无砟轨道线下工程沉降评估

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1、1中国铁道科学研究院无砟轨道线下工程沉降评估无砟轨道线下工程沉降评估21.1.工后沉降的概念和演化过程工后沉降的概念和演化过程 2.2.评估理念评估理念 3.3.管理体系管理体系 4.4.沉降观测方法、元件布设沉降观测方法、元件布设 5.5.沉降观测数据曲线回归法沉降观测数据曲线回归法 6.6.实施过程中存在的问题和解决方案实施过程中存在的问题和解决方案 7.7.相关案例相关案例31.工后沉降的概念和演化过程1.1工后沉降概念 1.1.1工后沉降量：在铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。 (a)工后均匀沉降量：铺轨工程完成后，一定区域范围内路基沉降量的相同 性及其分布。 (b)工后不均匀沉

2、降量：铺轨工程完成后，一定区域内不同测点路基沉降量 的差异大小及其分布。不均匀沉降量大小直接影响到列车运行中的舒适度指标和安全性指 标，尤其对于无砟轨道直接影响到其安全使用寿命。路基与桥台、路基 与隧道及路基及横向结构物过渡段、地层变化较大处和不同地基处理措 施连接处，是不均匀沉降容易产生的常见部位。 1.1.2台后沉降量：铺轨工程完成后，桥台台尾过渡段路基工后沉降量。 1.1.3差异沉降量：铺轨工程完成后，路基与桥(涵)、隧道等结构物间的沉 降变形量差。41.工后沉降的概念和演化过程我国高速铁路科技攻关研究表明：高速铁路高安全性、高舒适性要求轨道结构在列车荷载长期动力作用下保持高平顺性，这就

3、要求要严格控制路基、桥 涵和隧道工程的工后沉降和不均匀沉降。从概念上来看，差异沉降包含在不均匀沉降中，不均匀沉降、均匀沉降则包含在工后沉降中。线路设计、施工的目的就是要最大限度地减小工后沉降、消除不均匀沉降。从满足列车高速、安全、舒适度要求出发，控制线路的沉降满足规范要求是最终目标，追求差异沉降、不均匀沉降为零是线下工程的理想目标。51.工后沉降的概念和演化过程 1.2线下结构工后沉降变形量限值路基类别 一般路基 （有碴） 秦沈客运 专线京沪暂规2003 （有碴）京沪暂规2005 （有碴）“无碴轨道设计指南” 铁 建设函2005754号 工后沉降 300mm150mm 100mm50mm15m

4、m差异沉降 80mm50mm30mm5mm，且折角小于1不均匀沉降轨道线路满足竖曲线半 径 ra 0.4Ve 速度目标 120km/h 200km/h 300km/h350km/h350km/ha路基工后沉降量控制标准演化过程表1 不同速度目标值对应的路基工后沉降变形量限值工后沉降标准与设计速度、轨道类型、施工工期、轨道维修养护标准和维修周 期、工程投资大小等因素有关，同时也与地质勘察试验、沉降计算、沉降观测及工 后沉降预测的方法和精度密切相关，表1所列正是上述思想的反映。61.工后沉降的概念和演化过程 1.2线下结构工后沉降变形量限值 b桥梁墩台沉降控制标准演化过程表2 不同速度目标值、不同

5、轨道类型对应的桥梁墩台沉降变形量限值L50m预应力混凝土简支结构在无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于10mm； L 50m时，无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于L/5000，且不得大于20mm。轨道类型 桥梁规范 速度目标值 有砟轨道墩台无砟轨道墩台涵洞 均匀沉降量不均匀沉降量 均匀沉降量 不均匀沉降量160km/h80mm40mm100mm200km/h 50mm20mm京沪暂规2005 30mm10mm20mm5mm50(30)mm无砟轨道设计指南20mm5mm修正为15mm71.工后沉降的概念和演化过程1.2线下结构工后沉降变形量限值c隧道仰拱工后沉降变形量小于15mm;隧道与其他结构间

