铁路路基沉降观测技术

1铁路路基沉降观测技术铁路路基沉降观测技术2高速铁路、客运专线的高速行驶要提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础，而路基作为轨道结构的基础，必须具有强度高、刚性大、稳定性和耐久性好的特点。因此路基的设计和施工都应改变过去传统的理念，这主要体现在：过去对路基工程主要是强度上要满足要求，而高速铁路和客运专线更体现在对变形沉降的严格控制中。铁路路基沉降观测技术现场观测记录沉降板元件3因为一般而言，在路基强度达到破坏之前就可能出现了不能容许的大变形，而路基的变形直接反映到轨面上，过大或不均匀的变形将造成轨道的不平顺，这就无法满足高速运营的要求。因此如何认真做好路基沉降观测，严格控制路基工后沉降，这将是高速铁路和客运专线路基修建的关键。下面就对路基沉降观测的有关内容进行系统介绍。铁路路基沉降观测技术水平位移桩室内数据处理4铁路路基沉降观测技术1路基沉降变形相关基本概念2路基沉降的组成3沉降观测的目的及相关指标值4沉降评估的职责和相关要求5路基工后沉降方案的主要内容主要内容滑动式数显剖面沉降仪沉降管5铁路路基沉降观测技术6路基沉降观测具体要求7观测方法、精度和频次的要求8过渡段沉降变形观测要点9观测装置的保护10路基沉降观测记录及数据处理主要内容61.1变形的定义线下结构由于荷载、环境等作用引的起随时间发生的位移。1.2沉降的定义基础设施在竖直方向产生的变形，包括下沉和隆起，向下为“正”，向上为“负”。1路基沉降变形相关基本概念71路基沉降变形相关基本概念1.3工后沉降的定义有砟轨道工后沉降定义：有砟轨道基础设施竣工铺轨工程（包括铺碴）开始时的沉降量与最终形成的总沉降量之差。无砟轨道工后沉降定义：在铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。81路基沉降变形相关基本概念1.4差异沉降定义(无砟轨道）在铺轨工程完成以后，路桥或路隧等连接处产生的沉降差。1.5折角的定义(无砟轨道）在铺轨工程完成以后，路基与桥梁或隧道间由于过渡段沉降造成的弯折角度。92路基沉降的组成路基总沉降是由不同阶段的沉降组成，与铁路运营直接相关的是路基的工后沉降，要注意有砟轨道和无砟轨道对工后沉降计算的起点是不一样的。有砟轨道和无砟轨道对工后沉降计算的起点是不一样的，有砟轨道工后沉降从B点开始计算，无砟轨道从A点开始计算。102路基沉降的组成路基的工后沉降主要由：路基填土的压密下沉；行车引起的基床累计变形；地基产生的路基工后沉降；三部分组成。112路基沉降的组成2.1路基填土压密下沉路基填土压密下沉是由填土自重引起的，主要发生在两个阶段，第一是施工阶段的下沉，不计入工后沉降；第二是施工完成后对后期运营有影响的工后沉降。由于路基是散体材料填筑而成的，其填土产生一定的压密下沉是正常的，其大小取决于填料和压实质量。按下列方式考虑：122路基沉降的组成根据目前各国的经验，路堤填土总的压密下沉量中有相当一部分是施工期间完成，对于剩下部分的工后沉降还没有较好的算法，工后沉降大概占总的压密下沉量的1/3。日本按路堤高度的0.1~0.5%计算。德国按公式s=h2/3000（h为路堤高度，单位m）估算。我国按路堤高度的0.1~0.5%估算。132路基沉降的组成按照现在高速铁路和客运专线对路基填料、压实质量严格要求，按上述方法估算得到的数值是偏大的。若能合理安排施工并有一定的放置时间，路基本体的压密沉降很小可以在施工期间基本完成，不计入工后沉降。142路基沉降的组成2.2行车引起的基床累计下沉运营阶段由于行车（动应力作用）引起的基床累计下沉，主要是列车通过道床传递到路基面的动荷载引起道床嵌入基床的下陷量。根据日本经验一年运营后的累计下沉量1~2.5mm，且一年时间行车后趋于稳定。我国还还缺乏高速条件下的实测数据。对于有砟轨道来说，这部分的沉降量很小，一般不计入工后沉降。152路基沉降的组成2.3地基下沉引起的工后沉降地基下沉引起的工后沉降主要与地基类型、处理措施、填土高度、施工周期等因素有关。