我的--高铁路基沉降观测方案

1、引言自1825年世界上第一条铁路诞生以来，世界各国重视铁路研究工作的专家、学者，始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。在我国铁路“十五计划”编制中已明确指出，要加强快速客运专线的建设，逐步建成以北京、上海、广州为中心，连接各省会城市和其它大型城市间铁路快速客运系统。高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺，因此需要轨下基础有较高的稳定性和较小的永久变形，以确保列车高速、安全、平稳运行。从德、法、日三国针对我国高速铁路设计咨询结果来看

2、，德、法强调控制路基的不均匀沉降，其追求沉降的目标是不均匀沉降为零。工后沉降的指标相对而言较为严格，如何确保路基沉降变形满足质量标准要求成为路基工程的重点课题。我国从很早开始对高速铁路基础关键技术进行了一系列的研究，在借鉴国外高速铁路大量理论、试验和建设实践的基础上，相继制定了相关设计暂行规定和设计指南，初步形成了具有中国特色的高速铁路技术体系，建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日，国务院批准了铁路中长期发展规划，从此拉开了高速铁路建设的序幕。本设计是根据铁道部建设司2006年4月10日下发的关于尽快开展无碴轨道铺设条件评估技术指南编写工作的通知1的要求和客运专线无碴轨道铁路工程测量

3、技术暂行规定2中对线下构筑物的变形测量提出的相关规定，借鉴国外高速铁路无碴轨道铺设条件的相关评估技术要求，进行编制的。1 哈大客运专线四平段概述1.1 工程概况哈大铁路客运专线被列为我国“十一五”期间东北地区铁路建设重点工程，是我国中长期铁路网规划“四纵四横”客运专线网中“北京沈阳哈尔滨（大连）”客运专线的重要组成部分，全长约900公里。中铁十九局集团哈大客运专线管段位于吉林省四平市境内，为新建铁路哈尔滨至大连客运专线站前土建工程标DK579+140DK602+407.3段工程，线路全长23.2667km，其中桥梁长13.77807km，占59.22%，路基长9.48923 km，占40.78

4、%。工程投资6.86亿元。路堤结构形式为级配碎石，中粗砂、AB组填料、改良土，地基采用CFG桩或水泥搅拌桩进行处理。沉降和变形观测里程起始于DK579+140，终止于DK602+407.3，其中包括八棵树大桥、三叉河大桥、英城大桥、龙王庙大桥等10座大桥，DK597+224、DK597+713、DK598+250等10个涵洞和靠山屯八棵树路基、八棵树三岔河路基等10段路基。1.2 作业区自然状况1.2.1 地形、地貌本区段可分为三大地貌单元，即起点到DK579+333为属低山缓丘区，地势起伏较大，地势总体北高南低，北部有一陡坎，高差约13m；向北为微丘状剥蚀平原区。该段地势上形成中部高南北低，

5、东西向较为平坦，地形纵向起伏较大；DK600+400DK602+407.3位于苏台河一、二级阶地，地势平坦、开阔，相对高差012.14m。1.2.2 工程地质及水文地质概况1）工程地质概况本区段地层主要为第四系全新统冲积、残积粉质黏土层，厚115m，坚硬-硬塑，局部软塑。中更新统黏质黄土厚120m，硬塑，粉质黏土呈层状分布于黏质黄土层下部，厚度26m。底部为白垩系泥岩，风化层厚1030m。部分地段见第三系富峰山期玄武岩、石灰系大理岩。沿线存在季节性冻害问题，白垩系泥岩及泥岩夹砂岩，抗风化能力差、强度低、易崩解、属极软岩，具膨胀性。沿线露出的第四系中更新统黏质黄土、全新统残积粉质黏土都含有亲水性

6、黏土矿物，具有弱-中等膨胀性。2）水文地质概况沿线地下水主要为第四系松散堆积层孔隙潜水，其补给来源主要为大气降水、河水、人工地表水垂直入渗。第四系孔隙潜水广泛分布于河流漫滩及阶地的砂砾石层中，漫滩及一级阶地地下水位较浅，一般为110m ，二级阶地为520m；黄土台地地下水位差异较大，孔隙水附存于黏质黄土及砂砾石透镜体中，埋深320m ，局部可达30m以上。基岩裂隙水主要分布于剥蚀微丘地带，该地区岩层的构造裂隙及风化裂隙发育，为地下水的储存创造了条件，地下水主要受大气降水补给，一般埋藏深度大于10m，随季节变化明显，年水位变化幅度为25m。沿线部分地段地表水和地下水对混凝土结构具有侵蚀性，以硫酸

7、侵蚀、二氧化碳侵蚀为主，环境作用等级一般为H1。1.2.3 气象特征本区段属于中温带亚湿润气候区，年平均气压995.9mb；年平均气温6.7，极端最高气温37.3，极端最低气温-34.6；年平均绝对湿度9.0mb，日最大绝对湿度34.5mb，日最小绝对湿度3mb；年平均降水量632.7mm，年最大降水量778.3mm，年最小降水量448.1mm，年平均蒸发量1226.0mm，年最大蒸发量1392.0mm，平均风速2.8m/s（主导风向SW），最大定时风速20m/s（主导风向SW），年最大积雪深度22cm；最大冻结深度148cm。1.2.4 地震动参数据中华人民共和国国家标准GB18306-20

