1、武廣鐵路客運專線無碴軌道線下工程沉降變形觀測與評估技術總結1前言首先，客運專線高速行車要求軌道具有高平順性，而無碴軌道鋪設后線下構筑物有可能發生不均勻 沉降，這不但導致線路維修成本的增加，而且有可能使軌道板開裂從而導致軌道構件的更換及重大的安 全隱患。因此，客運專線無碴軌道必須嚴格控制線下構筑物的不均勻沉降。其次，客運專線無碴軌道對 路基、橋涵、隧道等線下工程的工后沉降要求嚴格、標準高，所以設計中對土質路基、橋梁墩臺基礎等 均進行了沉降變形計算，并采取了相應的設計措施。而影響沉降的因素較多，特別地基在荷載的作用下 沉降隨時間發展，其沉降變化一般通過土體固結原理進行分析計算，但沉降計算的精度受多

2、種因素的影 響，其結果只能是一個估算值，這就導致設計階段沉降變形計算的精度不足以控制無碴軌道工后沉降。 為了解決上述問題，施工期必須按設計要求進行系統的沉降變形動態觀測。通過對沉降觀測數據系統綜 合分析評估，驗證或調整設計措施，使路基、橋涵、隧道工程達到規定的變形控制要求。分析、推算出 最終沉降量和工后沉降，合理確定無碴軌道開始鋪設時間，確保客運專線無碴軌道結構鋪設質量及運營 安全。為統一武廣客運專線沉降變形觀測系統的技術要求，保證沉降變形觀測系統與評估的質量，依據客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估指南、客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規定（鐵建設2006189號）等標準特對武廣鐵路客運專線無碴

3、軌道線下工程沉降變形觀測與評估進行較系統的技術2沉降變形觀測范圍及內容2. 1路基：路基面、路基基底及路堤本體的沉降變形觀測。2. 2橋涵：橋各墩、臺；預應力混凝土梁的徐變上拱變形；涵洞沉降觀測2. 3隧道：隧道口仰拱、隧道一般地段和不良、復雜地質區段沉降觀測。2. 4過渡段：路橋、路隧、路涵及路堤過渡段沉降觀測。3觀測斷面及點的設置、元件布設3. 1路基觀測斷面及點的設置、元件布設沉降觀測斷面及點的設置、元件布設應根據地形、地質條件、地基壓縮層厚度、路堤高度、地基處 理方法及堆載預壓等具體情況，結合沉降預測方法和工期要求并遵循客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件 評估指南（鐵建設2006158號）的

4、基本要求來具體確定。3. 1. 1路基觀測斷面及點的設置1. 路堤填高3m且地基壓縮層厚5m地段表1.路堤觀測斷面及點的設置、元件布設情況順號觀測內容觀測元件觀測點 數量斷面間距附注1路基面沉降觀測觀測樁3個/斷面50m地勢平坦、地基條件良好地段可100m2基底沉降觀測沉降板1個/斷面200m根據工點工期等具體情 況適當增設4,3SO132. 路堤下地基壓縮層厚 _5m地段及路堤填高_3m、地基壓縮層厚5m地段表2.路堤觀測斷面及點的設置、元件布設情況2.3順號觀測內容觀測 元件觀測點數量斷面 間距附注1路基面沉降觀測觀測樁3個/斷面50m地勢平坦、地基條件良好地段或 高度小于5m路堤地段可1

5、00m2路堤基底沉降觀 測沉降板12個/斷面50 100m地基面橫坡大于1: 5時，每個 斷面埋設2個。3路堤基底全斷面 沉降觀測剖面沉降 管1個/斷面一般地段和各類過渡段路基25%的剖面埋設剖面沉降管作校 核剖面，校核剖面基底冋時布置 沉降板與剖面沉降管。4改良土填土沉降 觀測單點 沉降計1個/斷面200m根據改良土工點、土質等具體情 況，且改良土路堤填高大于5m時適當增設。圖2沉降監測剖面元件布置示意圖（B-3型）4.3id|k堆悅.也兀咻工*） FJLAH4圖3沉降監測剖面元件布置示意圖（D-1型）珞此盂岸（/tjl.iJ* I ,云 +機捕粧曲廈、I3. 路基加載預壓地段路堤加堆載預壓