对于一般地基而言，其工后沉降有限，都能满足要求，但对于软土地基来说，由于压缩性大、渗透系数小、强度低等特点，路基建成后的沉降量大且延续时间较长才能完成。路基工后沉降主要是由地基沉降而引起的。163沉降观测目的及相关指标值3.1路基沉降观测目的：一是用来指导现场路基施工填筑速率;二是用来推算路基工后沉降。相关规范对路基沉降均提出了明确的要求：173沉降观测目的及相关指标值《铁路特殊路基设计规范》要求：“在软土地基上填筑路堤时，应在边坡坡脚外设置边桩，在路堤中心线地面上设置沉降观测设备，进行水平位移和沉降观测，控制填土速率，测定地基沉降值，同时作为验交时控制工后沉降量的依据。”183沉降观测目的及相关指标值《时速300-350公里新建客运专线铁路设计暂行规定》要求：“软土及松软土地基上填筑路堤时，应在边坡坡脚外设置边桩进行水平位移观测，在路堤基底地面设置沉降观测设备进行沉降观测。在路堤填筑过程中，必须控制填土速率。控制标准应为：路堤中心地面沉降速率≤1.0cm/每昼夜，坡脚水平位移速率≤0.5cm/每昼夜。应根据沉降观测情况进行综合分析，以推算地基的最终沉降量，并及时调整工艺、工法使地基处理达到预定的控制要求，同时应作为验交时控制工后沉降量的依据。”193沉降观测目的及相关指标值《客运专线无碴轨道铁路设计指南》要求：“软土路堤在填筑过程中，必须控制填土速率。控制标准为：路堤中心地面沉降速率每昼夜不得大于10mm，坡脚水平位移速率每昼夜不得大于5mm。”“土质地基路基均应进行工后沉降分析。路基在无碴轨道铺设完成后的工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求。”从以上三本规范的规定可见，无砟轨道铁路要求凡土质地基路基均应进行工后沉降观测分析，其它铁路的软土地基或设计要求地段应进行工后沉降观测分析。203沉降观测目的及相关指标值3.1指导现场施工现场路堤施工应根据沉降观测结果严格控制填筑速率，应满足路堤中心沉降每昼夜不得大于10mm，或边桩水平位移每昼夜不得大于5mm，否则应立即停止填筑，待观测值恢复到限值以内，沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。路堤施工中必须严格控制填土速率，过快的填土速率会破坏地基土的结构，加大沉降总量，以往铁路路基的施工对填土速率的控制主要是从路基的稳定着眼的，以减少沉降为目的的控制施工速率的做法是从高速公路的建设开始的，秦沈铁路客运专线采用了相同的控制标准。实践证明对于沉降总量比较大的软土地基，应采用这个标准。213沉降观测目的及相关指标值3.2路基工后沉降标准根据沉降观测数据分析回归沉降与时间的关系曲线，预测最终沉降和工后沉降。工后沉降控制标准根据铁路等级不同指标值也不一样。223沉降观测目的及相关指标值工后沉降量铁路等级旅客列车设计行车速度（km/h）一般地段路桥过渡段沉降速率无砟轨道300~350≤15mm≤5mm——300~350≤5cm≤3cm≤2cm/年200~250≤10cm≤5cm≤3cm/年客运专线有砟轨道200≤15cm≤8cm≤4cm/年200≤15cm≤8cm≤4cm/年I级铁路120~160≤20cm≤10cm≤5cm/年II级铁路≤120≤30cm————路基工后沉降控制标准233沉降观测目的及相关指标值无砟轨道工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；有足够资料证明、沉降比较均匀、长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。24.0sjshVR式中：shR——轨面圆顺的竖曲线半径，m；sjV——设计最高速度，km/h；244沉降评估的职责和相关要求路基上铺设无碴轨道前，应对路基变形作系统的评估，确认路基的工后沉降和变形符合设计要求，否则不得施工无砟轨道。