高速铁路线下路基工程沉降观测技.docx
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高速铁路线下路基工程沉降观测技
高速铁路线下路基工程沉降观测技术
中铁十五局集团第六工程有限公司段荣刚
摘要：
本文主要结合哈齐铁路客运专线线下路基工程沉降观测工作，详细介绍了路基沉降观测断面和观测点的设置、观测方法和具体技术要求。
利用沉降观测资料分析、预测工后沉降，指导进行信息化施工，为合理确定无砟轨道铺设时间，确保铺设质量提供依据。
关键词：
路基沉降观测技术要求
1前言
近年来，为了满足我国铁路交通建设事业的不断发展，以及列车提速等多方面的要求，高速铁路的广泛修建已经成为我国铁路交通事业发展的必然趋势，在铁路线路工程的设计与施工中，路基沉降观测是重要的技术管理项目之一，对于工程项目整体质量的实现也具有重要的意义。
2工程概况
哈尔滨至齐齐哈尔铁路客运专线地处东北地区黑龙江省西南部与内蒙古、吉林三省区交会处，线路起自黑龙江省省会哈尔滨市，向西北方向经肇东、安达、大庆，止于齐齐哈尔市。
我分部承建哈尔滨至齐齐哈尔客运专线HQTJ-4标DK191+222.78～DK196+897.49段路基工程，为了满足沉降观测工作需要，我分部内共有CPII水准点4个，自己加密沉降观测工作基点17个，埋设路基沉降观测断面103个（其中B1型观测断面59个、B2型观测断面23个、A型观测断面21个）。
3沉降变形测量一般要求
3.1.沉降变形测量点分类与布设要求
3.1.1沉降变形测量点的分类
沉降变形测量点分为基准点，工作基点和沉降变形观测点三类。
3.1.2.沉降变形测量点布设基本要求
3.1.2.1基准点。
要求建立在沉降变形区以外便于长期保存的稳定地区；基准点使用全线的深埋水准点、CPI、CPII和二等水准点。
每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点，且基准点得间距不宜大于1km。
3.1.2.2工作基点。
要求埋设在比较稳定的位置，在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程和坐标的传递点。
工作基点除使用普通水准点外，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至满足工点沉降变形监测需要。
加密后的水准基点（含工作基点）间距200m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。
3.1.2.3沉降变形点。
直接埋设在要测定的沉降变形体上。
点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位；不但要求设置牢固，便于长久保存和观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。
3.2.变形测量等级及精度要求
哈齐线沉降变形测量按变形测量三等规定执行（见表3-1）
表3-1变形测量等级及精度要求
变形测量等级
沉降变形（垂直位移）测量
水平位移观测
沉降变形点的高程中误差（mm）
相邻沉降变形点的高程中误差（mm）
沉降变形点点位中误差（mm）
二等
±0.5
±0.3
±3.0
三等
±1.0
±0.5
±6.0
3.3.变形监测网主要技术要求及建网方式
3.3.1沉降变形监测网
3.3.1.1沉降变形监测网的主要技术要求
沉降变形监测网主要技术要求按表3-2执行
表3-2沉降变形监测网主要技术要求
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）
检测已测高差较差（mm）
使用仪器、观测方法及要求
二等
0.5
0.15
0.3
0.4
DS05型仪器，按国家一等水准测量的技术要求施测。
三等
1.0
0.3
0.6
0.8
DS05型仪器，按国家二等水准测量的技术要求施测。
注：
n为测站数
3.3.1.2沉降变形监测网建网方式
线下工程沉降变形监测网由沉降监测基准点、工作基点或包含部分沉降变形点组成附合或闭合水准路线，一般按沉降变形等级三等（国家二等水准测量）的要求施测。
3.3.2水平位移监测网
3.3.2.1水平位移监测网主要技术要求
哈齐线水平位移监测按三等规定执行（见表3-3）
表3-3水平位移监测网主要技术要求
等级
相邻基准点的点位中误差（mm）
平均边长（m）
测角中误差（"）
测边中误差（mm）
水平角观测测回数
DJ0.5″
DJ1″
DJ2″
