客运专线无砟轨道铁路工后沉降评估技术.ppt

客运专线无砟轨道铁路工后沉降评估技术,汇报内容,1、无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性2、沉降变形观测技术要求 3、预测与评估工作方法 4、遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会 5、几点认识,1、无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性,无砟轨道铁路对线下工程变形有严格的限制要求，在无砟轨道铺设前需要对线下工程的工后沉降进行预测和评估，确认满足无砟轨道铺设条件后方能进行无砟轨道的铺设。,无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性,无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性,1 工后沉降控制标准,客运专线无砟轨道铁路对路基、桥涵和隧道等线下工程的变形（包括工后沉降和沉降差）限制严格，其值达到了毫米级的标准。,路基工后沉降一般不超过扣件允许的沉降调高量15mm，路基与桥隧间的沉降差异不大于5mm，路基与桥隧间过渡段的折角不大于1/1000。桥梁墩台的均匀沉降量不大于20mm，隧道基础工后沉降不大于15mm，对桥梁梁体徐变上拱度也有严格要求，涵洞则参照路基的工后沉降标准。浅埋或不良地质地段的隧道，其基础工后沉降应不大于15mm。,对于路基、桥梁、隧道等以岩土作为材料或介质的土木工程，目前尚无可以准确计算毫米级精度变形的实用方法。作为以岩土材料构筑于露天环境的路基工程，在客运专线建设中提出了要当作土工结构物进行设计、施工和管理，加强了地基处理，提高了路堤压实标准，但它毕竟是以岩土作为介质，采用岩土不均匀散粒土体材料填筑而成，在实际施工过程中，质量控制环节多，并且受天气、人员素质等“柔性”因素影响较大，任何一个环节都可能造成变形失控，实现路基工程工后沉降毫米级变形控制仍然面临巨大的挑战。桥梁基础的摩擦桩、涵洞基础，浅埋或不良地质地段的隧道也存在一定变形，并且还存在与路基工程的差异沉降等问题。,2 工后沉降评估的必要性,无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性,因此，有必要在线下工程完成后进行一段时间的观测和调整，分析评估沉降稳定满足设计要求后方可铺设无砟轨道。,无砟轨道铁路工后沉降评估的必要性,2 工后沉降评估的必要性,2、沉降变形观测技术要求,沉降变形观测技术要求,1 观测点布置,（1）路基工程,路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。路基沉降观测断面的设置及观测断面的观测内容应根据地形地质条件、地基处理方法、路堤高度、堆载预压等具体情况，结合沉降预测方法和工期要求具体确定观测方案。沉降观测断面的间距一般不应大于50m，地势平坦、地基条件均匀良好的路堑、高度小于5m的路堤可放宽到100m；地形、地质条件变化较大地段应适当加密。,图1 路基地段沉降观测点设置参考图（单位：mm）,图2 典型路堤沉降观测断面布置设计图,图片1 路堤坡脚埋设剖面沉降管,（2）桥涵工程,桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力混凝土梁的徐变变形为主，涵洞除应进行自身的沉降观测外，尚应进行洞顶填土的沉降观测。岩石地基、嵌岩桩基础的桥涵基础沉降可选择典型墩（台）、涵进行观测；对原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的预应力混凝土预制梁，徐变变形观测可每30孔选择1孔进行；其余桥梁变形观测应逐跨、逐墩(台)布置测点，涵洞应逐个布置。,图3 桥涵、隧道变形观测点设置参考图（单位：mm）,沉降变形观测技术要求,隧道内一般根据地质围岩情况布设沉降观测断面，一般情况下，级围岩每400m、级围岩每300m、级围岩每200m布设一个观测断面。地应力较大、断层破碎带、膨胀土、湿陷性黄土等不良和复杂地质区段适当加密布设。隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断面。,（3）隧道工程,（4）过渡段,过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，可在线路两侧设置地基和路肩观测桩，或在线路中心设置沉降板；在过渡段范围宜沿线路斜向对角线布置剖面沉降管，并在管口设置沉降观测桩。不同结构物的起点应设置沉降观测断面，距结构物起点510m处、2030m、50m处应分别设置观测断面。,沉降变形观测技术要求,图4 过渡段路基面沉降观测纵断面布置设计图,2 观测频次,（1）路基工程,路基从填筑开始进行沉降观测，观测的频次一般应不低于表1的规定，当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。