6、地段按上述表 2.項布設斷面及點，其中路基面沉降觀測在路堤填筑到基床底層表面 后，在基床底層表面兩側設觀測樁，在路基面中間設沉降板后，加載預壓進行沉降觀測。待預壓卸除基 床表層填筑后，在路基面兩側及線路中心設置沉降觀測樁。其示意圖如下：沉降監測棹沉降監測樁圖4沉降監測剖面元件布置示意圖（F-3型）4. 土質路基地段土質路塹（含基巖全風化層）一般地段只設路基面沉降觀測樁23個/斷面，斷面間距 50m地勢平坦、地基條件良好地段間距 100m當地基地層為紅黏土、膨脹土時，同時在換填底面埋設單點沉降計 觀測地基沉降或隆起情況。4. J5.0amt圖4路塹地段沉降監測剖面元件布置示意圖（E-1型）圖5路

7、塹地段沉降監測剖面元件布置示意圖（E-3型）3. 1. 2元件埋設及要求1 元件選取、埋設（1）沉降板：該元件應埋入褥墊層頂部嵌入10cm采用中粗砂回填密實，再套上保護套管，保護套管略低于沉降板測桿，上口加蓋封住管口，并在其周圍填筑相應填料穩定保護套管。其元件及埋設見圖6:圖6沉降板及埋設后示意圖（2）單點沉降計：米用鉆孔引孔埋設，鉆孔孔徑108或127,鉆孔垂直，孔深應達到硬質穩定層（最好為基巖），孔口應平整密實。觀測路塹換填基底沉降或隆起變形埋設在換填基底面，表面應平整 密實；觀測路基本體變形按設計斷面圖埋設。其元件及埋設見圖7圖7單點沉降計及埋設后示意圖（3）剖面沉降管：在褥墊層頂面開槽

8、埋設，槽底中粗砂找平，表面回填 5cm中粗砂并與褥墊層相平, 兩端部應進行有效保護。其埋設示意圖如下：圖8剖面沉降管及埋設示意圖（4）路面觀測樁：在一般路基填筑至基床表層頂面，加載預壓路堤填筑到基床底層頂面后，埋設沉 降觀測樁（點），路基面兩側觀測樁一般設在距左右線路中心 3.2 m處。埋設規格見圖9，觀測點鋼筋頭 為半球形，高出埋設表面 5mm表面做好防銹處理。砂漿級配碎石級配碎石2 路基觀測一般要求（1）每個工點觀測斷面及觀測點的數量，埋設觀測元件的種類、數量，根據設計要求和上面提及的相關原則由設計、施工、監理方在現場核查確定。并填寫工點沉降觀測斷面、點布置表。（2） 沉降變形的水準測量精

9、度為1mm讀數取位至0.1mm；剖面沉降管的測量精度為8mm/30m單點沉降計觀測精度為測量值的 1%,靈敏度為0.01mm=（3） 路基沉降觀測的頻次不低于表3的規定。當環境條件發生變化或數據異常時應及時觀測。表3 路基沉降觀測頻次觀測階段觀測頻次填筑或堆載一般1次/天沉降量突變23次/天兩次填筑間隔時間較長1次/3天堆載預壓或路基施工完畢第1個月1次倜第2、3個月1次/10天3個月以后1次/2周6個月以后1次/ 月無碴軌道鋪設后第1個月1次/2周第2、3個月1次/ 月312個月1次/3月3. 2橋涵觀測點及元件的布設3. 2. 1布設原則對于巖石地基、嵌巖樁基礎的橋涵可選擇典型墩（臺）、涵

10、進行觀測（特殊橋跨、高墩、基巖不均勻及樁位出現巖溶與摩擦樁相臨嵌巖樁）。數量不少于墩臺點數的15%。對于摩擦樁、非巖石地基橋墩臺、 涵應逐墩臺布設測點。對原材料變化不大、預制工藝穩定、批量生產的預應力混凝土預制梁，徐變變形觀測可每30孔選擇1孔進行；對于現澆預應力箱梁，同一種施工方法（移動模架。支架等）施工前35孔梁進行重點觀測，根據觀測結果調整梁的反拱值，其它孔位梁選擇典型梁進行觀測，且不少于20 %。3. 2. 2觀測點布設1 墩臺沉降觀測點可以先在承臺上四角處布設4個點，若基礎需要回填或地勢較低且有水，可以將觀測樁點轉移布設在墩臺身上，并在墩身橫向對稱布設2個點，一般距地面 0.51.0

11、m比較合適。見圖10。1蹴橫向中心線一12. 預應力混凝土梁徐變上拱觀測點設置在箱梁四個支點和跨中截面兩側腹板梁頂處或距左右線中 心3m處。每孔梁的測點數應不少于6個，對于跨度大于 60m的梁應不少于10個。見圖11。1-1圖11徐變上拱變形觀測點布設圖3 涵洞沉降觀測點設在涵洞邊墻兩側帽石頂上，每個涵洞測點數4個。若在涵頂填土較高，在頂板埋設沉降板。其布設圖見圖 12。圖12涵洞沉降觀測點布設圖3. 3隧道觀測點布設3. 3. 1布設原則一般情況下，川級圍巖每400m 級圍巖每300mV級圍巖每200m布設一個觀測斷面。地應力較大，斷層破碎帶，膨脹土等不良和復雜地質區段適當加密布設。隧道洞口

