沉降观测与评估技术简介

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1、机械工业勘察设计研究院沉降观测与评估技术简介张继文机械工业勘察设计研究院主要内容: 前言 评估工作如何开展 评估工作依据 评估工作内容 工作分工与职责 变形观测及评估工作程序 资料传递程序 路基工程沉降评估 过渡段沉降评估 桥涵工程沉降评估 隧道工程沉降评估 综合评估 相关经验介绍机械工业勘察设计研究院一、前言 随着我国铁路客运专线建设序幕的拉开，尤其是 无碴轨道技术在客运专线铁路的大规模应用，对 变形控制提出了更高的要求。路基、桥隧的沉降 控制作为铁路客运专线建设中的难点和关键受到 各方的高度关注。 从轨道类型来看，有碴轨道路基重视工后沉降和 台后沉降问题及其应用，无碴轨道路基则重视工 后沉

2、降、不均匀沉降和差异沉降问题。 机械工业勘察设计研究院 （1）工后沉降 工后沉降是指在铺轨工程完成以后，基础 设施产生的沉降量。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手段和精度 、沉降计算的方法和精度、沉降观测的方 法和精度、工后沉降预测的方法和精度密 切相关。机械工业勘察设计研究院 （2）不均匀沉降 不均匀沉降是指铺轨工程完成后，一定区域范围内不 同测点路基沉降量的差异大小。 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，尤其对于无碴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

3、基与横向 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。 （3）差异沉降 差异沉降是指铺轨工程完成后，路基与桥台、隧道等 结构物间的沉降变形量差。机械工业勘察设计研究院 由于各种理论计算方法本身的局限性及工 程地质条件的复杂性，地基沉降完全依靠 理论计算有时是不可能的或不准确的，因 此根据前期实测沉降来预测后期沉降直至 最终沉降具有重要意义。著名的土力学家 Lambe在第十三次Rankine讲座中指出“预 测几乎在人类生活的各个方面一直扮演着 重要的角色”，“预测是土木工程中关键的 一环”。机械工业勘察设计研究院 在岩土工程、工程地质等研究领域中，由 于

4、岩(土)体的材料性质等在空间分布上存在巨大差异，使预测变得更为重要，同时也使精确预测变得更为困难。因而地基或地面沉降的计算和预测一直是岩土工程、工程地质等领域中最为重要的研究课题之一。 机械工业勘察设计研究院 国内外预估地基沉降的两大思路： 一是通过对路基的土样做试验来获取路基土 的参数，根据固结理论，结合各种土的本构 模型，计算路基最终沉降量，如考虑非线性 弹性模型及弹塑性模型的有限元法及大变形 固结有限元法等； 二是通过对实测的沉降数据进行处理，以获 得沉降规律，从而预测沉降量。机械工业勘察设计研究院 第二种方法属于经验方法，即采用与沉降 观测曲线相似的曲线进行配合，然后外延 求出最终沉降

5、量。常用的有双曲线法、三 点法、指数曲线法、抛物线法、Asaoka法 、泊松曲线法、星野法和修正双曲线法。 机械工业勘察设计研究院 沉降评估工作在建设单位的统一组织下，由咨询、 设计、监理、施工、平行观测等单位分工负责，共 同完成。 轨道铺设条件的评估结果基于真实、可靠的观测数 据，线下工程施工前，对观测人员进行技术指导和 培训，统一全线沉降变形观测数据的统计整理形式 ，观测资料经监理单位确认后提交给建设单位和沉 降评估单位。建设单位及时组织进行评估，并将阶 段评估成果提交相关勘察设计、施工、监理等单位 。评估工作完成后，提交轨道铺设评估报告， 并负责判定线下基础的沉降变形能否满足轨道铺设 条