,路基沉降观测频次表 表1,沉降变形观测技术要求,（2）桥涵工程,墩台沉降观测频次表 表2,涵洞沉降观测频次表 表4,梁体竖向变形观测频次表 表3,（3）隧道工程,隧道基础沉降观测频次表 表3,沉降变形观测技术要求,（1）线下工程施工完成后，应有不小于36个月的观测和调整期，观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测期或采取必要的加速或控制沉降的措施。路基填筑完成或施加预压荷载后的观测和调整期应不少于6个月；桥涵主体工程完工后的沉降观测期一般应不少于6个月；岩石地基等良好地质区段的桥梁，沉降观测期应不少于2个月；隧道主体工程完工后，变形观测期一般不应少于3个月。,3 观测主要技术要求,沉降变形观测技术要求,（2）观测期内，线下工程沉降实测值超过设计值20%及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。（3）评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，可进行必要的检查。（4）观测精度：线下工程沉降（包括梁体徐变变形）水准的测量精度为1mm，读数取位至0.1mm，剖面沉降的测量精度为8mm/30m。（5）沉降观测装置应埋设稳定，观测期间应对观测装置采取有效的保护措施。,沉降变形观测技术要求,平行观测是确保沉降评估工作顺利进行的重要保证。,4 平行观测,沉降变形观测技术要求,平行观测以路基工程为主，同时对重点工程结构物、或观测变化较大的工程地段进行平行观测。一般地段的工程可采用抽检方式进行平行观测。,3、预测与评估工作方法,预测与评估工作方法,1 预测与评估工作步骤,（1）收集相关资料；（2）路基、桥涵、隧道等单项工程沉降分析和预测；（3）路基、桥涵、隧道工程无砟轨道铺设条件评估；（4）区段铺设无砟轨道技术条件综合评估；（5）编写评估报告。,2 预测与评估方法,2.1 路基工程,路基沉降预测分析评估应满足以下要求：,（1）根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92。（2）沉降预测的可靠性应经过验证，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。,预测与评估工作方法,（3）路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：S（t）/S（t=）75%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（时间起点t=0为沉降观测桩安装后观测算起）。,预测与评估工作方法,2.2 桥涵工程,桥涵基础沉降分析评估应采用曲线回归法。对于预制梁桥，基础沉降应按架梁前、后两阶段进行；对于原位施工的桥梁及涵洞，基础沉降应根据实际施工状态及荷载变化情况，划分多个阶段。,预测与评估工作方法,（1）根据桥涵实际荷载情况及观测数据，应作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应不低于0.92。首次回归分析时，观测期不应少于桥涵主体工程完工后3个月，对于岩石地基等良好地质的桥涵不应少于30天。（2）利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8mm。两次预测的时间间隔一般不少于3个月，对于岩石地基等良好地质的桥涵不应少于30天。,预测与评估工作方法,（3）桥梁主体结构完工至无砟轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件：S（t）/S（t=）75%式中：S（t）预测时的的沉降观测值；S（t=）预测的最终沉降值。,（4）设计预测的总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差不宜大于10mm。,3 预测与评估工作方法,2.3 隧道工程,无砟轨道铺设前，应对隧道基础沉降作系统的评估，确认其工后沉降符合设计要求。隧道主体工程完工后，变形观测期一般不应少于3个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。隧道基础的沉降预测及评估方法与路基相同。,预测与评估工作方法,（1）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。（2）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。（3）过渡段沉降的预测、评估参照路基部分。,2.4 过渡段,预测与评估工作方法,3 评估判定标准,3.1 单项工程无砟轨道铺设条件评估,（1）路基工程 如果一个路基工点所有的观测断面满足以下要求，该路基工点可以铺设无砟轨道。对每个路基工点以三个月为周期根据最新推导的沉降拟合曲线进行工后沉降预测至少两次以上，检查所有观测断面的预测工后沉降是否满足：,路基和刚性结构过渡段的预测工后沉降差异5mm，折角1/1000。,预测与评估工作方法,（2）桥涵工程 如果单个桥涵工点满足以下要求，可以铺设无砟轨道。处于岩石地基等良好地质的桥涵，当墩台沉降值趋于稳定且沉降总量不大于5mm时，可判定沉降满足无砟轨道铺设条件。对于一般的桥梁其墩台工后沉降20mm，相邻墩台的沉降差5mm；对于连续梁等特殊结构其相邻墩台均匀沉降差的允许值满足设计允许值。