大西客運(yùn)專線路基沉降變形監(jiān)測(cè)分析

徐 杰

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

在高速鐵路線下工程各種構(gòu)筑物中，路基是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車載荷的基礎(chǔ)，也是線路工程中最薄弱最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)。路基沉降變形觀測(cè)對(duì)控制鐵路工程質(zhì)量，確保工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。需要對(duì)路基變形做系統(tǒng)的評(píng)估，以指導(dǎo)施工及確定無(wú)砟軌道施工和鋪軌時(shí)間。

結(jié)合大西客運(yùn)專線DK680+380斷面大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，在對(duì)路基沉降觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同的數(shù)學(xué)模型經(jīng)回歸分析，合理預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，為后期無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估提供了客觀真實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 路基工后沉降特征

設(shè)計(jì)的工后沉降量為S=S1+S2，S1為路基鋪軌后運(yùn)營(yíng)100年發(fā)生的沉降，采用曲線回歸方法獲得，S2為無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)層自重發(fā)生的沉降，可根據(jù)觀測(cè)資料反算獲取。

路基的工后沉降包括地基的沉降和路堤的沉降變形，兩者在外載荷的作用下隨時(shí)間發(fā)展，其變形規(guī)律理論上可以通過(guò)土體固結(jié)原理進(jìn)行數(shù)值分析來(lái)估算。由于固結(jié)理論的假定條件和土體在施工過(guò)程中產(chǎn)生擾動(dòng)和許多不確定因素的問題，使得利用路基沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析在某種意義上較理論計(jì)算更為重要。通過(guò)大量沉降觀測(cè)資料的積累，根據(jù)已取得的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行預(yù)測(cè)，可以找出路基沉降過(guò)程中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的變形趨勢(shì)。

2 基于不同數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的沉降結(jié)果

在路基施工填筑完成后，經(jīng)過(guò)3～6個(gè)月恒載或預(yù)壓，由實(shí)測(cè)的沉降觀測(cè)資料，通過(guò)擬合反演再預(yù)測(cè)路基沉降量與時(shí)間的關(guān)系。其中曲線回歸法是最成熟的方法之一，選取5種最常用的預(yù)測(cè)模型。

以大西客運(yùn)專線DK680+380斷面沉降板觀測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，該斷面采用CFG樁進(jìn)行地基加固，以滿足無(wú)砟軌道路基預(yù)測(cè)工后沉降量不超過(guò)15 mm的要求。從2010年12月1日開始填筑，到2010年12月12日填土結(jié)束，累計(jì)填土高度4.085 m，觀測(cè)數(shù)據(jù)截至2011年7月14日累計(jì)總沉降量為－4.77 mm，共觀測(cè)225天。沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)和填土高度－沉降－時(shí)間(H－t－S)曲線如表1和圖1。

運(yùn)用5種不同數(shù)學(xué)模型對(duì)DK680+380斷面實(shí)測(cè)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合后的各預(yù)測(cè)模型表達(dá)式如下。

雙曲線法:

三點(diǎn)法:

表1 斷面DK680+380沉降板觀測(cè)數(shù)據(jù)(截至2011年7月14日)

圖1 DK680+380斷面沉降板填土高度-時(shí)間-沉降(H-t-S)曲線

星野法:

泊松曲線法:

Asaoka法:

根據(jù)式(1)～式(5)，可得到不同預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)、工后沉降和最終沉降量，見表2，圖2為沉降擬合曲線。

表2 不同數(shù)學(xué)模型的沉降預(yù)測(cè)結(jié)果比較

圖2 基于不同數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的沉降變形趨勢(shì)

由表2、圖2分析結(jié)果可知，雙曲線法、三點(diǎn)法的預(yù)測(cè)趨勢(shì)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)比較接近，但三點(diǎn)法無(wú)法計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，不滿足《大西客專線下工程沉降變形觀測(cè)評(píng)估實(shí)施細(xì)則》相關(guān)系數(shù)≥0.92的要求;Asaoka法在開始觀測(cè)兩個(gè)月內(nèi)和沉降收斂階段也能較好的擬合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但是中間預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)存在一定差異;泊松曲線法在收斂階段與雙曲線法基本一致，前期擬合效果較差;星野法預(yù)測(cè)曲線與實(shí)際沉降數(shù)據(jù)偏差較大。雙曲線法在本觀測(cè)斷面預(yù)測(cè)趨勢(shì)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，且相關(guān)系數(shù)和工后沉降量均滿足要求。

3 結(jié)論

以大西客專DK680+380路基斷面為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及預(yù)測(cè)的后期沉降量的結(jié)果對(duì)比可以看出，不同方法推算的沉降量各有差異，雙曲線模型是最適合本斷面的方法。需要注意的是，對(duì)于不同類型的斷面，需要根據(jù)觀測(cè)條件、巖土地質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)變性規(guī)律等因素，采取多種方案進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)比，以確定最合理的預(yù)測(cè)未來(lái)沉降變形趨勢(shì)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)最終沉降量的預(yù)測(cè)，可以系統(tǒng)評(píng)估線下工程工后沉降量，杜絕因工后沉降過(guò)大對(duì)運(yùn)營(yíng)安全造成的危害。

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