0.1mm。3）元件保护要求根据沉降变形观测监测组的工作安排，各小组成员按分工在管区内进行元器件的埋设、观测和保护工作。元件埋设前应根据现场情况以及元件自身编号作好记录。所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋或经设计、监理确认采取其它替代措施。沉降板埋设后，制作相应的标示旗或保护架插在上方，凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压，不得采用大型机械推土及碾压，并配备专人负责指导，以确保沉降板不受损坏。各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而