评估的主要依据之一是沉降观测，也是沉降评估中施工单位的主要职责。下面介绍建设、设计、施工和监理单位的职责及有关要求。4.1建设单位负责无碴轨道铺设条件的评估工作，并组织勘察设计、施工、监理和咨询等单位实施。评估过程中各方应明确职责，密切配合，确保观测数据及评估结果的真实、可靠。254沉降评估的职责和相关要求4.2建设单位的主要职责：4.2.1委托咨询单位或专业队伍进行无砟轨道铺设条件的评估工作。4.2.2根据设计要求及评估技术指南的相关规定，制订变形观测及评估工作实施细则。4.2.3负责观测及评估人员的技术指导和培训。4.2.4对观测数据的真实、可靠性负责，并建立变形观测和评估数据库。4.2.5组织阶段评估工作，并及时将阶段评估结果提交勘察设计、施工、监理和咨询等单位；评估工作完成后，提交《无碴轨道铺设条件评估报告》。264沉降评估的职责和相关要求4.3勘察设计单位的主要职责：4.3.1提交线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书；线下工程变形观测断面、观测点布置等要求；变形计算报告，包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线等。4.3.2对变形观测的设计要求进行技术交底。4.3.3参与制订变形观测及评估工作实施细则。4.3.4根据变形观测结果，对设计预测沉降进行实时修正，并将设计预测的结果提交建设单位。274沉降评估的职责和相关要求4.4施工单位的主要职责：4.4.1负责线下工程变形的观测。4.4.2参与制订变形观测和评估工作实施细则。4.4.3变形监测网的建立。4.4.4根据建设、勘察设计等单位和评估技术指南提出的相关要求，设置变形观测点，进行观测，并及时提交观测数据。4.4.5负责观测设施的保护，确保施工过程中不受扰动或破坏。284沉降评估的职责和相关要求4.5监理单位的主要职责：4.5.l参与制订变形观测及评估工作实施细则。4.5.2对重要环节进行旁站监理。4.5.3监督、检查观测设施的保护，确保其不受施工或外界的扰动和破坏。4.5.4对施工单位的观测数据及时签字确认。参与观测的人员必须经过培训才能上岗。295工后沉降方案的主要内容这里列出了8个方面，供参考，各条线具体要按建设单位要求编制。5.1编制依据5.2工程概况5.3沉降变形监测的目的及原则5.3.1沉降变形监测的目的5.3.2沉降变形监测的原则5.4沉降变形组织机构及人员分工5.4.1监测组织机构5.4.2沉降变形监测人员分工305工后沉降方案的主要内容5.5监测网的建立5.5.1变形监测网5.5.2观测水准基点、工作基点的布设5.5.3沉降变形观测主要技术要求5.6观测元器件埋设及防护（仅列4种常用的）5.6.1沉降、位移观测桩（点）埋设5.6.2沉降板埋设5.6.3单点沉降计埋设5.6.4剖面沉降管埋设5.7沉降变形观测数据分析要求5.8沉降变形记录表316路基沉降观测具体要求一般情况下，路基沉降观测应以地表沉降观测、路基面沉降观测、水平位移观测为主，其它的观测按设计要求设置。326路基沉降观测具体要求6.1一般要求（4条）6.1.1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，应延长观测期或采取必要的加速或控制沉降的措施。6.1.2观测期内，路基沉降实测值超过设计值20%及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。336路基沉降观测具体要求6.1.3路基沉降观测断面的设置及观测断面的观测内容应根据地形地质条件、地基处理方法、路堤高度、堆载预压等具体情况，结合沉降预测方法和工期要求具体确定观测方案。6.1.4沉降观测可在线路两侧地基、路肩和线路中心设置观测桩，在地基和基床底层的顶面设置剖面沉降管，或在线路中心设置沉降板。346路基沉降观测具体要求6.2变形监测网的建立（3条）6.2.1监测网包括水平位移监测网、垂直位移监测网。