二等
±3.0
≤400
±1.0
2.0
6
9
—
≤200
±1.8
2.0
4
6
9
三等
±6.0
≤450
±1.8
4.0
4
6
9
≤350
±2.5
4.0
3
4
6
3.4沉降变形测量具体要求
3.4.1沉降变形水准测量执行国家二等水准测量要求，采用单路线往返观测。
对线下工程沉降变形点的测量，应形成附合或闭合水准路线，水准路线经过的工作基点或基准点不得少于2个。
3.4.2应使用DS05级及以上的自动安平电子水准仪，仪器及配套水准标尺均应在有效的合格检定期内。
水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15″。
仪器各种设置正确，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置，并在数据采集时自动控制，不满足要求时应根据仪器的提示进行重测。
3.4.3外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。
观测成果的重测和取舍按《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）二等水准有关要求执行。
观测时，视线长度≤50m，前后视距差≤1.5m，前后视距累积差≤6.0m，视线高度≥0.55m且≤2.80m。
测站限差：
两次读数差≤0.4mm，两次所测高差之差≤0.6mm，检测间歇点高差之差≤1.0mm。
观测读数和记录的数字取位：
使用数字水准仪读记至0.01mm。
3.4.4观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行：
往测：
奇数站为后—前—前—后
偶数站为前—后—后—前
返测：
奇数站为前—后—后—前
偶数站为后—前—前—后
3.4.5每一测段均为偶数测站结束。
4路基工程沉降变形测量
4.1观测点布置原则
路基沉降观测断面上的观测点根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置。
4.1.1混凝土基床路堤地段采用A型观测断面（见图4-1），A型断面包括沉降板和不锈钢测钎。
基床施工完成后，于路堤中心埋设沉降板，其底板位于混凝土路堤顶面。
预压土卸载后，拆除沉降板，并于距左、右线中心两侧各2.2m处于基床表层埋设2根不锈钢测钎（φ20mm，L≥0.15m，顶部磨圆并刻划十字线，下端削尖）。
图4-1混凝土基床沉降监测剖面元件布置示意图（A型）
4.1.2软土、松软土路堤地段采用B1、B2两种型式的观测断面。
B1型观测断面包括沉降观测桩、沉降板和位移边桩（见图4-2）。
沉降观测桩每断面设置5个，施工完基床底层后，预压土填筑前，距左、右线中心4.7m处于基床底层顶面埋设2个沉降观测桩，其余3个于基床表层施工完成后布置于双线路基中心及距两侧路肩1m处的基床表层顶面上；沉降板位于路堤中心，基底铺设碎石垫层的地段埋设于垫层顶面，基底设混凝土板地段设于板顶面，随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管。
预压土卸载后，拆除沉降观测桩1和沉降观测桩2，同时将使沉降板的测杆和保护套管降低至基床表层顶面上。
右侧坡脚外2m，12m处，分别设置位移观测边桩，以便监测加载期间路基的稳定性。
当线路邻近既有线，设置边桩不足时，可以不设边桩。
图4-2软土、松软路堤沉降监测剖面元件布置示意图（B1型）
B2型观测断面包括沉降观测桩、沉降板、位移边桩和剖面沉降管（见图4-3）。
沉降观测桩每断面设置2个，基床表层施工完成后，布置于距两侧路肩1m处的基床表层顶面上，沉降板位于路堤中心，底板埋设于基床底层顶面上，随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管；路堤基底铺设碎石垫层的的地段，横剖面管埋设于基底碎石垫层顶面处，基底设混凝土板地段，横剖面管埋设于混凝土板顶面处。
预压土卸载后，拆除沉降板。
右侧坡脚处2m，12m处，分别设置位移观测边桩，以便监测加载期间路基的稳定性。
当线路邻近既有线，设置边桩不足时，可以不设边桩。
图4-3软土、松软路堤沉降监测剖面元件布置示意图（B2型）
4.2路基沉降观测元件的埋设
4.2.1沉降观测桩的埋设
选择Φ20mm不锈钢棒，顶部磨圆并刻划十字线，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，在观测断面通过测量埋置在设计位置，埋置深度不小于0.3m，桩周0.15m用C15混凝土浇筑固定（见图4-4），完成埋设后测量桩顶标高作为初始读数。