8、01中国地震动参数区划图的划分、铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）的有关规定，结合本段工程地质与水文地质条件及工程设置的实际情况，本区段地震动峰值加速度值采用0.05g，相当于地震基本烈度六度，地震动反应谱特征周期采用0.35s。1.2.5 地层岩性及地质构造1）地层岩性本区段自上而下地层为第四系全新统残积粉质黏土、白垩系下统泥岩夹砂岩。工程地质特性描述如下：第四系全新统：粉质黏土（Q4el），呈层状分布于地表，浅灰色灰黄色，硬塑为主，级普通土o=150KPa。白垩系下统：泥岩夹砂岩（K1Ms+Ss），泥岩为主，夹有薄层砂岩。泥岩紫红色，含少量砂砾，泥质结构，层理构造，可见结核，

9、成岩较差，风化产物为土状。砂岩以灰色、紫红色为主，钙质胶结，成岩较差，风化产物为砂状，岩层走向NE，倾向WN，倾角小于5，o=200400KPa。泥岩具弱膨胀性。2）地质构造本区段构造单元属黑褶皱系，位于新华夏系第二隆起带（张广岭隆起带）西缘与第二沉降带东部（松辽平原）两个一级构造单元的衔接复合部位，第三纪以来以下沉坳陷为主，但不同地区的沉降幅度具有明显的差异。1.3 国内外高速铁路发展现状自1925年世界上第一条铁路诞生以来，世界各国重视铁路研究工作的专家、学者始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。高速铁路的实际应用发源于日本，自1964年日本建成第一条高速铁路后，铁路焕发了新的生机，进入

10、二十世纪90年代，世界上掀起了高速铁路建设热潮，日本、法国、德国、意大利、西班牙等多个国家相继发展了高速铁路。1964年10月1日，日本东海道新干线正式开通营业，全长515公里，高速列车运行速度达到210公里1小时。这条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路，代表了当时世界第一流的铁路高速技术水平，并标志着世界高速铁路由试验阶段跨入了商业运营阶段。第一条高速铁路的问世，使一度被人们认为“夕阳产业”的铁路，出现了生机，显示出强大生命力，预示着“铁路第二个大时代”的来临。高速铁路发展是长期努力的结果，高速铁路技术不是一项过时和停滞的技术，而是在不断发展和创新。高速铁路集中反映了当代新型牵引动力、

11、高性能轻型车辆、高质量线路、高速运行指标、高速运输组织和经营管理方面的技术进步，代表了铁路技术的最高成就，是当代技术进步的结晶。我国在国民经济和社会发展“九五”规划和2010年远景目标纲要中，给出了中国高速铁路发展战略：坚持高起点、高标准，坚持可持续发展，坚持广泛吸收引进国际先进成熟技术与自主研发、创新相结合，博采众长，系统集成，走跨越式发展道路，形成具有中国特色的高速铁路技术体系，建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日，国务院批准了铁路中长期发展规划，从此拉开了高速铁路建设的序幕。1.4 沉降和变形观测的目的客运专线无碴轨道对路基的工后沉降要求严格、标准高，设计中对土质路基基础和过渡

12、段形式等均进行了沉降变形计算，采取了相应的设计措施。而影响沉降计算的因素较多，沉降计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降。施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降观测数据系统综合分析评估，验证或调整设计措施，使路基达到规定的变形控制要求。分析、推算出最终沉降量和工后沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保客运专线无碴轨道结构铺设质量。2 沉降观测的内容及要求2.1 沉降观测的内容2.1.1 路基1）路堤：根据不同的路基高度和地基条件，路基沉降观测的主要内容有：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测；路基两侧坡脚的沉降观测。2）路堑：根据不同的路基高度和地基条

13、件，路基沉降观测的主要内容有：路基面的沉降观测；路基基底沉降观测；路基两侧路肩的沉降观测。2.1.2 过渡段根据过渡段的设计形式，沉降观测的主要内容有：路桥过渡段沉降观测；路堤与涵洞过渡段沉降观测；路堤与路堑过渡段沉降观测。2.2 沉降观测的控制要求高速铁路路基作为无碴轨道结构的基础，对路基的沉降变形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范围之内。工后沉降指的是路基上部关键部位竣工验收后整个构筑物体系所产生的沉降量，是路基沉降的主要控制对象。我国拟建的高速铁路无碴轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后扣件可调整的总沉降量，20m结构长度范围内的不均匀沉降、路基与

14、桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，见表2-1。表2-1 高速铁路无碴轨道路基工后沉降控制标准Tab.2-1 High-speed railway track settlement after ballast control standards一般情况允许工后沉降均匀地基长20m允许工后沉降不均匀沉降差异沉降错台折角15mm30mm20mm/20m5mm1/1000无碴轨道的工后沉降控制值，应从满足扣件可调整量、线路舒适运营、上部结构允许变形以及工程的长期稳定性综合考虑确定，以满足无碴轨道结构形式的要求。根据德国铁路技术规范规定，对于调