6、：差异沉降量不大于5mm，因沉降造成的折角不大于1;隧道断面收敛变形：满足衬砌混凝土收敛条件81.工后沉降的概念和演化过程1.2线下结构工后沉降变形量限值由于沉降控制的要求已完全超出了处理方法的计算精度，因此，从概念上讲，规定的工后沉降已不再是最初设计的预留值，是一个允许出现的误差值。工后沉降实际上是零沉降控制基础上的允许偏差。目前，基于地基勘察资料进行的沉降计算精度是不够精确的，不足以控制无碴轨道的工后沉降。为保证精度和有效的控制，应进行系统的观测与分析评估。92.评估理念2.1进行无碴轨道铺设条件分析、评估的意义无碴轨道系统以其少维修、免维修、耐久性强、生命周期长，在现代高速铁路中得到迅速

7、推广、运用，是现代高速铁路建设、发展的必然趋势；影响无碴轨道铺设及其耐久性和生命周期的关键条件之一是线路的沉降变形稳定性。除加强设计、施工过程控制工作外，加强无碴轨道线路沉降变形观测、预测，评估线路的沉降变形发展趋势，提出相应的改进措施，确保满足铺设无碴轨道的需要是目前无碴轨道建设过程中着力控制的关键工序。即沉降变形观测、分析、评估是无碴轨道铺设过程控制中的关键工序！102.评估理念2.2主要依据客运专线无碴轨道铁路设计指南（铁建设函2005754号）客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2006158号）客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设2006189号）部颁相关文件和会

8、议纪要。112.评估理念2.3无碴轨道铺设的基本条件条件允许值基本准则一般路基SR15 mm (膨胀性地基：隆起量不大于10 mm)路桥、路隧等过 渡段差异沉降量小于5mm，路桥、路隧折角小于1允许调整 准则沉降均匀，路基 长度大于20mSR30mm，调整轨面高程后的圆顺竖曲线半径大于 0.4Vmax2a路基表3 路基工后沉降变形量控制标准122.评估理念2.3无碴轨道铺设的基本条件墩台均匀沉降量不大于20mm，相邻墩台的沉降量差不大于5mm。涵洞工后沉降量应与路基一致。即不大于15mm。L50m预应力混凝土简支结构在无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于10mm；L 50m时，无碴轨道铺设后的徐

9、变上拱度不应大于L/5000，且不得大于20mm。b桥涵隧道基础工后沉降量不大于15mm，隧道与其他结构物间因差异变形造成的折角不大于1。c隧道132.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件单元划分原则：依据路基结构与桥梁、隧道、涵洞等的关系确定，分别分为基本 单元、组合单元和集成分析单元，如表4所示。d路堑、路堤、涵洞、桥梁、隧道、过渡段等单元划分单元等级单元工程名称满足的条件 基本单元路基（路堑、路堤）路堤、路堑、路堤路堑过渡段满足2.3-a所示条件 涵洞满足2.3-b-条件 桥梁满足2.3-b- 条件 隧道满足2.3-c条件 组合单元路基桥梁路基涵洞满足各自条件要求和过渡段要求 路基涵洞

10、路基隧道 路基桥梁隧道集成单元路基桥、涵隧道路 基满足各自基本条件要求和组合单元基本条件要求，满 足沿线不同单元及其接口要求表4 线路系统沉降单元划分142.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件e线路整体变形观测、分析在取得基本单元沉降变形观测成果的基础上，综合分析基本单元和组合单元的沉降变形量及其分布特征，沿线路纵向方向对各单元及其接口段的沉降变形进行系统分析评估，当各组合单元及其接口满足铺设无碴轨道的基本条件后，可进行铺设无碴轨道施工。若不同单元的沉降变形量过大或单元间的沉降变形不能满足限值要求，则应根据预案采取相应的优化措施，保证工后沉降变形量和差异沉降变形量满足设计要求。152.评估

11、理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件f沉降变形观测、评估的阶段划分其主要阶段包括：设计阶段；沉降变形测点布设和实施观测阶段；沉降变形数据采集、分析、评估阶段；沉降观测数据评估结果应用阶段。162.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件 设计阶段设计阶段进行控制断面沉降分析是实施观测工作的基础阶段，通过该 阶段的工作，可分别确定出测试工作的重点区域，为观测断面的设置和 元器件布设打下基础，为平行观测断面选择提供依据。根据工程地质勘 察资料和技术标准进行设计，其主要内容如表5。 表5 变形控制的基础设计阶段-控制断面变形分析工程结构沉降分析计算 路基(路堤、路 堑)针对所有控制断面及其相应的施工计划