图4-4路基沉降观测桩埋设布置图
4.2.2沉降板的埋设
通常由底板、金属测杆（φ40钢管）及保护套管（φ75PVC管）组成。
钢筋混凝土底板尺寸为50cm×50cm，厚3cm或钢底板尺寸为30×30cm，厚0.8cm（见图4-5）。
图4-5路基沉降板埋设布置图
4.2.2.1沉降板埋设位置应按设计测量确定，埋设位置处可垫10cm砂垫层找平，埋设时确保测杆与地面垂直。
4.2.2.2放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，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套管，完成沉降板的埋设工作。
4.2.2.3测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，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0.5m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。
4.2.2.4接长套管时应确保垂直，避免机械施工等因素导致套管倾斜。
4.2.3位移边桩的埋设
在两侧路堤坡脚外2m及12m（或10m）处各设一个位移观测边桩。
位移观测边桩采用C15钢筋混凝土预制，断面采用15cm×15cm正方形，长度不小于最大冻深＋0.35m。
并在桩顶预埋Φ20mm半圆形不锈钢耐磨测头。
边桩埋置深度在地表以下不小于最大冻深＋0.25m，桩顶露出地面不应大于10cm。
埋置方法采用洛阳铲或开挖埋设，桩周以C15混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳定。
完成埋设后采用经纬仪（或全站仪）测量边桩标高及距基桩的距离作为初始读数。
4.2.4剖面沉降管的埋设
路基基底剖面沉降管在地基加固施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后开槽埋设，开槽宽度20～30cm，开槽深度至地基加固表层顶面，槽底回填0.2m厚的中粗砂，在槽内敷设沉降管（沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳），其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。
沉降管埋设位置挡土墙处应预留孔洞。
沉降管敷设完成后，在两头设置0.5m×0.5m×0.95mC15素混凝土保护墩。
两头应砌筑观测坑，并加设盖板，以方便观测及对孔口进行长期保护，并做好坑内及其周围的排水。
并于一侧管口处设置观测桩，观测桩采用C15素混凝土灌注，断面采用0.5m×0.5m×最大冻深+0.35m，并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。
待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。
路基剖面沉降管埋设布置见图4-6
图4-6路基剖面沉降管埋设布置图
4.3路基沉降观测技术要求
4.3.1观测方法
4.3.1.1横剖面沉降观测方法
采用横剖仪和水准仪进行横剖面沉降观测。
每次观测时，首先用水准仪测出横剖面管一侧的观测桩顶高程，再把横剖仪放置于观测桩顶测量初值，然后用横剖仪测量各测点。
应根据所使用的横剖仪的种类确定测点距离。
使用传感式仪器必须按照仪器的要求距离进行测量，此种仪器一般要求为0.5m；使用水压式仪器时，区间每2.0m测量一点，车站内测点间距可为3.0m。
在测量前应和仪器厂商沟通，了解仪器的性能及操作要求。
4.3.1.2沉降板观测方法
采用水准测量方法，按测量精度要求和频次定期观测沉降板测杆顶面测点高程。
沉降板观测时应在测杆头上套一个专用的测量帽。
测量帽下部以刚好套入测杆为宜，测量帽上部以中心为一半球型的测点。
在沉降板测杆接高时应同时测量接高前后的测杆高程。
4.3.1.3沉降观测桩观测方法
采用水准测量方法，按测量精度要求和频次定期观测路肩观测桩顶面测点高程。
4.3.1.4位移边桩观测方法
采用水平位移观测方法，按测量精度要求和频次定期观测位移观测边桩水平位移。
4.3.1.5路基沉降观测桩、沉降板等水准测量要求形成附合水准路线进行往返观测，观测路线布置图如图4-7所示。