15、高量为30mm的扣件，在施工中允许调高+6mm和-4mm，那么只剩20mm可以调整，再考虑运营期轨道结构变形要留有5mm的余量，实际上可以用于路基沉降调整的仅有15mm，路基的沉降不大于15mm才能保证设计的轨道高程，这可是局部调整的极限。对于20m范围内路基的均匀沉降，德国规范的规定可以到20mm，对于更大范围的情况，规定为扣件可调整范围的2倍，即30mm。由于在不同结构物的连接处的差异沉降有时是不可避免的，在轨道结构中采用特殊的过渡措施可以承受5mm的差异沉降，因此规定工后的差异沉降小于5mm。对于路桥、路涵等过渡段沉降造成的折角，日本新干线板式轨道线路规定不大于1/1000，德国无碴轨道

16、技术标准规定不大于1/500，我国首次在路基上铺设无碴轨道，对铺轨工程完成后由于过渡段沉降而造成的折角，采用不大于1/1000来控制。3 观测点布置3.1 路堤和路堑观测断面和观测点的布置原则3.1.1 路堤一般情况下沿线路方向间隔不大于50m布设一个观测断面，地基条件复杂、地形起伏大应适当加密，25m布设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一个单元）应不少于2个观测断面。堆载预压时每个路堤观测断面应布设一组组合式沉降板，即在线路中心线布设一组（每组包括观测内容中要求的深度上的不同部位），路基两侧路肩布设变形观测桩，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处。对地形横向坡度大或地

17、层横向厚度变化的路基工点应布设不少于1个横向观测断面，每个断面3组观测点，路堤堆载预压断面图见附录C图1。无堆载预压的段落，两侧路肩各设变形观测桩1个，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处，路堤无堆载预压断面图见附录C图2。3.1.2 路堑一般情况下沿线路方向每50m布设一个观测断面，地基条件复杂、地形起伏大（以设计文件为准）应适当加密，25m布设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。无堆载预压的段落，每个路堑断面在两侧路肩各设观测桩1个，路堑无堆载预压断面图见附录C图3。采取堆载预压的段落，每个路堑断面在线路中心设沉降板一组，两侧路肩各设观测桩

18、1个，路堑堆载预压断面图见附录C图4。3.2 路堤和桥梁、涵洞过渡段观测断面和观测点的布置原则3.2.1 路桥过渡段1）于路肩两侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，路基两侧坡脚外1m各埋设水平位移观测桩一处，其埋设应能牢固可靠。2）每个路桥过渡段设置3个观测断面，分别设置于与桥台连接处、距离桥台510m、2030m处。3）每个路基观测断面应布设一组组合式沉降板，即在线路中心线布设一组（每组包括观测内容中要求的深度上的不同部位）。路堤与桥梁过渡段沉降观测断面图见附录C图5。路堑与桥梁过渡段沉降观测断面图见附录C图6。3.2.2 路涵过渡段1）每个路基观测断面应布设一组组合式沉降板，于路肩两

19、侧各设置一处观测桩，观测桩露出地表或基床，其埋设应能牢固可靠。2）每个路涵过渡段路基设置6个观测断面，分别设置于涵洞与路基交界处、距离涵洞510m处，距离涵洞1020m处。路堤与涵洞过渡段沉降观测断面图见附录C图7。路堑与涵洞过渡段沉降观测断面图见附录C图8。3.2.3 路堤与路堑过渡段路堤与路堑过渡段分别在距离填挖分界点510m处设置路堤、路堑观测断面各一处。4 沉降变形观测网的建立4.1 沉降变形观测网的基本要求沉降观测测量按客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南、客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定的要求执行。垂直位移观测网采用二等水准测量精度要求建立。建立沉降观测网，布设水准基点和工

20、作基点。水平位移观测网采用独立坐标系统按观测精度要求建立；高程应用施工高程控制网系统并与施工高程控制网联测。全线二等水准测量贯通后，将垂直位移观测网与二等水准点联测，统一归化为二等水准基点上（85黄海高程基准）。4.2 沉降变形观测网的建立方式沉降观测网（高程控制网）由水准基点和工作基点组成。沉降观测网的建立方式是在全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点及一般水准点的基础上，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来满足工点垂直位移监测的需要。高程基准网点间距一般不宜大于200m，以便于对沿线路基进行沉降观测。在沉降观测水准网建立后，应对水准基点做好保护工作，

21、发现丢桩或桩位有移动现象，应尽快恢复和补测桩点。水平位移观测网（平面控制网）采用独立坐标系统按观测精度要求建立（平面控制点与高程控制点为同一点），利用GPS全球定位系统观测，按照国家三等平面控制的精度要求和施测方法观测。4.3 水准基点与工作基点的布设与观测4.3.1 水准基点的布设水准基点采用铁路设计院提供的41个等水准点。这些水准基点是铁路设计院在规划设计阶段测的高等级点，其平面坐标按照国家二等平面控制的精度要求和施测方法观测，高程按照国家二等水准测量的精度要求和施测方法观测，点位精度高，保存完好。4.3.2 工作基点的布设工作基点应选在比较稳定的位置。位置适宜的水准基点也可作为工作基点使

