客運(yùn)專線鐵路路基沉降數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

1、<p>　　客運(yùn)專線鐵路路基沉降數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用</p><p>　　摘要：客運(yùn)專線速度一般大于200km/h，為保持其平穩(wěn)的運(yùn)行，使運(yùn)營階段路基的不均勻沉降趨近為零，這就對路基施工階段沉降觀測有很高的要求，對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析，對工后的路基沉降進(jìn)行有效的預(yù)測，是特別重要的一項工作。本有針對性的選用規(guī)范雙曲線、修正雙曲線、固結(jié)對數(shù)法等三種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、比較，闡述三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項，最終判

2、定路基沉降的穩(wěn)定性，確定合理的鋪軌時間，預(yù)測最終沉降量。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：路基沉降觀測;數(shù)據(jù)分析;沉降預(yù)測 </p><p>　　中圖分類號：U213.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　廈深鐵路修建的原地貌為低山丘陵地貌，地面起伏較大，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為250k

3、m/h。在如此快的列車行駛速度下，如何保證列車運(yùn)行的平穩(wěn)、舒適、安全是一個重大課題。在路基填筑過程中合理控制填土速率，預(yù)測沉降趨勢和工后沉降量，確定鋪軌時間，保證軌道鋪設(shè)的平順性，是路基施工控制的關(guān)鍵和重點(diǎn)。 </p><p>　　以廈深鐵路（廣東段）XSGZQ-Ⅰ標(biāo)為例，對DK182+280斷面沉降觀測數(shù)據(jù)用規(guī)范雙曲線、修正雙曲線、固結(jié)對數(shù)法等三種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、比較，確定最終預(yù)測沉降量的準(zhǔn)確性，最終判定路基

4、沉降的穩(wěn)定性，確定合理的鋪軌時間，預(yù)測最終沉降量。 </p><p>　　DK182+280斷面處在軟土地基填方段，地基處理采用水泥攪拌樁，填高5.13m，填筑起始時間2009年1月2日，頂層填筑時間2009年6月17日，沉降預(yù)測分析時間2010年3月25日。在路基的左右行車道處設(shè)置沉降觀測板，在路基頂面左中右設(shè)置沉降觀測樁。 </p><p>　　2 規(guī)范雙曲線預(yù)測原理及模型、預(yù)測實例

5、</p><p><b>　　雙曲線方程為： </b></p><p>　?。?-1） （2-2） </p><p>　　式中：--時間t的沉降量；--最終沉降量（t=∞）；--初期沉降量（t=0）；a、b--荷載恒定以后的實測數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸求得的系數(shù)。 </p><p>　　從填土開始到任意時間t的沉降量可用下式求得。其

6、推算模式見圖1、圖2。 </p><p>　　圖1 用實測值推算最終沉降的方法圖2求a、b方法 </p><p>　　雙曲線法是假定下沉平均速率以雙曲線形式減少的經(jīng)驗推導(dǎo)法，要求恒載開始后的沉降實測時間至少6個月以上。 </p><p><b>　　預(yù)測分析實例： </b></p><p>　?。?）、根據(jù)實測數(shù)據(jù)可繪制

7、沉降板的填土高度-時間-沉降量曲線圖、沉降發(fā)展趨勢回歸曲線圖。 </p><p>　?。?）、路基頂面沉降觀測樁計算及圖形繪制如此方法，這里不再贅述。結(jié)論分析表如下。 </p><p>　　項目 回歸分板參數(shù) 初始沉降S0 最后觀測時發(fā)生的沉降 最終預(yù)測沉降S 備注 </p><p>　　沉降板 a 0.7071 00.00mm 41.22mm 45.05mm 觀測

8、期為2009-01-02至2010-03-25 </p><p><b>　　b 0.0222 </b></p><p><b>　　R 0.999 </b></p><p>　　路基面觀測樁(第一次分析） a 19.616 39.01mm 02.46mm 44.53mm 觀測期為2009-06-17至2009-12-21

9、 </p><p><b>　　b 0.181 </b></p><p><b>　　R 0.9408 </b></p><p>　　沉降比例 93.12% 第一次預(yù)測沉降量（填筑完成185天后） </p><p><b>　　43.00mm </b></p>&

10、lt;p>　　路基面觀測樁(第二次分析） a 18.605 39.01mm 03.64mm 43.82mm 觀測期為2009-08-14至2010-03-25 </p><p><b>　　b 0.2077 </b></p><p><b>　　R 0.9971 </b></p><p>　　沉降比例 97.32%

