運營期高速鐵路基礎變形管理工作的思考

索廣建 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

隨著高速鐵路的快速發展，運營里程的不斷增長，其所跨越的地理范圍也越來越大，地理環境也越來越復雜，運營后一些構筑物受環境影響發生一定的變形，如線路基礎、橋梁等發生偏移、沉降和上拱等病害，如何發現、控制并整治這些病害，以滿足高速鐵路高速度、高平順性、高舒適性的要求，是設備管理單位和路局業務主管部門面臨的緊要問題。

在高速鐵路發展的歷史進程中，我局的設備管理單位進行了大量的摸索和實踐，以期做好線路設備的管理工作。

一種是各車間自行組織人員開展本車間范圍內的變形監測工作，人員根據需要臨時抽調；另一種由工務段或高鐵段組織專業技術人員成立測量組開展測量工作，相比前者，后者在人員組織上有一定的進步。但是，這兩種組織方式都有很強的局限性，主要體現在以下幾個方面：

（1）人員非測量專業。

（2）局限性強，只有沉降監測，未開展橫向監測。

（3）技術性不強，只能進行簡單的超平作業。

（4）數據質量不高，測量數據無法反映基礎的實際變形。

（5）沒有專業管理，無法按確定的周期執行。

雖然存在各種各樣的問題，但也是我國高速鐵路發展的過程中鐵路人摸索高速鐵路設備，線路基礎監測邁出的寶貴的一步，是很大的進步，為后期實現高速鐵路基礎變形監測統一管理打下了基礎。

實踐證明，高速鐵路的快速發展和高平順的要求，使得車間或工務段測量組的人員技術水平難以滿足實際要求，其監測數據也無法反映監測地段變化速率、穩定性情況及是否可以進行整治等問題，給設備管理工作帶來了困擾，這種模式很難持久。于是，上海局探索出由集團公司統一管理，專業公司組織實施，第三方評估單位進行評價的高速鐵路監測管理體系，使變形監測的管理工作系統化。

1 變形監測的工作內容

被列入變形監測的地段稱為重點地段，是高速鐵路線路設備中應特別關注的地段。主要工作內容有：監測點布設、沉降觀測、橫向觀測、CPⅢ不定期修復、變形監測報告編制。

2 變形監測地段確定的基本原則

變形監測地段根據線路動靜態檢測數據分析發現的線路不良地段、地面區域性不均勻沉降區段、沿線周邊因施工影響工務設備穩定的地段、周邊環境（如抽取地下水、采空、堆載等活動）發生變化的地段來確定。

3 監測地段具體范圍的劃定

變形監測地段應從穩定點到穩定點，也就是說監測地段應含有兩端穩定的基礎和中間沉降的范圍。對于橫向也是一樣，監測地段含有變形區段和穩定區段。

變形監測具體范圍的劃定是個難點，在缺乏數據支撐時，確定每一處監測地段具體的監測范圍或長度是很困難的，只能是預先確定一個范圍，邊監測邊調整，是一個動態調整的過程。

4 變形監測的技術要求

變形監測中的水平位移監測采用變形測量二等精度，垂直位移監測采用變形測量三等精度，具體測量等級劃分及精度要求見表1。

表1 變形監測等級及精度要求

5 監測數據的分析管理

5.1 建立監測數據評價管理指標

要做好監測數據的管理，必須建立評價指標，如特征點、特征斷面、單次月變形量、月平均變形量等，以反映變形監測區段的總體基礎變化情況。

5.2 變形監測地段計劃管理

5.2.1 監測地段的新增

依據前面的變形地段確定的基本原則，對需要納入監測的地段，設備管理單位提報監測需求，利用已有的資料確定監測的范圍，審核下達監測計劃任務。

5.2.2 周期調整

監測周期原則上1 月1 次，后續根據監測地段變形動態調整。沉降監測周期調整的基本原則是：當特征點月平均變形量均大于1 mm 且當月變形量大于2 mm 時，應酌情縮短監測周期；特征點連續3 個月變形值均小于0.6 mm/月且當月變形量小于等于0.5 mm 時，應酌情延長監測周期；連續9 個月累積變形小于3 mm 時報請路局工務部和設備管理單位申請取消此地段的變形監。

如原先變化很快的地段，有特殊需要可以延長監測周期至1 年1 次，也可以采用線形測量來跟蹤取消監測后的基礎穩定情況，線形測量的間隔一般是半年。

橫向監測周期調整的基本原則是：當特征點月平均變形量均大于3 mm 且當月變形量大于5 mm 時，應酌情縮短監測周期；特征點連續3 個月變形值均小于2 mm/月且當月變形量小于等于3 mm 時，應酌情延長監測周期。

5.3 監測范圍的調整

范圍的調整一種是延長區段長度。通過三四期的監測數據分析或監測過程中發現，沉降的范圍比監測范圍長或原先穩定的地段發生變形，就要延長一端或兩端的范圍。另一種是縮短區段長度，通過監測數據的分析，原先中間的沉降區段趨于穩定長度在縮短，可以將監測的范圍內縮，以保證兩端的穩定段長度在200 m 左右。

6 變形監測預警

變形監測預警，旨在告知設備管理單位或路局業務部門監測過程中出現的基礎變化較快地段的監測信息，以引起重視。當變化量達到預警值后，應酌情縮短監測周期或及時書面報告路局業務主管部門、設備管理單位和鐵路公司。

7 監測過程管理

7.1 基準的穩定性分析

沉降監測中應首先進行起算點穩定性檢驗，即比較起算基準點之間的觀測高差值與路局管理部門頒布的兩點間高差之差。當線路閉合差和線路不符值均大于±4 時，應對線路起點和終點點位的穩定性進行檢驗。并按規定變更線路起點或終點與備用基點，并建立下一個備用基點。