22、用，工作基点距线路中心50m100m，沿线路方向间距不宜大于200m。工作基点布设在不受施工干扰的稳定土层内，便于长期保存和使用的地点，对观测条件较好或观测项目较少的工程，不设立工作基点，在水准基点上直接测量变形观测点。工作基点采用混凝土预制桩（预制时插入28mm长60cm顶端圆滑的钢筋），桩周上部30cm用混凝土浇注固定并编号，埋深不得小于2.0m（本管段冻土层厚度1.6m），并应采取防护措施加以保护。4.3.3 沉降变形观测网的观测水准基点和工作基点组成了沉降变形观测网。把水准基点作为已知点，工作基点为未知点组成GPS平面控制网，按照国家三等平面控制（GPS C级网）的精度要求和施测方法观

23、测工作基点的平面坐标；同样，把水准基点作为已知点，工作基点为未知点组成高程控制网，按照国家二等水准测量的精度要求和施测方法观测工作基点的高程值。沉降变形观测过程中，工作基点应定期与水准基点进行校核。当对沉降观测成果发生怀疑时，应随时进行复测校核。哈大客运专线四平段TJ-3范围内的水准基点采用41个等水准点，工作基点（加密点）有62个。4.4 沉降观测网的主要技术要求垂直位移监测网应布设成闭合环状、结点或附合水准路线等形式。水平位移观测网控制点宜采用强制归心装置的观测墩；照准标志应采用强制对中装置的觇牌或红外测距反射片。沉降观测精度要求见表4-13，沉降变形观测网主要技术要求见表4-24，水平位

24、移监测网主要技术要求见表4-34。表4-1 沉降观测精度Tab.4-1 Settlement observation accuracy垂直位移测量变形观测点的高程中误差/mm0.5相邻变形观测点的高程中误差/mm0.3表4-2 沉降变形观测网的主要技术要求 Tab.4-2 Requirements of the settlement observation network 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监测已测高差较差/mm使用仪器、观测方法和要求二等0.50.130.30.5DS05型仪器，按暂行规定一等水准测量的技术要求施测 表4-3 水

25、平位移监测网的主要技术要求Tab.4-3 Requirements of the horizontal displacement monitoring network相邻基准点的点位中误差（mm）平均边长（m）测角中误差（）最弱边相对中误差作业要求6.03501.81/70000按照国家三等平面控制要求观测3502.51/400005 沉降观测方案设计5.1 路基沉降观测5.1.1 观测断面及观测点的设置原则 1）路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。沉降变形观测断面应根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置；测点的设置位置应满足设计要求，同时还应针对施工掌握的地质地形等情况调

26、整或增设。 2）观测点应设在同一横断面上，这样有利于观测点的看护，便于集中观测，统一观测频率，更重要的是便于各观测数据的综合分析。 3）路基面观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m；地势平坦、地基条件均匀良好的路堑、高度小5m的路堤可放宽到100m；地形条件变化较大地段应适当加密观测断面。 4）一般路基填筑至路基基床表层顶面，加堆载预压的路堤填筑至基床底层表面后，在路基面设观测桩，进行路基面沉降观测，观测时间不少于6个月。根据观测结果，分析评价地基的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使地基处理达到预定的控制要求。 5）测点及观测元器件的埋设位置应符合设计要求，且标设准确、埋设稳定。观测期间

27、应对观测点采取有效的保护措施，防止施工机械的碰撞，人为因素的破坏，务必使观测工作能善始善终，取得满意成果。5.1.2 观测断面及点的设置、元件布设观测断面的设置及观测断面的观测内容、元件的布设应根据地形、地质条件、地基压缩层厚度、路堤高度、地基处理方法、堆载预压等具体情况，结合沉降观测方法和工期要求具体确定。每个工点观测断面及观测点的数量，埋设观测元件的种类、数量，根据设计要求和设计原则由设计、施工、监理方在现场核查确定。5.1.3 沉降观测元件的选取、埋设1）观测元件的选取观测元件应满足工后沉降的评估需要及精度要求。路基面采用观测桩观测，地基面采用沉降板相结合进行观测。2）观测元件的埋设观测

28、元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后，路基填筑施工前埋设。图5-1 路基面沉降观测桩参考图（单位：mm）Fig.5-1 Subgrade settlement observation pile reference surface (unit: mm)沉降观测桩采用 100mm100mm1100mm规格的C15混凝土预制桩，埋入钢筋原长不小于40cm，直径不小于20mm，底部做成带弯钩状，露出混凝土面5mm打磨成半球状表面作好防锈处理。一般路基填筑至基床表层顶面，加载预压路堤填筑到基床底层顶面后，挖坑埋置于设计位置，采用砂浆浇筑固定。路基面观测桩一般设在距左右线路中心3.2m基床底层顶面，埋