11、本次實測沉降量與第一次預(yù)測沉降量對比 42.65-43= -0.35mm </p><p>　　結(jié)論 本觀測點(diǎn)所有R值均大于0.92，均屬可分析曲線，第1，2次預(yù)測最終沉降S值差為0.71，小于規(guī)定值8mm,第1次預(yù)測與第2次實測值相近,且最終沉降比例大于75%，故本觀測點(diǎn)為可靠分析點(diǎn)。 </p><p>　　3 修正雙曲線預(yù)測原理及模型、預(yù)測實例 </p><p>

12、;　　修正雙曲線法是在規(guī)范雙曲線法的基礎(chǔ)上引入了荷載系數(shù)的概念，在假定荷載增量加載速率變化不大的情況下，沉降變形的增量與荷載增量成正比。該方法與傳統(tǒng)方法的最大區(qū)別在于其將填筑期觀測數(shù)據(jù)納入分析時間段內(nèi)。 </p><p><b>　　曲線方程： </b></p><p>　?。?-1） 其中，（3-2） </p><p>　　式中 --- 自工

13、程開工以來的時間（天）； --- t時刻的沉降（mm）； --- t時刻的荷載（kpa）； --- 設(shè)計最大荷載（kpa） </p><p>　　可以利用直線的斜率計算出最大沉降：。采用修正雙曲線法，可以計算在任意最大荷載下產(chǎn)生的沉降。在這樣的情況下，可以利用下式計算填方的當(dāng)前荷載和最大荷載： </p><p>　?。?-3） 式中 --- 填方高度； ---填方材料重度（kN/m3）。

14、</p><p><b>　　預(yù)測分析實例： </b></p><p>　?。?）、結(jié)合路基頂面沉降觀測樁數(shù)據(jù)在2009.9.16及2010.3.25對沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沉降發(fā)展趨勢回歸曲線如下圖。 </p><p>　?。?）、結(jié)論分析表如下： </p><p>　　項目 回歸分板參數(shù) 初始沉降S0 最后觀測時發(fā)生的沉

15、降 最終預(yù)測沉降S 備注 </p><p>　　第一次分析 a 0.0297 00.00mm 40.04mm 40.32mm 觀測期為2009-01-02至2009-9-16 </p><p><b>　　b 0.0248 </b></p><p><b>　　R 0.9973 </b></p><p&

16、gt;　　沉降比例 99.30% 第一次預(yù)測沉降量（填筑185天后） </p><p><b>　　40.14mm </b></p><p>　　第二次分析 a 0.1455 00.00mm 41.22mm 41.49mm 觀測期為2009-01-02至2010-03-25 </p><p><b>　　b 0.0241 </b

17、></p><p><b>　　R 0.9996 </b></p><p>　　沉降比例 99.34% 本次實測沉降量與第一次預(yù)測沉降量對比 41.22-40.14= 1.08mm </p><p>　　結(jié)論 本觀測點(diǎn)所有R值均大于0.92，均屬可分析曲線，第1，2次預(yù)測最終沉降S值差為1.17，小于規(guī)定值8mm,第1次預(yù)測與第2次實測值

18、相近,且最終沉降比例大于75%，故本觀測點(diǎn)為可靠分析點(diǎn) </p><p>　　4 固結(jié)度對數(shù)配合法預(yù)測原理及模型、預(yù)測實例 </p><p>　　固結(jié)度的理論解普遍表達(dá)式為： </p><p><b>　　（4-1） </b></p><p><b>　?。?-2） </b></p>

19、<p>　　式中 ---瞬時沉降量； ---最終沉降量。 </p><p>　　由式（4-1）和式（4-2）聯(lián)立可得： </p><p><b>　　（4-3） </b></p><p>　　為求t時刻的沉降，上式右邊有四個未知數(shù)，即、、、。在實測初期沉降—時間曲線（S-t）上任意選取三點(diǎn)：（，），（，），（，）并使-=-，將上述三點(diǎn)

20、分別帶入上式中，聯(lián)立求解得參數(shù)和最終沉降量以及的表達(dá)式，其中的表達(dá)式中還含有這個變量。一般在求時，可采用理論值或根據(jù)實測資料計算，將所求得的，，分別代入式（3-3）中便可得出任意時刻的沉降。具體求解如下： </p><p><b>　　（4-4） </b></p><p><b>　?。?-5） </b></p><p>

