沉降觀測技術在高鐵無砟軌道中的應用

崔 華

南昌市測繪勘察研究院，江西 南昌 330038

1 作業要求

隨著我國高鐵的進一步提速，無砟軌道技術的應用成為高鐵工程中的關鍵。一方面，高鐵無砟軌道施工作業涉及大量的數據分析和探查作業，尤其在施工過程中需要掌控對應的施工情況；另一方面，相關技術的應用還需要結合工程施工環境的要求，確保各項沉降觀測技術滿足工程施工作業的安全性和可靠性要求。基于無砟軌道的施工作業要求，需要在施工前確保軌道沉降系數得到有效控制，針對橋梁、路隧結構的過渡段，需要控制沉降差低于5mm，其他路段低于15mm，需要對相關施工區域進行科學評估后開展后續的施工作業，并對鋪設后的工程進行長時間的沉降差觀測，觀測時間為1～3年。

2 觀測程序

通常觀測工作需要利用往、返形式進行觀測，然后根據各個觀測工作的要求有序實施。往測時，需要根據奇數站和偶數站分別觀測，奇數站的觀測順序與偶數站存在明顯的差異，要進一步重視。返測時，務必根據標準尺的順序進行觀測，同時對觀測樁以及沉降板等內容的觀測要根據二等變形觀測方法進行，控制觀測精度在區間范圍0.1mm以內，保留至0.01mm精度。單點沉降計算法則可以根據振頻弦頻率觀測設備進行檢測，確保精度控制在1%以上。

3 觀測期注意要點

無砟軌道鋪設務必要確保沉降變形觀測工作滿足以下要求：路基填筑或者堆載預壓等內容要確保長達6個月以上，對于非巖石地基主體結構，要確保基礎沉降觀測6個月以上，對于地質條件較好的巖石地基橋涵需要保障對應的周期至少為2個月以上；梁體徐變上拱段張拉需要確保其觀測期長達2個月以上，隧道主體的觀測要保障在3個月以上。

4 沉降觀測技術的應用

4.1 沉降觀測技術指標

沉降觀測的技術指標要嚴格按照《客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規定》以及《高鐵線下工程沉降變形觀測及評估實施方案》等相關標準的要求。

4.2 沉降監測網點的布置

（1）布置的基本原則。沉降觀測施工作業要根據斷面以及相關點位的設置以及各個元件的布置方案、集合施工區域的地質環境、地基壓縮層厚度等一系列因素進行處理，參照地區施工方案以及堆載預壓等相關施工參數，科學構建沉降監測網點。

（2）觀測斷面以及相關設備的安裝。通常，路堤的觀測斷面間距大多控制在50m左右，并要確保地勢平坦、地基條件良好，對于高度高于51TI路堤地段，可以將觀測斷面增設為100m間距。在設置過程中，要同步設置基地沉降板以及路面觀測樁。對于部分高填路堤，要控制預壓段以及過渡段的埋設質量，確保沉降觀測的有效性和合理性。

（3）設備預埋件的要求。沉降板主要是針對基底沉降問題進行監測，沉降板材料主要由鋼底板、金屬側板等材料組成，具有一定的保護作用。在復合地基中將設備預埋件嵌入10cm深度位置，其保護套要略高于沉降板側桿，并在管口處加蓋封住，確保周邊填料穩定。單點沉降計要設置于地基底部，大多數單點沉降計屬于電感式監測裝置，需要進行鉆孔預埋，并確保孔洞垂直，孔深需要到達基巖深度，確保孔口密實緊致。埋設時，要確保天氣良好，并在安裝時保持初始位移。在安裝剖面沉降管時，要在管兩端位置處采用混凝土進行加固，然后對管主體進行保護，防止管體出現位移變化或者晃動等問題，并根據對應的出口位置設定“零”起點進行觀測。

4.3 沉降觀測技術的應用方法及注意事項

（1）沉降變形觀測網的建立。要結合高程控制網系統進行調整和施工，同時借助水準測量工作，將沉降變形與水準基準點進行有效關聯。在使用水準儀進行觀測前，要確保設備的有效性和精準性，采用最新一代的設備型號，要按照國家一等水準測量技術的要求進行控制。

（2）觀測及采集數據方法。對于沉降觀測設備，可以結合人工質量設備以及計算機進行調控和分析，減少對應的測算流程和計算時間，同時能夠提高計算的精準性。現代化沉降觀測系統能夠實現數據計算的高效化和精簡化，能夠對路基沉降板以及路面觀測樁等坐標進行自動化計算，實現對沉降測量工作的快速應用和穩步實施。