29、设规格见图5-1，采用水准仪按国家二等水准测量方法测量沉降监测桩标高变化；路堤地段位移桩埋设于堤脚外1m处，用全站仪测量位移桩水平位移变化。沉降板沉降板由底钢板（50cm50cm，厚1cm）、金属测杆（40mm厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成。 沉降板埋设位置应按设计测量确定，沉降板埋在褥垫层顶部并嵌入其内10cm，采用中粗砂回填密实，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保护套管，完成沉降板的埋设工作。采用水准仪按国家二等水准测量方法测量埋设就位的沉降板测量杆顶标高作为初始读数，随着路基填筑施工逐

30、渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以1m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。5.1.4 监测方法及要求1）观测频次要求所有元件埋设后，必须测试初始读数，在路堤正式填筑前，必须对所有元件进行复测，作为正式初始读数。路基施工各阶段沉降观测频次见表5-1要求。表5-1 路基沉降观测频次Tab.5-1 Frequency of settlement observation to the road观测阶段观测频次填筑或堆载一般1次/天沉降量突变23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/

31、10天3个月以后1次/2周6个月以后1次/月冬季：冻结期与冻融期观测频次比平常期增加一倍无碴轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月312个月1次/3月测试过程中发现异常情况时，必须及时查明原因，尽快妥善处理。2）观测方法及测量精度要求所有标高水准测量应满足二等变形等级测量技术要求，测量精度：1mm，读数取位至0.1mm。3）元件保护要求根据沉降变形观测监测组的工作安排，各小组成员按分工在管区内进行元器件的埋设、观测和保护工作。元件埋设前应根据现场情况以及元件自身编号作好记录。所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋或经设计、监理确认采取其它替代措施。沉降板埋设后，制作相应的标示旗

32、或保护架插在上方，凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压，不得采用大型机械推土及碾压，并配备专人负责指导，以确保沉降板不受损坏。各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏。5.2 过渡段沉降观测1）过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，沉降观测期与路基相同，不少于6个月。2）分别在路桥、路涵过渡段的结构物起点、距结构物起点510m处、2030m处、50m处各设一个观测断面。剖面沉降沿线路斜向对角线连续布置沉降管，并在沉降管口设置沉降观测桩。3）路堤和路堑过渡段在分界处设路基面观测断面，每观测断面设3个观测桩。4）沉降观测水准的测量精

33、度不低于1mm，读数取位至0.1mm。5）沉降观测的频次按路基沉降观测频次进行。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。5.3 作业方法与技术要求5.3.1 使用仪器依据水准测量规范和本单位实际情况，本次水准测量外业观测采用瑞士生产的莱卡DNA03型电子水准仪及配套一对因瓦条形码水准尺进行测量。仪器标称精度为每公里观测高差中误差0.3mm。仪器使用前须经仪器检定部门鉴定合格。作业前须对水准仪和水准尺进行检校，作业前、后及作业过程中须定期进行水准仪视准轴与水准管轴平行性检验（即i角检验），要求对于二等水准i15。5.3.2 人员组织为提高质量，要求每个观测小组每组至少4人，其中组长、副组长各1

34、人，负责主测和内业处理，其余人员负责立尺和跑点选线。此外，技术负责人1人，主要负责总体技术方案确定，外业观测路线选定，观测成果质量检查以及各作业组每日观测工作量和内容安排、安全等工作。5.3.3 技术要求沉降观测采用二等水准测量，观测精度不低于1mm，读数取位至0.1mm，其主要技术指标见表5-24。表5-2 二等水准测量主要技术指标Tab.5-2 Requirements of the second-class leveling 等级仪器视线长度/m视线高度（下丝读数）/m前后视距差/m前后视距累计差/m基、辅面读数较差/m基、辅高差较差/m往返较差、附合或环线闭合差/m二等、500.31.

35、03.00.50.71或4注：L为水准路线长度，单位为km；n为测站数。5.3.4 作业方法1）一般要求所使用的仪器和设备应进行定期检查并作出详细记录；每次测量采用同一仪器，固定观测人员，采用相同的观测路线和观测方法，在基本相同的环境和观测条件下工作。各种原始测量记录应真实、可靠，并有可追溯性；计算成果和图表清晰、签署齐全，并妥善保存。2）观测方法二等水准测量采用单路线往返观测，且测站数为偶数，水准测量观测程序是：往测观测顺序是：前视基本分划后视基本分划后视辅助分划前视辅助分划返测时，观测顺序与往测时相反，是“后前前后”6。注意事项a、水准路线应尽量沿坡度平缓的交通道路布设；b、选择标尺分划成

