高速铁路路基沉降分析及控制

高速铁路路基沉降分析及控制

包崇爽

中铁十六局集团第二工程有限公司天津 300162摘要：本文分析了目前高速铁路路基沉降发生的主要原因,进而阐述了高速铁路路基沉降测量控制中的具体要求,分析了目前高速铁路对路基沉降量的预测方法，最终实现对路基沉降的控制。

关键词：高速铁路；路基；沉降；分析及控制

路基作为铁路线路工程中一个重要的组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，也是整个工程建设中最薄弱的环节之一。路基的结构变形，直接导致轨道的几何变形，故路基的沉降变形控制显得尤为重要。

一、高速铁路路基沉降发生原因

对高速铁路的路基沉降问题的讨论和研究一直在进行，其中最为突出棘手的问题是在各种软土地层上修筑铁路路堤。由于软土地基具有湿陷性强、剪切强度弱，易于吸水饱和等不良性质，极易诱发各种工程地质病害，进而影响施工进度和质量，给以后的高速铁路运营带来安全隐患。此外，实际工程中桥梁与路堤的连接过渡段的沉降差控制也是高速铁路建设的技术难点之一，由于我国国土面积幅员辽阔，地形、地质、水文、气候等情况变化多样，加之地下水位的升降和移动变化经常受气候因素影响，常年处于动态升降循环过程中，对路基附加应力有较大影响，直接导致地基压缩层产生突变的沉降变形，影响铺轨和行车的安全。工程竣工后，对于铁路沿线建筑物的兴建也必须给予一定的协调和控制，特别是高层建筑和其他大型公共建筑物，以防止路基周围土层中附加应力的影响，在路基工作区域内产生应力累积的不良效果。

2、高速铁路路基沉降测量控制要求

做好高速铁路路基沉降观测工作是确保高速铁路沉降控制工作顺利进行的先决条件，为现场路基沉降控制工作的开展提供重要的数据和资料。

1.相关观测设备的基本要求

在实际的高速铁路沉降观测中要求极高的精准度，以此保证高速铁路路基在不断增加负荷的情况下，准确的测出数据。国内铁路建设技术标准中明确指

出：沉降观测的误差值不能大于变形值的0.05～0.1，故在进行沉降观测时，必须使用精密水准仪，即使受到施工场地条件限制，也必须使用第一标尺进行观测。

2.沉降观测时间的基本要求

高速铁路路基初次观测必须严格按照制定的观测时间进行，否则得出的数据不是最原始的数据，沉降观测将不具有实际意义。其他各个阶段中应依次进行复检，根据具体施工情况按时进行，严厉杜绝不测或补测等弄虚作假行为，以此确保沉降观测数据的精确性和真实性，并在高速铁路设计与施工中起到应有的作用。

3.观测人员的职业素质要求

在高速铁路的设计与施工中，沉降观测人员必须经过专业系统的理论学习，定期参加由国家各级地质管理部门组织的业务培训，不断提升个人的职业素质。具体到高速铁路路基沉降观测中，现场技术人员要因地制宜、灵活运用理论知识，准确的运用误差原理并根据现场观测情况进行分析、找到对应的解决方法。专业、快捷、准时的完成观测任务是一个合格沉降观测人员必须具备的职业素质。

4.选择适宜的观测标准和方法

根据高速铁路工程建设地区地质、水文、气候、环境、温度、湿度等条件的不同，选用的沉降观测精密程度也不同。在没有特殊的技术和质量要求的高速铁路工程项目中，采用二级观测水平的观测方法基本可以满足技术需求。

5.沉降观测地点要求

沉降观测是一项十分严谨的工作，对观测点有很高的要求，既要考虑观测的方便，也要最能准确反映实际沉降情况。观测点通常选择地势较为平坦的位置，而且地貌的横向与纵向相互对称，它们之间的最佳距离在20m左右。

3、路基沉降预测模型的应用

路基沉降预测模型的应用分析是对沉降观测资料进行整理分析，根据沉降和侧向变形的速率指导路堤填筑施工，若变形的速率过大，则调整路堤填土速率。根据实测资料来推测最终沉降量的方法归纳起来，主要有以下几种：

1.曲线拟合法

通过分析实测资料与时间的关系，为沉降与时间曲线建立适当的函数方程，再根据所建立的函数推算未来某一时刻的沉降大小。工程常用的拟合曲线法有：双曲线法、指数曲线、成长曲线法、时间对数法、抛物线法、三点法、沉降速率法等。

2.灰色系统理论

灰色系统预测就是对原始数据的处理和灰色模型立，发现和掌握系统发展规律，对系统未来状态做出科学的定量预测。通过对原始数据序列作一定的变换，定义适当的序列算子以及序列灰导对算子作用后的序列，建立GM模型的近似微分方程，通过精度检验后即可预测。GM模型是最常用的预测模型，由于诸多外界因素干扰着系统，故通常对GM模型进行一定的修正，以取得更佳的预测效果。

3.人工神经网络

这是对人脑或自然的神经网络若干基特性的抽象和模拟，是一个非线性的动力系统，具有大规模的并行处理和分布的信息存储能力，良好的自适应性、有组织性及很强的学习、联想、容错和抗干扰能力。该方法在处理非线性问题上，具有其独特的优越性。岩土工程中沉降预测神经网络建模法主要有两种：一种是把各影响因素同沉降的关系用神经网络隐式表达，由已知外界影响因素推断此时的沉降，即BP网络；另一种方法不考虑沉降的各影响因素，而建立当前沉降同过去各沉降历史值间的神经网络模型即Elman模型。

4.遗传算法

它是一种具有高度并行、随机、自动搜索的新型计算方法。它同常规的优化方法相比，遗传算法不直接和模型参数打交道，而是处理代表参数的编码。遗传算法在整个操作过程中，同时控制着一个解群，而不是局限于一个点，这就大大提高了搜索效率，并避免陷入局部极值。求解时，不计算目标函数的微分，故对目标函数和约束条件没有苛刻要求，这在处理高度非线性问题方面与传统方法比较，具有明显的优势。

综上所述，为保证高速铁路建设中路基沉降控制工作的顺利进行，观测工作的基本控制要求以及路基沉降预测模型的正确掌握是必要的条件。在实际工

作中必须严格执行路基沉降观测的基本要求和规范，建立合适的路基沉降预测模型，最终确保路基沉降在标准允许范围内，圆满完成高速铁路的建设任务。

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