12、进行不同阶段的沉降/隆起计算， 分析/验证是否符合铺设无碴轨道的要求，提出观测设计方案。 过渡段填筑考虑施工工序对沉降变形的影响(例如正梯形过渡段、倒梯形过渡段)，进 行计算分析，按过渡段特点制定观测设计方案。 桥梁桩基分析桩基与地基的相互作用，提出沉降计算分析报告。 桥梁、涵洞等 结构主要分析变形随时间发展的特性：弹性变形，徐变、收缩、荷载重分布引 起的变形以及延迟弹性变形（需区分地基与桥梁结构本身的变形） 隧道根据仰拱的沉降变形、隧道衬砌完成后的变形收敛特性，提出观测方案。172.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件沉降观测点布设和实施观测阶段根据设计要求，在施工阶段开展相应的观测区段、

13、不同观测断面沉降变形观测装置布设工作，并根据施工进度和气候条件变化情况，在观测期内进行变形观测，其实施标准、技术要求详见客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2006158号）（以下简称“评估指南”）和客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设200189号）（以下简称“测量暂规”）。182.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件沉降变形数据采集、分析、评估阶段沉降变形预测分析的目的根据沉降变形预测结果推断预计铺设无碴轨道的时间点。当预测结果不能满足需要时，确定应采取的技术对策。预计运营开始的时间点。对特殊工点，继续预测无碴轨道运营后可能的沉降变形趋势，确定相应的维修预案。192.

14、评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件沉降变形数据采集、分析、评估阶段沉降变形数据采集建立沉降变形数据库，统一归档管理沉降变形观测数据。数据观测单位依据“评估指南”和“测量暂规”的要求进行沉降变形数据观测，观测数据经监理签认后纳入数据库。评估单位依据“评估指南”要求和建设单位要求进行平行观测并将观测数据纳入数据库。202.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件沉降变形数据采集、分析、评估阶段分析、评估观测数据分析、评估单位依据“评估指南”技术要求，对入库的数据进行分析、 评估，并预测未来一定时间段相应的沉降变形量，并根据满足最终评估条件的观 测数据预测最终沉降变形量和工后沉降变形量。 提出实际

15、观测沉降变形曲线。 当沉降变形监测数据满足监测沉降变形量S(t)/计算最终沉降变形量S(end)大于 75%、监测数据回归曲线的相关系数大于0.92、且间隔不少于3个月的两次预测 最终沉降的差值不大于8mm时，认为沉降观测数据满足评估要求，沉降预测成 果可靠、可行，可给出预测沉降变形量。 当预测工后沉降变形量在设计工后沉降变形包络线内时，认为满足相关单元铺设 无碴轨道的基本条件要求。212.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件 沉降变形数据采集、分析、评估阶段 当预测工后沉降变形量高于设计工后沉降变形量包络线，但在工后沉降变形量限 值内时，认为无碴轨道相应评估单元满足铺设无碴轨道要求，例如，

16、路基的工后 变形量限值为15mm，若预测工后沉降变形量均在15mm限值以内，则认为满足铺设 无碴轨道的条件，如图1所示。根据“评估指南”，观测期内，路基、桥涵等结构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。图1 工后沉降变形量和设计控制包络线关系示意图222.评估理念 2.3无碴轨道铺设的基本条件 线路变形分析系统评估阶段沉降观测数据评估成果应用阶段桥梁、隧道等单元工程及其组合单元工程的沉降变形评估后进行沿线 路纵向的综合评估，对线下工程各结构物间的变形量大小、分布及变形协 调性进行系统评估。绘制沿线路纵向的沉降-距离曲线，并沿线路纵向 标示出不同的结构物及其相应的工后沉变形量，并与沉降设计控制线绘制 在同一图中，如图2所示