36、像清晰、稳定和气温变化小的时间观测；c、观测前二十分钟将仪器置于露天阴凉处，晴天观测要打伞，迁站时罩上仪器罩；d、视线长度、视线高不能超限，每站的前、后视距基本相等；e、安置脚架应使两脚与水准路线方向平行，第三脚轮换置于路线的左、右两侧，观测员绕第三脚于半米外走动；f、一测段水准路线上(两个水准点之间)的测站数必须是偶数。往、返测的前、后标尺必须交换。g、各测段应沿同一路线、用同类仪器与尺承进行往返测，最好是往、返测的测站和尺承位置相同；h、相邻测站观测程序相反。3）观测成果整理方法与要求观测成果整理按如下步骤、方法和要求进行整理：按实际观测的水准路线绘出附和或闭合环草图，作为计算高差闭合差的

37、工作底图。每日外业观测结束当天，各组须立即把本组的电子观测记录手簿传输到计算机中，并用平差软件计算观测成果。打印出观测记录和观测成果经检查确认无误后签字归档，并将电子资料在电脑里做好备份。平差计算前对水准网所用高差加入水准尺长度误差改正和正常水准面不平行改正等项改正，具体改正方法见国家一、二等水准测量规范（GB1289791）水准测量外业高差改正数计算章节。平差计算：水准网的解算及平差计算采用同济大学开发的水准网平差软件，分别进行整体评差。6 观测资料的整理6.1 资料整理要求1）所有测试数据应真实、可靠，并有可追溯性；记录必须清晰，不得擦改；测试、记录人员必须签名。2）所自动采集的观测数据应

38、及时在计算机内备份。沉降观测资料及时输入沉降观测管理信息系统，以保证各相关单位在观测过程中时时监控。观测中有沉降异常情况应及时通知有关各方及时处理7。3）按照资料提交要求及时对测试数据进行整理、分析、汇总，绘制有关分析曲线及完成有关报告。在路基面观测第三个月末、六个月末及无碴轨道铺设前以书面和电子文件将每个断面（点）的路基面、地基面沉降观测资料、沉降观测结果分析报送评估单位。对于路基工程，在无碴轨道铺设前以书面和电子文件将沉降观测资料、沉降观测结果分析报送评估单位。4）路基填筑过程中应及时整理中心沉降监测点的沉降量，当路堤中心地基处沉降观测点沉降量大于10mm/天时，应及时上报，并停止填筑施工

39、，待沉降稳定后再恢复填筑，必要时采用卸载措施8。5）观测数据及观测报告作为铺设无碴轨道前评判路基工后沉降是否满足要求及作为工程竣工验收的依据。6.2 提交资料1）沉降观测资料表格沉降观测资料表格有：工点沉降观测断面、点布置表；沉降板观测资料汇总表；路基面沉降观测资料汇总表；剖面沉降管测试资料汇总表；路堤施工过程和完成后填土高h时间t沉降s曲线格式；路基面沉降时间t沉降s曲线格式 11。 2）观测点的平面、纵断面和横断面布置图，控制点平面布置图。3）标石、标志规格及埋设图，仪器检测及校正资料。 4）观测记录本（簿）。5）平差计算、成果质量评定资料及测量成果表。6）沉降变形过程及变形图表。7）沉降

40、变形评估分析成果资料。7 沉降观测结果的分析与评估7.1 路基路基沉降需要经过一个较长的过程，在施加荷载的初期，沉降速率由小到大，随着时间增长，沉降的速度由大变小，沉降过程趋于稳定。填土高度不同的路基，沉降曲线的斜率不同。沉降速率越大，沉降稳定需要的时间越长。但当路堤达到设计高度后，其沉降可以某种曲线方程描述。路基沉降在荷载保持稳定条件下的地基沉降可用下列两种曲线来拟合：双曲线： （7-1）指数曲线： （7-2）1）绘制沉降曲线路基施工至设计预压标高后，持续监测不少于6个月，将监测数据分剖面绘制成“时间填土高沉降量”曲线，如图7-1所示。再按实际沉降推算法推算总沉降量、工后沉降值及后期的沉降速

41、率，根据分析结果并结合工期要求，验证设计、调整措施使沉降满足施工控制要求。图7-1 时间填土高沉降量曲线Fig.7-2 Curve of time-filling high-settlement2）沉降推算方法利用实测数据推算最终沉降量的，常用方法有，双曲线法、三点法（对数曲线法）、沉降速率法、星野法（指数曲线法）及修正有双曲线法等。根据现有的积究成果，推算方法与实际沉降对比，积累经验较多的推算方法主要有双曲线法和沉降速率法。3）沉降推算推算总沉降量和不同时期的沉降，宜采用双曲线法和指数曲线法。a、指数曲线法推算最终沉降量的公式为： （7-3） 推算任意时刻沉降量的公式为： （7-4）式中：

42、（7-5） （7-6） （7-7）b、双曲线法推算最终沉降量的公式为： （7-8）推算任意时刻沉降量的公式为：， （7-9）沉降速率法根据实际的监测数据计算，确定地基沉降速率，公式为：v= （7-9）通过沉降速率的推算，便可计算出满足工后沉降所需的预压时间t时刻对应的沉降速率，以此作为控制路基沉降稳定与否的依据。4）沉降分析评估的内容与要求根据监测数据推算沉降，推算的准确性必须经过评估。系统的分析评估目前主要有以下三部分内容：监测数据和趋势确定的检验检验监测数据与拟合的沉降双曲线之间趋势的符合性。当两者之间的相关关系r，满足相关系数r0.92时为“优”。预测稳定性检验根据监测数据和拟合的沉降曲