6、件。 二、沉降评估如何开展机械工业勘察设计研究院 平行观测按照“换手测量”的方式，利用各标段 工区施工单位的仪器和配合人员，与施工单位同 步开展路基沉降变形观测及基准网复测的平行观 测工作。要求观测点相对固定并独立提交观测数 据报表，参与轨道铺设条件的评估工作，对施工 单位的沉降观测起到督促指导和检查作用。 应对施工单位的沉降变形观测全过程进行旁站 和平行观测，并将路基和过渡段作为监测的重点 。 机械工业勘察设计研究院 平行观测单位主要负责以下内容： 1与施工、监理单位密切配合，对沉降变形进行平 行观测，并将路基作为监测的重点。 2平行观测的数量，一般地段应不少于总观测断面 的30。对于地质复

7、杂、沉降变化大以及过渡段等区 段，平行观测的数量不应少于50。平行观测的断面 和观测点要固定，并进行全过程观测。 3完成平行观测实施方案，报建设单位批准后实施 。 4对平行观测数据的真实、可靠性负责，并建立观 测和评估数据库。 5负责提交平行观测数据、图表及分析报告。机械工业勘察设计研究院 1、路基 路基施工至设计标高(有预压土方时至预 压土方的顶面)后，先持续观测不少于6个月 时间后，根据这6个月的观测数据，绘制“时 间一填土高度一沉降量”曲线，按实测沉降 推算法或沉降的反演分析法，分析并推算总 沉降量、工后沉降值，并初步分析推算最终 沉降完成时间，确定铺轨时间。 具体的说评估如何来做 ：机

8、械工业勘察设计研究院 在铺轨前应由建设、咨询、设计、施工和监理单位参 加的路基评估小组对路基工后沉降进行评定。根据分 析结果，结合工期要求，验证、调整设计措施使地基 处理达到预定的变形控制要求。 当评估结果表明沉降还不能满足要求时，则研究 确定是延后路基铺轨时间继续观测，还是采取(或调 整)地基加固措施(如调整预压土高度、确定预压土卸 荷时间、调整或增加地基加固措施等)，即进行“观 测一评估一调整”循环，直至工期要求的时间止，并 满足铺设要求。机械工业勘察设计研究院2、隧道、桥涵 对于隧道、桥涵，沉降稳定也是一个模糊概 念，目前尚未有具体的判别标准。从沉降与时间的 关系曲线上，可以认为曲线趋于

9、平缓时，沉降趋于 稳定，但怎样为平缓，判定时带有较大的人为性。 从工后沉降控制方面来看，只要工后沉降满足要求 ，即可以认为沉降稳定。 总而言之，评估关键还是对沉降趋势的预测。机械工业勘察设计研究院 由于无碴轨道铺设后的几何形变只能通过 扣件来进行调整，而扣件的调整量是有限的，因 此，对无碴轨道铺设后路基的工后沉降提出了“ 一般应不大于15 mm”的严格要求。路基工后沉 降的预测，己成为判断无碴轨道铺设时机的关键 技术。 目前路基的工后沉降还没有一种可靠的理论 方法来进行计算，只能通过对无碴轨道铺设前路 基沉降过程的观测，通过对观测数据进行回归分 析，找出沉降曲线（经验公式）后，才能对无碴 轨道

10、铺设后路基工后沉降进行预测和评估。 机械工业勘察设计研究院三、变形评估的主要工作依据 无碴轨道铺设条件评估的主要工作依据如下： 1客运专线无碴轨道铺设条件评估技术指南（ 铁建2006158号）； 2客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定 （铁建设2006189号）； 3全球定位系统(GPS)铁路测量规程(TBl0054 -97)； 4国家一、二等水准测量规范(GBl2897 2006)； 5新建铁路工程测量规范(TBl010199)； 6.工程测量规范（GB500262007）机械工业勘察设计研究院四、评估的主要工作内容 1沉降观测基准网的布设、测量及成果处理，形成稳 固可靠的沉降观测基准网