（3）觀測注意事項。①剖面沉降檢測儀以及單點沉降計等設備受環境因素影響較大，需要對各個系統進行監控和管理，并結合對應的天氣開展測量和施工。一方面，有效掌控環境能夠最大程度上降低設備的干擾和影響；另一方面，天氣惡劣的施工環境必然會影響相關參數，極有可能造成沉降觀測數據失準等問題。②在進行觀測作業時，需要創建完善的觀測數據庫，并對水準基點等位置進行細化和分析，對工作基點進行動態復核，確保觀測點的各項參數滿足二等變形測量的要求和基礎，有序開展閉合水準測量，將測量儀器進行校核和檢驗，確保設備的有效性和可靠性。③測量過程中，對于人員、設備、環境、水準點、工作基點五大原則進行細化和研究，保障各項測量工作的有效性和精準性，確保各項測量數據滿足測量工作的基本要求，并在路基開始填筑時開展對應的測量工作，構建“零”觀測理念，推動測量數據與施工實際情況的有效吻合。特別是路基填筑到路面標高時，需要對路面觀測樁進行動態性觀測，提高觀測頻率和觀測質量。④在觀測過程中，對于沉降問題以及周邊荷載帶來的影響，需要進行根源性的研究和分析，了解各個影響因素對應的干擾情況，并結合特殊天氣、天氣溫度以及地下水變化等情況，分析結構變形變化規律建議觀測數據異常的具體情況。

（4）無砟軌道中沉降觀測的技術難點。無砟軌道中，存在元件設備無法預埋等問題，需要對元件的體系以及沉降觀測板的位置進行預判和研究，不少施工區域由于位置因素以及其他原因的影響，元件設備無法進行預埋，影響工作的進展和實施。工程中連接管主要是由PVC套管進行保護，當PVC套管損壞或者出現裂縫必然會引發管線施工異常等一系列問題，需要對沉降觀測區域進行專人管理，保障各項工作的有序實施。沉降觀測極容易受周邊環境因素的影響，導致在施工作業時，會由于機械、設備、車輛等因素的干擾，增加設備保護難度。沉降觀測板大多設置在路基中間，而對應的水準點在路基之外，需要步行到觀測點位開展相應的記錄和分析。當基準點與測量距離超過1km時，會增加不必要的觀測流程以及提高觀測難度，并且會由于其他因素的影響，導致觀測數據失準。另外，無砟軌道大多為施工距離較長的高鐵軌道，需要投入巨大的人力、物力，對應的觀測任務量極為巨大，需要相關企業不斷投入對應的資源，同時確保觀測工作的有效性和多樣性，從而為后續軌道鋪設提供重要的技術支持。

5 沉降變形分析

沉降變形問題需要結合多種特性進行研究和探索，尤其是針對沉降數據對應的影響問題進行深層次的闡述。通常，路基路面觀測沉降樁沉降波動范圍較大，需要采用拓展雙曲線、規范雙曲線、三點法以及指數雙曲線法進行計算和分析，根據各個沉降計算方式的應用要求和研究特點進行科學選擇。另外，需要在前期路橋觀測中進行數據對比和數據監測，并對主要的觀測參數進行細化和梳理，尤其是沉降測量值、預測值、絕對誤差、最大沉降量、工后沉降值等一系列參數，需要進行多方面的優化和對比，提升各個參數的有效性，并按照以上的觀測方式進行實踐和應用。根據觀測斷面的數據內容，確定最終的沉降數值，與規范的要求進行對比，從而能夠判斷沉降觀測技術是否符合無砟軌道的鋪設要求。

6 沉降觀測技術對施工人員的技能要求

觀測人員需要具備科學的施工理念和良好的施工技能，尤其是對于無砟軌道鋪設工作的了解和認識。首先，在沉降觀測工作開展前，相關技術人員要取得合法、合規的觀測資質，確保沉降觀測工作的有效性和可靠性，能夠根據施工作業要求有序開展沉降觀測工作的各項環節和流程，保障各個元器件、預埋件安裝作業符合相應的規章和標準。其次，在進行設備操作時，技術人員要熟練掌握多種設備的使用方法，從而保障工程觀測工作的基本質量，尤其是在數據核算以及數據校核等重要環節，能夠借助計算機以及相關軟件實現數據的分析和判斷。最后，對于觀測數據的最終值，能夠根據數據所在的區間范圍進行有效區分，并對問題數據進行匯總和上報。沉降觀測人員的主觀性操作是影響監測工作質量的重要因素，要對其監測內容進行細化和分離，尤其是對可能存在的主觀性問題進行預設和防控，既要推動沉降觀測工作的有序實施，又要確保相關工作能夠創新化、高效化、合理化，推動觀測工作的有效開展。

7 結束語

高鐵無砟軌道沉降觀測工作具有一定的復雜性和多樣性，需要根據工程施工作業的要求和標準有序施工，同時要結合施工環境以及施工技術的發展趨勢，不斷融合新的觀測理念，應用新的觀測設備，推動沉降觀測工作的進步，并結合當前無砟軌道沉降觀測案例進行梳理和分析，根據相應的施工環節以及施工技術內容進行改善和提升，保障無砟軌道沉降觀測工作的實施，提高觀測質量。