43、线，推算一定时期（一般为6个月）后的沉降，拟合曲线的推导一般以三个月为周期反复进行以不断逼近路基的真实变形状况。具体的说，在路堤完成填筑、安装沉降观测桩后，按规定的周期测定三个月后可根据三个月测定的沉降观测结果推导第一个拟合曲线S1(t)。根据这个沉降拟合曲线可外推（预测）六个月后的沉降S1（t=6个月）然后继续观测三个月，并检查第一次预测结果是否合理。然后根据总共六个月观测的结果推导第二个更接近时间的沉降拟合曲线S2(t)，以这种方式不断逼近真实的路基变形发展。当间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8mm，认为预测的稳定性达到了“优”。预测准确性的要求当预测的时间满足条件时，预测

44、才是准确的。式中：S(t)：预测时的沉降观测值； S(t=)：时间t时预测的最终沉降值7.2 过渡段1）一般规定过渡段工后沉降的分析评估应沿线路方向考虑各观测断面和各种结构物之间的关系综合进行。对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析评估其差异沉降。2）过渡段沉降的预测、评估方法过渡段沉降的预测、评估方法同路基的预测、评估方法。3）过渡段铺设无碴轨道技术条件的评定过渡段不同结构物间的预测差异沉降不应大于5mm，预测沉降引起沿线路方向的折角不应大于1/1000。7.3 评估资料上交1）单元评估申请表：包括评估单元的里程范围、全长、评估单元分段

45、情况、工程概况、过渡段分布情况等；申请的原因是路基填筑完毕、路基堆载预压完毕、涵洞成形以后沉降变形观测期已按设计要求达到6个月，沉降变形已经趋于稳定；进行简单的沉降数据采集，采集此评估单元断面分布情况和涵洞分布情况；根据汇总表反映出此评估单元各分段基底、基床、路肩的最大和最小沉降量。2）单元评估申批表：监理单位、评估单位、设计单位、建设单位对此评估单元的意见和结论。3）单元自评报告：包括此评估单元的工程概况、过渡段分布情况、评估单元各分段堆载或填筑开始及完成日期、各分段和过渡段的基础形式等；评估依据及评估所引用的资料；评估单元各分段堆载或填筑前后的观测期数及最大、最小沉降量；各过渡段最大、最小

46、差异沉降量。4）累计沉降量汇总表：各断面从开始观测日期到评估预定日期各观测周期的累计沉降量、断面里程、路基形式及接管日期等。5）设计观测断面：设计观测断面是由铁道部设计预定的，不能随便更改的（除非各承包方向铁道部申请更改）设计材料。它反映出了各观测断面的里程、断面间距、路基形式、各观测断面的观测点布设和过渡段形式。6）沉降曲线相关系数汇总表：根据双曲线型法算出各观测断面和过渡段的所有观测点的沉降曲线相关系数。7）堆载（填筑、架梁）完成后累计沉降量统计表：各观测断面和过渡段的所有观测点的堆载或填筑完成前累计沉降量、统计期累计沉降量、堆载或填筑完成后至统计期累计沉降量、堆载或填筑完成后日期和总沉降

47、量累计日期。8）观测日期、期数、天数统计表：各观测断面和过渡段的所有观测点的初始日期、堆载或填筑完成日期及期数和天数、计算日期、堆载或填筑完成后期数及天数、总观测期数。9）相邻点差异沉降量汇总表：各观测断面基底的沉降量和过渡段平均沉降量及相邻点差异沉降量。8 实测数据分析路基基础沉降分析评估采用曲线回归法。根据观测数据，采取多个阶段的回归分析及预测，综合确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不低于0.92。哈大客运专线四平段三岔河八棵树（TJ3017）路基以半填半挖形式通过，位于微丘状剥蚀平原区，该处地势较为开阔，地形起伏较大，泥岩为主，夹有薄层砂岩。泥岩呈紫红色，以黏土矿物为主，含少量砂砾，

48、泥质结构，层理构造，可见结核，成岩较差，风化产物为土状，砂岩以灰色、紫红色为主，泥质胶结，成岩较差，风化产物为砂状，泥岩具弱膨胀性。本设计就此段路基中的DK597+214和DK598+242断面做实例分析。实例一 断面DK597+214开始观测于2009年6月10日（在此之前也有观测，因种种原因观测桩遭破坏导致重新观测）堆载开始于2009年11月25日，结束于2009年11月30日。根据累计沉降量汇总表，求出a=26.0602；b=0.3054；相关系数r=0.9792（其中a和b为负荷不再变化时的数据代入方程组和求得的系数）。推算出最终沉降量=4.1mm。划出的曲线图为8-1。图8-1 DK