11、； 2制定基础工程沉降观测指导方案； 3完成基础工程沉降观测施工图设计及审核； 4现场布设观测点及观测断面，埋设观测元器件； 5现场沉降观测； 6梁体变形观测； 7平行观测； 8观测数据的处理、审核、汇总； 9变形图表的绘制、分析及沉降变形趋势预测； 10轨道铺设条件评估和相应工程措施建议。机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责建设单位 建设单位主要负责以下内容： 1组织协调工作，检查、监督、协调、处理观测及评估工作中的有关问题。 2组建轨道铺设条件评估组织机构。 3对各单位工作情况进行考核。 4对观测及评估人员进行培训。机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责咨询单位 咨询单位主要负责以下

12、内容： 1制定基础工程沉降观测及评估的指导方案。 2审核设计单位报送的基础工程沉降观测施工图（实施性 设计）。 3负责对变形观测及评估工作进行技术指导。 4巡察现场观测工作。 5牵头组建无碴轨道铺设技术条件评估组并组织阶段性评 估工作。评估组由建设、咨询、设计、施工、平行观测、 监理等单位的专家组成。评估组对设计单位提交的无碴轨 道铺设条件分析报告进行评估，必要时外聘有关专家进行 研讨，决定是否铺设无碴轨道。 6根据评估组的意见，编制无碴轨道铺设条件评估报告。机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责设计单位 设计单位主要负责以下内容： 1完成基础工程沉降及梁体徐变变形观测施工图设计； 2提出沉

13、降观测基准网的建立方案和标准； 3进行设计技术交底； 4负责现场配合指导施工单位的沉降及梁体变形观测工作； 解决沉降及梁体变形观测过程中出现的技术问题； 5负责提交无碴轨道铺设条件评估需要的相关设计资料，主 要包括线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸 和说明书；沉降变形计算报告（包括不同阶段的设计沉降值 与时间的关系曲线）等。 6对基础工程沉降及梁体变形观测资料进行分析和趋势预测 ，根据分析和预测结果对设计进行实时修正，提出相应的工 程措施，及时提出无碴轨道铺设条件分析报告。机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责施工单位 施工单位主要负责以下内容：1负责线下工程变形的观测。 2变形

14、监测网的建立。 3根据建设、勘察设计等单位和客运专线无碴轨道铺设 条件评估技术指南（铁建2006158号）的相关要求，设 置变形观测点，进行观测。根据观测数据，绘制沉降曲线 ，并及时提交观测数据及沉降变形观测有关图表。 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。 5负责观测设施的保护，确保施工过程中不受扰动或破坏 。机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责平行单位 平行观测单位主要负责以下内容： 1与施工、监理单位密切配合，对沉降变形进行平 行观测，并将路基作为监测的重点。 2平行观测的数量，一般地段应不少于总观测断面 的30。对于地质复杂、沉降变化大以及过渡段等 区段，平

15、行观测的数量不应少于50。平行观测的 断面和观测点要固定，并进行全过程观测。 3完成平行观测实施方案，报咨询单位审核，建设 单位批准后实施。 4对平行观测数据的真实、可靠性负责，并建立观 测和评估数据库。 5负责提交平行观测数据、图表及分析报告。 机械工业勘察设计研究院五、工作分工与职责监理单位 监理单位主要负责以下内容： 1对重要环节进行旁站监理。 2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。 3对施工单位、平行观测单位的观测数据及时签字确认。机械工业勘察设计研究院六、沉降变形观测及评估工作程序 建设单位制定管理办法，建立管理机构； 咨询单位制定基础工程沉降观测及评估的指导方案； 设计单位提出沉降观测基准网的建立方案和标准，完成基础 工程沉降观测实施性设计； 平行观测单位完成平行观测实施方案； 设计单位进行设计技术交底； 施工单位建立变形监测网； 施工单位现场布设观测断面，埋设观测元器件； 施工单位进行现场沉降变形观测；平行观测单位进行现场沉 降变形平行观测；监理单位进行旁站监理，过程中对观测数 据签字