21、<b>　　（4-6） </b></p><p><b>　　(4-7) </b></p><p><b>　　(4-8) </b></p><p><b>　　(4-9) </b></p><p><b>　?。?-10） </b>

22、</p><p>　　連接S-t曲線時，應(yīng)對S-t曲線進(jìn)行光滑處理，即：盡量使曲線光滑，使之成為規(guī)律性較好的曲線，然后再在曲線上選點(diǎn)；為了減少推算誤差提高預(yù)測精度，要求三點(diǎn)的時間間隔盡可能大，即：選取的（-）盡可能大，因此要求預(yù)壓時間長；本方法要求實測曲線基本處于收斂階段才可進(jìn)行。 </p><p>　　預(yù)測分析實例如下表： </p><p>　　第一次預(yù)測分析 第

23、二次預(yù)測分析 </p><p>　　選取的時間點(diǎn) 累計時間 累計沉降 選取的時間點(diǎn) 累計時間 累計沉降 </p><p>　　2009-6-18 T1 1 S1 0.07 2009-6-26 T1 9 S1 0.48 </p><p>　　2009-8-1 T2 45 S2 1.72 2009-11-8 T2 144 S2 3.27 </p><

24、p>　　2009-9-16 T3 91 S3 2.65 2010-3-25 T3 281 S3 4.00 </p><p>　　1.7742 R 0.9858 </p><p>　　3.8219 R 0.9558 </p><p><b>　　0.8106 </b></p><p>　　0.0130 0.8106

25、</p><p><b>　　0.0099 </b></p><p>　　預(yù)測填筑完成后產(chǎn)生的總沉降值 </p><p>　　3.8513 預(yù)測填筑完成后產(chǎn)生的總沉降值 4.2587 </p><p>　　預(yù)測232天后沉降值 </p><p>　　3.6994 實測值與預(yù)測值對比差 </p

26、><p>　　4-3.7= 0.3mm </p><p>　　沉降板沉降量 39.01 預(yù)測總沉降 42.86 沉降比例97.2% 沉降板沉降量 39.01 預(yù)測總沉降 43.27 沉降比例99.4% </p><p>　　本觀測點(diǎn)所有R值均大于0.92，均屬可分析曲線，第1，2次預(yù)測最終沉降S值差為0.41，小于規(guī)定值8mm,第1次預(yù)測與第2次實測值相近,且最終沉降比

27、例大于75%，故本觀測點(diǎn)為可靠分析點(diǎn) </p><p>　　5 三種方法分析數(shù)據(jù)對照表及結(jié)論 </p><p>　　評估方法 相關(guān)系數(shù) 預(yù)測最終沉降 完成預(yù)測總沉降量比例 第一次預(yù)測填土后185天沉降量 實測填土后185天沉降量 </p><p>　　規(guī)范雙曲線法 0.9408 43.82 93.12% 41.47 41.22 </p><p&g

28、t;　　修正雙曲線法 0.9973 40.32 99.30% 40.04 </p><p>　　固結(jié)度對數(shù)配合法 0.9858 42.86 97.2% 41.66 </p><p>　　對比分析結(jié)論如下： </p><p>　　1、以上三種評估方法，相關(guān)系數(shù)均大于0.92，其中，規(guī)范雙曲線法相關(guān)系數(shù)較其他方法要高。 </p><p>　　2、

29、以上三種評估方法，從第一次預(yù)測結(jié)果（填土后180天預(yù)測結(jié)果）與實測沉降量相比結(jié)果來看，修正雙曲線和固結(jié)度對數(shù)配合法的預(yù)測結(jié)果與實測值最為接近。 </p><p>　　3、與其他兩種方法相比較，修正雙曲線法將施工期間納入預(yù)測分析當(dāng)中，引入了荷載系數(shù)，更全面客觀地反映了填土施工及自然沉降期不同時期的路基沉降情況； </p><p>　　4、對本斷面，修正雙曲線法在預(yù)測值上，與實測曲線相差較大。

30、 </p><p>　　5、固結(jié)度對數(shù)配合法，選取了能夠反映沉降趨勢的3個沉降點(diǎn)，計算較為簡單，前期預(yù)測數(shù)據(jù)與實測相差較大，后期卻能夠與實測曲線吻合程度很高。另外，固結(jié)度對數(shù)配合法對于三個時間點(diǎn)的選擇要求很高。 </p><p>　　6、合理的選定以上方法，可以滿足最終預(yù)測沉降量的準(zhǔn)確性，可以判定路基沉降的穩(wěn)定性，確定鋪軌時間。 </p><p><b>