49、597+214断面基底曲线图Fig.8-1 DK597+214 section curve base实例二 断面DK598+242开始观测于2009年6月10日（在此之前也有观测，因种种原因观测桩遭破坏导致重新观测）。根据累计沉降量汇总表，求出a=28.5931；b=0.3636；相关系数r=0.9988。推算出最终沉降量=3.0mm。划出的曲线图为8-2。图8-2 DK598+242断面基底曲线图Fig.8-2 DK598+242 section curve base实例一和实例二的相关系数分别为0.9792和0.9988都大于0.92，频次也符合设计所要求的频次。实例一路基堆载预压完毕和实

50、例二路基填筑完毕以后沉降变形观测期已按设计要求达到6个月，从沉降曲线可以看出沉降变形已经趋于稳定。沉降量的大小和曲线已经趋于稳定，说明路基设计是合理的。9 技术经济分析随着中国社会发展和改革开放的不断深入，中国工业企业的经济舞台也不断扩大，现代工业工程的内涵也有原来的单一工程建设，扩大发展成多元化、多层次、多空间的工程项目。其中的科学技术的内涵已作为工业工程的主要内容，主导着现代工业企业可持续发展和顺应改革潮流的命脉，关系到现代工业企业核心竞争力的强弱，关系到现代工业工程的成败。现代企业要发展，就需要不断进行技术创新，增加企业核心竞争力。而所有的技术创新都离不开技术经济分析和综合评价。其中，对

51、工程技术的先进性和可行性研究是整个技术经济分析的前提，而对其财务效益分析和国民经济分析是我们技术分析的最终目的。根据当地市场调查和销售预测，确定工程达到的目的和要求。组织和开发有关的单位和人员，提出技术方案；搜集和准备相关的材料，确定技术方案的指标体系的评价标准；分析方案的先进性和可行性；计算方案的财务效益和国民经济效益。把工程技术、经济、环境、政治及社会等各方面的因素联系起来，对技术方案进行综合评价。作者根据当地自然情况和无碴轨道沉降观测的要求设计了施测方案，从观测内容到观测点的布置，再到网的建立以及成果评估都严格遵守国家相关标准，其精度和可靠性也完全可以符合无碴轨道铺设的标准。因此，在技术

52、方面上，该设计可以付诸实施。本设计依据最优化原则，合理的设计了施工方案，其点的埋设、设备要求和人员配备都既保证了工程质量，又节约了成本，因此，可使获得最大效益。10 结论与展望10.1 结论安全是铁路永恒的主题，我国客运专线建设由于地质条件复杂，面临的问题较多，尤其是如何有效预测工后沉降长期困扰着工程界。因此，科学、有效地分析和预测线下工程工后沉降量是无碴轨道铺设的关键环节。本设计针对哈大客运专线四平段的沉降观测进行阐述，介绍了当地的自然情况，详细制定了观测目的、观测内容、观测方法并设计了控制点、观测基点及布设图纸，为以后的工程建设提供了可参考的依据。由于本人实际工作经验尚少，思维不够缜密，所

53、以本设计还存在一些缺陷，需要在施工中不断提出，不断解决，不断完善，以达到理想的效果。在完成本文的工作后，还存在着许多问题值得进一步研究与探讨：1）路基沉降的精确计算是有效控制沉降的重要前提，如何结合现场实测资料，改进路基沉降计算方法，提高计算精度，获得适用面更广、精度较高的理论计算公式，对开展路基沉降控制工作是非常有意义的，也是今后我国大规模新建高速铁路要求深入研究的重要课题；2）在哈大高速铁路路基底沉降拟合与预测的基础上，以路基填筑完成后路基面观测桩的观测数据，继续开展路基工后沉降的预测与评估，并根据哈大高速铁路铁路无碴轨道的铺设条件，确定合理的铺轨时间。10.2 进一步研究展望沉降预测结果

54、要采用现场的监测数据验证是否准确，路基的最终沉降量往往要通过长时间的现场观测，而铁路客运专线线下路基的沉降评估只要求填土完成后观测不少于6个月，因此，本文的沉降预测模型究竟哪种方法最为合理还有待于实测数据最终的检验，鉴于此，铁路客运专线路基沉降预测还有诸多问题有待于进一步的研究。1）对于铁路客运专线路基最终沉降量的预测，究竟哪一种方法最为合理还要通过长时间的现场观测，经过预测数据与观测数据的对比才能总结出正确的结论。2）本文所做的研究大多是是针对一些常用的预测模型，因此适合于铁路客运专线沉降特征的新方法有待于进一步的研究、发现。3）沉降预测模型的软件化与网络化。为了满足我国铁路客运专线的建设需要，实现沉降预测的软件化以及建立基于网络平台的沉降评估系统是非常必要的;这能够保证沉降观测数据的及时传输，并且沉降评估人员很容易获得数据、分析处理数据，有利于沉降评估工作的顺利进展。我国的沉降观测技术基本发育成熟，但是尚有不足之处，这就需要我们测量人员不断地技术改革，技术创新，并积极借鉴国外先进的理论技术，总结经验教训，以完善自我，使我国的测量技术达到新的高峰。致谢本论文自始至终都是在指导老师王建敏的悉心指导下完成，本论文无论是在选题