预应力混凝土桥梁上部结构的变形要求：（A）终张拉完成时，梁体跨中弹性变形不宜大于设计值的1.05倍；（B）扣除各项弹性变形、终张拉60d后，L50m时，梁体跨中徐变上拱度实测值不应大于7mm；L50m时，梁体跨中徐变上拱度实测值不应大于L/7000或14 mm。,预测与评估工作方法,（C）不能满足上述要求时，应根据梁体变形的实测结果，确定梁体的实际弹性变形及徐变系数，并按下式估算无砟轨道的最早铺设时间t：（）（t）弹性允许 式中：（）根据实测结果确定的混凝土徐变系数终极值；（t）根据实测结果确定的铺设无砟轨道时混凝土徐变系数；弹性 实测梁体终张拉后的弹性变形；允许 L50m时为10mm；L50m时为L/5000或20 mm。涵洞工后沉降量与路基一致且15mm。,预测与评估工作方法,（3）隧道工程 隧道内无砟轨道铺设条件的评估应根据有关设计、施工和监理的资料及交接检验和复检的结果进行综合分析。满足以下条件的隧道可铺设无砟轨道。地质条件较好，具有60天以上有效观测数据，且沉降趋于稳定，设计及预测沉降总量均不大于5mm；预测的隧道内基础工后沉降值15mm；,（4）过渡段地段 过渡段不同结构物间的预测差异沉降不应大于5mm，沉降引起沿线路方向的折角不应大于1/1000。,3.2 区段铺设无砟轨道技术条件综合评定,在对路基、桥梁、隧道和过渡段等不同结构物的基础沉降变形预测评估完成后，应分别绘制区段或全线的预测及实测沉降变形曲线，进行纵向连续综合评估，确认其满足铺设无砟轨道的要求。,图5 区段预测及实测沉降变形曲线示意图,预测与评估工作方法,5、遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,1 概况,遂渝线无砟轨道综合试验段是我国第一条成区段铺设无砟轨道的试验线，位于重庆市境内，是遂渝线引入重庆枢纽的重要组成部分。试验段全长13.157公里，段内有车站1座，桥梁3座711m，隧道4座7048m，路基5398m。,图6 试验段线路平面示意图,试验段工程于2005年5月正式开工建设，2006年12月全线竣工。作为铁道部的重大科研工程，试验段由铁道部科技司牵头，中铁二院、铁科院、中铁八局等单位组成联合攻关课题组，联合攻关，针对遂渝线无砟轨道综合试验段工程特点和技术难点，开展了系列试验研究工作。研究工作的一个重要方面，就是线下工程工后沉降观测与无砟轨道铺设条件评估技术，主要包括建立高精度测量控制网、沉降观测方案及其实施、工后沉降评估等。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,1 概况,遂渝引入工程段既有平面控制点和水准点，由中铁二院重庆分院勘测队于1999年施测，2003年12月交付施工单位使用。其中高程高程测量按五等水准要求，采用三角高程测量，闭合差不大于30。测量精度不能满足无砟轨道铁路路基工后沉降mm级限值的要求。为满足无砟轨道铁路高精度施工的要求，由中铁二院测绘分院实施建立高精度控制网，包括精密测量平面控制网和二等水准测量网。精密测量平面控制网测量采用GPS按B级GPS网要求测设。高程控制网按二等水准测量要求测设。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,1 概况,2 建立高精度二等水准测量控制网,（1）水准基点布设,（2）选点和埋石,（3）水准线路,图7 水准路线联测示意图,（5）高程平差计算,（4）水准测量,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,3 线下工程沉降观测方案及第三方平行观测,3.1 沉降观测方案,线下工程沉降观测内容包括：路基地基沉降观测、路基面沉降观测、过渡段不均匀变形观测、路堤边坡及坡脚位移观测、路堤填土分层沉降观测、桥梁墩台及梁体徐变等。其中，路基沉降观测以路基面沉降和地基沉降观测为主。,（1）路基地基沉降观测,（2）路基面沉降观测,（3）过渡段不均匀变形观测,（4）桥梁墩台及涵洞沉降观测,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,3.2 沉降设备,（1）沉降板（2）剖面沉降管（3）观测桩,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,（2）观测频率 施工期间的沉降观测：每一层土填筑前进行一次观测，填筑后应进行一次观测。工后沉降观测：达到预压高程后，每23天观测一次，一个月后57天观测一次，三个月后715天观测一次，半年后一个月观测一次。,（1）观测仪器 水准仪 剖面沉降观测仪,3.3 观测仪器及观测频率,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,3.4 第三方平行观测,遂渝线无砟轨道线下工程沉降观测由施工单位中铁八局完成，但同时由科研单位铁道科学研究院遂渝线无砟轨道线下工程长期测试课题组进行代表性工点的第三方平行观测。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,4 路基工后沉降评估,4.1 沉降观测与工后沉降预测,遂渝线无砟轨道实验段路基地段沉降观测，施工单位与第三方平行观测结果符合性较好，且路基竣工后6个月最大总沉降为8mm。