大西客运专线路基沉降变形监测分析

徐 杰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

在高速铁路线下工程各种构筑物中，路基是承受轨道结构重量和列车载荷的基础，也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节。路基沉降变形观测对控制铁路工程质量，确保工后沉降满足设计要求至关重要。需要对路基变形做系统的评估，以指导施工及确定无砟轨道施工和铺轨时间。

结合大西客运专线DK680+380断面大量的观测数据，在对路基沉降观测技术进行深入研究的基础上，结合不同的数学模型经回归分析，合理预测沉降趋势，为后期无砟轨道铺设条件评估提供了客观真实数据基础。

1 路基工后沉降特征

设计的工后沉降量为S=S1+S2，S1为路基铺轨后运营100年发生的沉降，采用曲线回归方法获得，S2为无砟轨道结构层自重发生的沉降，可根据观测资料反算获取。

路基的工后沉降包括地基的沉降和路堤的沉降变形，两者在外载荷的作用下随时间发展，其变形规律理论上可以通过土体固结原理进行数值分析来估算。由于固结理论的假定条件和土体在施工过程中产生扰动和许多不确定因素的问题，使得利用路基沉降的实测数据进行回归分析在某种意义上较理论计算更为重要。通过大量沉降观测资料的积累，根据已取得的经验模型进行预测，可以找出路基沉降过程中具有实际应用价值的变形趋势。

2 基于不同数学模型预测的沉降结果

在路基施工填筑完成后，经过3～6个月恒载或预压，由实测的沉降观测资料，通过拟合反演再预测路基沉降量与时间的关系。其中曲线回归法是最成熟的方法之一，选取5种最常用的预测模型。

以大西客运专线DK680+380断面沉降板观测数据为例进行分析，该断面采用CFG桩进行地基加固，以满足无砟轨道路基预测工后沉降量不超过15 mm的要求。从2010年12月1日开始填筑，到2010年12月12日填土结束，累计填土高度4.085 m，观测数据截至2011年7月14日累计总沉降量为－4.77 mm，共观测225天。沉降观测数据和填土高度－沉降－时间(H－t－S)曲线如表1和图1。

运用5种不同数学模型对DK680+380断面实测的沉降数据进行拟合，拟合后的各预测模型表达式如下。

双曲线法:

三点法:

表1 断面DK680+380沉降板观测数据(截至2011年7月14日)

图1 DK680+380断面沉降板填土高度-时间-沉降(H-t-S)曲线

星野法:

泊松曲线法:

Asaoka法:

根据式(1)～式(5)，可得到不同预测模型的相关系数、工后沉降和最终沉降量，见表2，图2为沉降拟合曲线。

表2 不同数学模型的沉降预测结果比较

图2 基于不同数学模型预测的沉降变形趋势

由表2、图2分析结果可知，双曲线法、三点法的预测趋势与实际观测数据比较接近，但三点法无法计算出相关系数，不满足《大西客专线下工程沉降变形观测评估实施细则》相关系数≥0.92的要求;Asaoka法在开始观测两个月内和沉降收敛阶段也能较好的拟合实测数据，但是中间预测的结果与实际观测存在一定差异;泊松曲线法在收敛阶段与双曲线法基本一致，前期拟合效果较差;星野法预测曲线与实际沉降数据偏差较大。双曲线法在本观测断面预测趋势与实测数据吻合度较高，且相关系数和工后沉降量均满足要求。

3 结论

以大西客专DK680+380路基断面为研究对象，通过实测数据及预测的后期沉降量的结果对比可以看出，不同方法推算的沉降量各有差异，双曲线模型是最适合本断面的方法。需要注意的是，对于不同类型的断面，需要根据观测条件、岩土地质特性和结构变性规律等因素，采取多种方案进行预测对比，以确定最合理的预测未来沉降变形趋势的数学模型。通过对最终沉降量的预测，可以系统评估线下工程工后沉降量，杜绝因工后沉降过大对运营安全造成的危害。

[1]中华人民共和国铁道部.TB 10601—2009 高速铁路工程测量规范[S］.北京:中国铁道出版社，2009

[2]中国铁道科学研究院.铁建设[2006］158号 客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南[S］.北京:中国铁道出版社，2006

[3]周行权.高速铁路高程控制测量复测数据分析[J］.铁道勘察，2011(6)

[4]李树伟.高速铁路沉降监测方法的应用讨论[J］.铁道勘察，2011(6)

[5]辜清华.预测路基沉降的一种新模型[J］.石家庄铁道学院学报，2006(2)

[6]冯震，许兆义，王连俊，等.路基沉降的灰色理论预测及其应用[J］.北京交通大学学报，2004(4)

[7]刘宏，李攀峰，张倬元.用压缩蠕变实验研究高填方体沉降变形[J］.西南交通大学学报，2004(6)

[8]陈善雄，王星运，许锡昌，等.铁路客运专线路基沉降预测的新方法[J］.岩土力学，2010(2)