图4-7路基沉降观测点位布置及水准观测路线示意图
4.3.2测量精度
4.3.2.1路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，高程取位至0.1mm。
观测按国家二等水准测量要求执行。
4.3.2.2剖面沉降观测的精度应不低于4mm/30m，横剖面沉降测试仪最小读数不得大于0.1mm。
4.3.2.2位移观测测距误差±3mm，方向观测水平角误差为±2.5″。
4.3.3观测频次
路基（含过渡段）沉降观测的频次不低于表4-1的规定。
实际工作进行时，观测时间的间隔还要看地基的沉降值和沉降速率，两次连续观测的沉降差值大于4mm时应加密观测频次。
当出现沉降突变、地下水变化及降雨等外部环境变化时应增加观测频次。
路基施工各节点时间（包括路基堆载预压土前后、卸载预压土前后、运梁车架桥机通过前后、基床表层施工、轨道板底座施工、铺板、轨道板精调（或铺砟）以及铺轨时间）应具有沉降观测数据。
观测过程中及时整理绘制“填土-时间-沉降”曲线图，观测应持续到工程验收交由运营管理部门继续观测。
表4-1路基沉降观测频次表
观测阶段
观测频次
填筑或堆载
一般
1次／天
每天填筑量超过3层时
1次/每填筑3层
沉降量突变
2～3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/周
第2、3个月
1次／2周
3个月以后
1次／月
架桥机（运梁车）通过
全程
前2次通过前后各1次；其后1次/天，连续2次；其后1次/3天，连续3次；以后1次/周
无砟轨道铺设后
第1个月
1次／2周
第2、3个月
1次／月
3～12个月
1次／3月
4.3.4路基沉降观测要求
4.3.4.1为了观测到各部位的沉降，从路基填土开始，沉降观测也随即进行。
预压地段按照相关要求在基床底层顶面设置临时沉降观测桩；非预压地段，此时基床表层的级配碎石也未填筑，在路基中心及两侧各2m范围内设置临时沉降观测桩，临时沉降观测桩的材质，埋置要求及观测标准与正式的沉降观测完全相同，待预压土卸载时，临时沉降观测桩随之拆除或废弃沉降板测杆随之降低，待基床表层的级配碎石铺设完成后，按照相关要求埋设正式的沉降观测桩，开始观测路基沉降。
4.3.4.2沉降板随着预压土的填筑而接高，随预压土的卸载而降低，观测连续进行，剖面沉降管和位移观测桩不受预压土的影响。
4.3.4.3路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6个月的观测和调整期。
观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测时间或采取必要的加速或控制沉降的措施。
4.3.4.4沉降设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的填筑施工要与设备的埋设做好协调，做到互不干扰、影响。
观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行，不能影响路基填筑质量。
4.3.4.5观测过程中发现异常必须及时查明原因，尽快妥善处理。
4.3.4.6路基填筑过程中应及时整理路堤边桩位移及中心沉降观测点的沉降量，当边桩
水平位移大于5mm/天，垂直位移大于10mm/天，路堤中心地基处沉降观测点沉降量大于10mm/天时，应及时通知项目部，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。
5结语
路基是承受高速铁路轨道结构重量和列车荷载的基础，也是线路工程中最不稳定，最薄弱的环节。
因此，在高速铁路的建设过程中，科学、合理的运用路基沉降观测技术是提升工
程质量，确保项目交付使用后路基、轨道的稳定性，满足设计要求的关键。
参考文献
（1）《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）
（2）《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）
（3）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）
（4）《客运专线无砟轨道铁路施工技术指南》（TZ216-2007）
（5）《工程测量规范》（GB50026-2007）
（6）《客运专线铁路变形观测评估技术手册》（铁道部工程管理中心，2009年7月）
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