根据沉降观测资料，采取双曲线法对铺设无砟轨道后的路基工后沉降进行预测分析，最大工后沉降为13.6mm。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,根据遂渝线无砟轨道实验段路基沉降观测及工后沉降预测分析，以及桥梁墩台及涵洞沉降观测资料，结合设计、施工、监理纪录资料，综合分析认为，遂渝线无砟轨道实验段路基沉降已稳定，工后沉降满足铺设无砟轨道技术条件的要求。其主要依据包括以下5个方面：,4.2 路基工后沉降评估,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,（1）施工单位观测资料与第三方平行观测资料相互印证，观测资料表明：路基分层填土沉降的稳定时间一般在23个月；路基竣工后6个月，路基沉降已趋于稳定，总沉降值总体上较小，最大沉降值为8mm。（2）实验段路基地基处理采用换填、强夯动力固结、CFG桩复合地基、桩-网结构路基、桩-板结构路基五种措施，处理后地基承载力要求不小于200KPa；路堤填高小于8m且一般采用AB组填料填筑并采用冲击碾压追加压密。设计估算路基工后沉降小于13 mm，其中地基工后沉降小于5 mm，路基填土工后沉降小于8 mm。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,（3）实验段路基施工质量符合设计要求。（4）为考察轨道及列车荷载加载对路基沉降的影响，选择DK136+142152代表性工点进行模拟轨道及列车荷载加载预压。图片1为DK136+142152模拟轨道及列车荷载加载预压现场。实测预压荷载作用下路基面沉降值小于1mm。,图片2 DK136+142152模拟轨道及列车荷载加载预压现场,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,（5）桥梁墩台及涵洞沉降表明其沉降值小于5mm。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,遂渝线无砟轨道试验段路基工后沉降评估工作，由铁道部科技司组织专家会议进行。会议听取了设计、施工单位的沉降观测及工后沉降预测分析报告，查阅了设计、施工、监理有关文件，沉降观测及工后沉降预测资料，察看了现场，评估认为：遂渝线无砟轨道路基工后沉降满足铺设无砟轨道技术要求。,5 无砟轨道施工方案再评估 根据线下工程沉降变形的预测与评估结果，应对无砟轨道施工方案进行再评估。（1）无砟轨道结构适应性评估：根据预测的线下工程沉降变形，选择适宜的无砟轨道结构形式。（2）无砟轨道结构施工组织方案评估：原则上将预测的线下工程沉降变形较大的地段安排在后期施工。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,6 体会,2007年1月，遂渝线无砟轨道试验段进行了实车综合试验，客车最高试验速度232km/h，货车最高实验速度141km/h。试验表明：路基及过渡段动力性能、无砟轨道桥涵动力性能等均达到预期效果。2007年4月18日，遂渝线无砟轨道试验段通车运营。通车运半年多，线路稳定，运营状况良好。遂渝线无砟轨道试验段成功建设，取得系列丰硕的成果，我们深刻体会到：建立高精度测量控制网、科学的沉降观测方案及其实施、正确的工后沉降评估技术是实现路基工后沉降有效控制的一个重要的环节和措施。,遂渝线无砟轨道综合试验段工程实践及体会,5、几点建议,几点建议,为了搞好客运专线无砟轨道铁路工后沉降评估工作，除建设各方各级领导重视外，必须切实抓好以下技术工作：,（1）建立高精度测量控制网 高精度测量控制网是无砟轨道客运专线勘察、设计、施工及运营必不可少的重要基础，在无砟轨道线下工程沉降观测与评估工作阶段，它是所有观测数据真实性和可靠性的保障。,（2）制定科学的沉降观测方案 准确、可靠的观测数据是真实反映线下工程变形、科学预测其工后沉降的基础资料，因此必须制定严密、科学的沉降观测方案，并不折不扣地实施。,（3）实施第三方平行观测 沉降观测是进行工后沉降预测与评估的最为重要和基础的工作，沉降观测数据的真实、有效，是工后沉降预测与评估工作的前提。因此，有必要对重要的沉降观测数据进行验证。对典型工点、重要部位的沉降观测实施第三方平行观测，对保证沉降预测与评估的质量意义重大。,（4）进行全面与整体评估 在单个独立工点的变形数据进行分析预测和评估基础上，还应对区段或全线的所有工点的变形进行纵向连续的全面与整体评估，只有当所有工点的工后沉降以及因差异沉降造成的折角满足铺设无砟轨道技术要求后，才能铺设无砟轨道。,几点建议,谢谢大家！,魏永幸 WEI Yong-xing教授级高级工程师Senior Engineer of professors force注册土木(岩土)工程师Registered civil Engineer(Geotechnical)国际项目管理C级专家International Project Management Professional for C 中国中铁二院技术中心副主任Deputy Director of Technlogy of CREEC联系电话Tel：传真Fax：86-28-86446769:电子邮箱e-mail：,