12、至分界里程范圍內應至少布 設一個觀測斷面。3. 3. 2觀測點布設每個觀測點斷面在相應于兩側邊墻處設一對觀測點，一般距仰拱頂面0.4m處。其測點布設見圖圖14隧道變形觀測點設置示意圖3個觀測樁。1520m處埋設一個沉降板。圖16路橋過渡段觀測斷面及點布置示意圖3. 4過渡段沉降觀測斷面及點的布設3. 4. 1布設原則1 .分別在路橋、路涵、路隧過渡段的結構物起點、距結構物起點1m處、510m處、1525m處、50m處各設一個觀測斷面，沿涵洞軸線設路基面觀測斷面，每個觀測斷面設2 分別在距結構物5m處同時埋設剖面沉降管和沉降板，在距結構物3. 4. 2觀測點布設示意圖圖15路橋過渡段觀測斷面及點

13、布置示意圖3. 4. 3過渡段觀測元件過渡段觀測元件主要有沉降板、剖面沉降管、靜力水準儀和路面觀測樁。3. 5觀測元件埋設安裝及保護3. 5. 1觀測元件埋設安裝1對路基觀測元件，各施工隊均組織專門的施工技術人員進行元件埋設，確保埋設位置的正確，埋 設深度得到保證。2對橋梁、涵洞及隧道觀測樁，各項目部應下達詳細的技術交底資料到工班并現場指導，確保埋設 的正確性，不得遺漏。3對剖面沉降管、單點沉降計及靜力水準儀等電子元件，埋設時更應注意元件的保護。3. 5. 2觀測元件的保護1建立專門沉降變形觀測領導小組和觀測小組，并明確各自職責，分工負責，并制定了相應的獎罰 措施。2. 每個測試斷面埋設完成后

14、，監測元件引出導線套鋼絲波紋管進行保護，并挖槽集中從一側引出路 基，然后引入坡腳觀測箱內或集中觀測房中。3所有監測元件埋設時或監測過程中損壞應及時補埋或經設計確認采取其它替代措施。4凡沉降板附近1m范圍內則采用小粒徑的均勻填料并采用人工攤鋪、沖擊式與娃式打夯機具碾壓。 5各施工隊應制定穩妥的保護措施并認真執行，確保元件不因人為、自然等因素而破壞。元件埋設 后，制作相應的標示旗或保護架并插在上方，重型機械碾壓時并配備專人負責指導，以確保元件不受損。4沉降觀測方法4. 1建立沉降觀測網，布設水準基點和工作基點 高程應采用施工高程控制網系統并與施工高程控制網聯測。全線二等水準測量貫通后，將沉降變形

15、觀測網與二等水準點聯測，統一歸化為二等水準基點上。4. 2觀測及采集數據方法（1）沉降觀測主要采用兩種觀測方法：一種是自動采集數據，一種是人工采集數據（2）采集數據的方法：對于單點沉降計、剖面沉降管、靜力水準儀等電子元器件，主要采用人工智能 讀數儀及電腦自動采集兩種方法；自動采集系統可對采集的數據進行自動分析和處理，可繪制出各種參 數變量隨時間變化曲線圖，在現場設置自動采集觀測數據的板房。對于路基沉降板和路面觀測樁及橋涵 隧道觀測樁，主要采用高精度電子水準儀進行測量采集數據。4. 3觀測精度和頻率4. 3. 1觀測精度1 路基觀測樁、沉降板、剖面沉降管、基準點及橋涵、隧道觀測樁均按二等變形測量

16、（即國家一等 精密水準測量）方法進行測量，精度應達到_1mm。對于水準測量閉合誤差、前后視距等均有要求。2. 單點沉降計則采用振頻弦頻率檢測儀或自動采集系統進行測量，精度位測量值的1%，靈敏度不 低于 0.02mm。3. 剖面沉降管采用剖面沉降儀進行測試，剖面沉降管的測量精度為8mm/30m，靈敏度為0.01mm.4. 靜力水準儀采用人工智能采集儀，精度為的1%，靈敏度為0.01mm.4. 3. 2觀測頻率1. 路基施工：路基填筑施工期間，一般每天觀測一次（即每層觀測一次），各種原因暫時停工期間， 一般23天觀測一次；在沉降量突變情況下，每天觀測 23次。路基填筑完成后，前一個月，頻率為 1