7.2 保持監測數據的延續性

更換不穩定的基準點后，應檢查分析與不穩定基準點有關的各期變形測量成果，在剔除不穩定基準點的影響后，重新對數據進行檢查處理，建立新舊基準的聯系，保證變形成果的可延續性。

對于重新開始監測的歷史地段，同樣要先分析原有基準點，保持歷史數據的延續性。

7.3 保證監測點的完整性

變形監測中，根據要求布設了很多的橫斷面和縱斷面，每一個斷面上監測點在實際的操作中都要有完整的數據。監測點數據的缺少，使得監測數據的各種變化量不完整，也無法正確提取各期監測數據的各種變形量。實際中發現不但加密斷面上的監測點時有缺失，CPⅢ點上的監測數據也經常有缺少和更新高程的情況，這就要引起監測單位的重視，加強監測工作的管理。

7.4 確保監測數據的完整性

工作量的完整、如果沒有下達范圍調整計劃，對于一期垂向監測數據來說，監測起點至終點范圍內的所有縱斷面上的點都要進行監測，不能缺少斷面和缺少監測點的數據，監測數據不完整，提取的特征點就不能反映監測區段的基礎變形情況。

橫向監測也是一樣，早期的監測中發現，有的線形測量只完成的一個行別的測量，或者說有一個行別工作量只完成了一部分，這都是不允許的，應及時增補計劃，提交一期完整的監測數據。

7.5 做好變形監測分析

監測數據分析是基礎變形監測工作的重要內容，過程中更要注意基礎的差異變化。如圖1 這個地段，僅從各期沉降監測的數據看，現場的變形是不可能，差異沉降很大。經調查，這里是既有車站改造的高鐵車站，下行線位于原老線位置，上行線位于新線的位置，而且線路沿線分布有小的涵洞、立交橋，還有下穿的大型公路立交橋。

圖1 變形監測情況

其他相關影響因素的作用分析，主要包含：施工、溫度、環境變化、應力應變等其他工況信息。

對于監測中的特殊結構物，如長大連續梁、提籃拱、轉體梁量、長達鋼梁橋等，其變化與溫度都有關系，在測量時要分析與季節溫度的關系，記錄每次測量的氣溫。

每次測量完成后還需與結構物變形觀測的數據進行比較，在數據異常地段要查明原因，并進行補測，確認測量無誤后應立即預警。對于沉降變形較大的，由線路、地質、軌道、橋梁等相關專業共同研究分析，提出解決方案。

8 加強變形監測數據評估工作

數據的評估管理對于確保數據的嚴謹可靠很重要，施測單位測量的數據，必須是真實可靠，滿足精度反映現場實際變化的，基于可靠的監測數據，才能做出正確的判斷，采取有效的管理措施。

（1）質量的評估。整個集團公司十幾條高速鐵路的變形監測數據，工作量很大，技術性很強，需要由專業的單位對每月完成的監測數據進行檢查、核對和數據評估，合格的數據才能交付設備管理單位使用。

（2）在監測的過程中雖然對施工方案進行了評審，明確了作業方法、作業流程，但是不同的監測單位提交的成果還是差別很大的，有些是明顯的錯誤，這要求評估單位對這些情況進行檢查、相關單位進行整改反饋。

（3）每月對施工單位完成的工作量進行統計，每季度對各條高鐵線路變形監測完成的任務量進行預結算，也是評估單位的一項重要工作。

9 不斷摸索和建立完善的數據管理系統

變形監測項目多，數據量大、監測時間長，又有很強的時效性，需要分析大量的數據，因此高速鐵路的變形監測急需建立完整的數據管理系統，實現數據處理、數據存儲、數據評估、數據的統計、數據分析等功能，需要在變形監測重點地段的管理過程中不斷的摸索和對經驗進行總結，逐步建立和完善。這是我國高速鐵路信息化發展的方向，也是運營高速鐵路科學管理的需要。

10 明確變形監測的意義和重要性

（1）確保設備的安全。根據重點地段的變形監測數據和預警信息，設備管理單位可以清楚的了解掌握這些不良設備的具體變化情況，及時采取相應的措施和方法，保障了高速鐵路的行車安全。

（2）節約費用。以往在鐵路建設期也好，或在運營期，對構筑物或基礎的變形監測多是確定一個周期由施測單位按時間去完成，現在的高速鐵路變形監測由專門的部門進行管理，根據監測數據變化速率結合現場實際進行實時周期和范圍的調整或地段取消，真正實現了監測費用使用的最大化，極大地節約了監測費用。

（3）掌握一些特殊設備的變化規律。我國高速鐵路的基礎形式多種多樣，如大跨度轉體連續梁、大跨度連續梁、連續鋼結構梁等，其變化情況可能與設計的有所不同，這就要在高鐵的運營期去發現，積累，了解其真實的變化情況，根據其變化特點，對線路平縱面適時調整，滿足高速鐵路各個季節的高平順性的要求。

（4）為設備整治提供數據支持。重點地段變形穩定后，設備管理單位和集團公司決策部門就可以根據需要對設備進行整治，恢復線路設備的良好狀態。管內高鐵多處施工整治都是在監測確認穩定后進行了抬板、橋墩糾偏、移梁糾偏等整治施工。而如果沒有進行變形監測，基礎還不穩定就進行施工整治，隨著基礎變形量的發展，可能會需要再次進行整治施工，這樣勢必增加了不必要的的費用。隨著高速鐵路變形監測工作開展的不斷深入和完善，其在高速鐵路日常管理中的作用和地位日趨明顯，是運營期高速鐵路的一種重要的管理工作，也是高速鐵路快速發展的需要，對于確保高速鐵路的安全和發展有著極為重要的意義。