17、次/周；第二、三月，頻率為 1次/10天；三個月以后，頻率為 1次/2周；半年后，頻率為 1次/月。2. 橋涵墩臺、隧道基礎施工期和主體完成后至主鋪軌前觀測一般為1次/周，荷載變化前后各測一 次。3. 軌道鋪設期間全程每天觀測一次。4. 4觀測期要求無碴軌道鋪設條件評估沉降變形觀測期是指路基填筑完成（至少填到基床表層第一層）、路基填筑預壓后、橋主體結構完成后（即預制梁架設后、現澆梁完成后） ，一般不少于6個月；對于地質條件較好的 巖石地基橋涵，梁體徐變上拱變形觀測期可不少于 2個月；隧道不少于 3個月，滿足以上觀測期方可進 行評估。5沉降觀測注意事項5. 1觀測樁和元器件埋設應規范，避免影響觀

18、測精度（1） 路基面觀測樁、橋涵承臺觀測樁應采用_門20鋼筋，端部應磨成園端型并露出適當的長度；橋 墩臺身觀測樁應制成一個立測尺的端點。（2）沉降板周圍填料碾壓方式應適當且應密實，采取適當措施防止沉降板傾斜和鋼管與塑料套管密 貼，影響沉降精度，在過程中及時糾正，沉降板套管頂部應加封帽，防止粒料和水進入管內，影響自由 沉降和精度；沉降板塑料套管應采用壁厚不應小于 4mm的硬質套管以防止破損和老化。（3）剖面沉降管露出坡腳不宜過長，端部應采取適合方式進行固定和保護，并設立端部標高固定測 定點；剖面管設置后及時測定其端部標高及整個剖面管的初始讀數，作為“零”觀測。5. 2應制定切實可行的元器件和觀測

19、樁的保護措施和制度。如路基面觀測樁。沉降管應做明顯標識和護 欄，明確保護責任人并制定獎罰制度，確保元器件不被破壞。目前，填到路面頂的沉降板的沉降管頂部 普遍存在保護不到位現象，應切實采取措施。5. 3應建立完善的觀測網資料，定期對水準基點、工作基點進行復核；觀測點滿足二等變形測量精度 （即按國家一等精密測量精度），并實行閉合測量；測量儀器應定期標定，以保證觀測數據的可靠性。5. 4測量過程中實行“人員、儀器、測量方式”三固定，以保證測量數據的準確性；必須認真建立“零” 觀測理念，即路基一開始填筑即進行觀測，路基填筑到路面標高即埋設路面觀測樁并及時進行觀測，在 路基填筑完成和橋涵、隧道主體完成到

20、無碴軌道鋪設期間不應間斷觀測，這樣不但保證觀測數據的連續 性，而且有利于尋求該結構沉降變形發展規律。5. 5觀測數據精度：評估指南要求沉降水準的測量精度為1mm，讀數至0.1mm；剖面沉降管的測量精度為8mm/30m ;結合目前實際沉降較小，且目前儀器測量精度較高，全線統一采取：電子水準儀測量至 5倍（即0.00001m），計算精度至0.1mm ;單點沉降計、剖面沉降管讀數至0.01mm，沉降觀測數據精確至0.1mm;沉降觀測匯總表中數據統一保留0.1mm。5. 6保證數據整理的規范性和分析評估數據的識別統一以利于分析預測，按照指南規定：基礎設施在豎 向方向產生的變形，包括下降和隆起，向下為“

21、正，向上為“負”；梁體徐變上拱向上為正，向下為負。5. 7對于大跨度現澆連續梁有可能出現較大的變形，是徐變觀測的重點，特別是跨度80米以上的橋梁應加強觀測。5. 8有沉降板的斷面應在統一觀測斷面、位置布設路面觀測樁，以便分析路基部分的壓縮變形。5. 9有沉降觀測過程中應注意記錄荷載的變化（如架梁、現澆梁前后、運梁車通過、附屬設施施工完畢 等）核特殊天氣、氣溫變化即特殊地段地下水的變化，以便幫助分析結構變形變化和數據異常點情況。5. 10對于？較寬，埋設剖面沉降管不便檢測且會影響精度，可以采取橫向加密沉降板的方法代替剖 面沉降管，但應加強沉降板的保護和觀測。5. 11在沉降變形觀測過程中，應繪制 S-T-h （ P）曲線；對觀測數據出現異常現象及異常點應及時分析 驗證，并作記錄；對于變形較大，且一定時間不能趨于穩定的工點應及時上報有關單位，以便采取相應 處理措施。6沉降觀測分析評估6. 1路基沉降觀測分析評估6. 1. 1路基沉降觀測分析評估要求1觀測和調整期：在路基填筑完成或施加預壓荷載