谈客运专线路基沉降变形观测与评估

[12-11 17:01:08]   来源:http://www.tmgc8.com  铁路工程   阅读:3574

  ②计算和实测沉降值的比较:具体操作时,应对路基工点每一观测断面的各观测面(数据见表2-3)沉降绘制施工过程(包括观测期)沉降随时间发展的曲线,如下图3-4(以武广客运专线DK1948 106为例)。在此基础上由评估单位对每一路基工点进行各观测面的最终沉降分析。并对每一路基工点应制作沉降分析结果汇总表,如下表4(以武广客运专线DK1948 106为例)。
  ③沉降分析和观测结果比较应按要求及时送业主咨询、设计单位,如果发现测定的沉降明显大于计算沉降,超过设计值20%及以上时,应及时通知设计方、咨询方和业主,由咨询方组织进行分析讨论,确定原因,采取相应措施。   5.3 推导各观测断面沉降变形拟合曲线
  ①为了尽可能准确的预测工后沉降,应对基床表层部(沉降观测桩或超载预压时为沉降版)观测的沉降进行曲线拟合,对路堤区段可根据路堤填筑完成后沉降观测桩(或在超载预压时为沉降板)观测的结果为基准。曲线拟合一般以中心观测桩结果为主,路肩观测桩为参考。对路基横断面不对称区段(例如基底地面横坡≥1:5应相应考虑路肩监观桩测定结果)。
  ②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。应当指出,在推导沉降拟合曲线时后期的沉降观测结果特别重要,要重点考虑。
  ③通常采用的沉降拟合曲线有以下几种:
  双曲线法:假定沉降量st随时间t的发展过程符合双曲线方程,用下式表示www.tmgc8.com
  St= S0
  式中S0-初期沉降量(t=0);St-t时刻沉降量;to-起点时间,一般取填方施工结束日;α、β-实测数据经过曲线回归求得的系数。
  三点法:假定沉降量s t 随时间t 的发展过程可用下式进行描述:St= S∞
  式中 sd-瞬时沉降; s∞-最终沉降量;α、β-实测数据经过曲线回归求得的系数。
  Asaoka(浅岗法)法:假定沉降量st 随时间t的发展过程可用下式进行描述
  该关系式是根据一维条件下以体积应变表示的固结方程推导得到。
  指数曲线法:实测沉降曲线自拐点B(t0,s0) 点开始,近似采用指数曲线延伸。
  指数曲线方程可由下式表示
  式中η-待定常数;
  拓展双曲线法:假设沉降时程曲线近似于双曲线,可以用以下方程式进行描述
  St=其中
  式中t-自土方工程开工以来时间(天);st-t时刻的沉降(mm);σ-t时刻的荷载(kPa);σmax-设计最大荷载(kPa)。
  5.4 各观测断面工后沉降的预测
  ①路基沉降预测应采用曲线回归法,并满足以下要求:根据路基填筑完成或堆载预压不少于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;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;路基填筑完成或堆载预压后,最终的沉降预压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)。
  ②在观测沉降三个月后(以完成路堤填筑埋设沉降观测桩为始点),即完成第一个拟合曲线推导后可进行第一次工后沉降预测。
  为了进行工后沉降预测,除了对路基工点各观测断面以迭代方式确定相应的沉降拟合曲线s(t)外,还应根据具体施工组织计划确定以下时间点:a预计铺设无碴轨道时间点T0,b预定运营完成的时间点T3(100年)。

对每个路基工点的各个观测断面要分别预测其相应的工后沉降,工后沉降计算值由评估单位提供。
  ③工后沉降计算方法。沉降拟合曲线满足《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估指南》(铁建设[2006]158号)的要求后,进行工后沉降计算。根据《武广客运专线沉降变形观测系统实施细则》(武广工[2007]119号)文的规定,工后沉降SR(不包括交通荷载引起的附加沉降)由两部分组成,工后沉降的计算方法为SR=S(T3-T0) Sst,其中T0-预计铺设无碴轨道时间点;T3-预定运营完成的时间点(T3=T0+100年);S(T3-T0)-路基在铺轨后至运营完成所发生的沉降; Sst-铺设无碴轨道结构自重发生的沉降。
 预铺轨时间点沉降量和运营完成时沉降量均可以根据原始观测数据,采用软件预测得到,即可以很方便的计算S(T3-T0)。由于无碴轨道结构自重不大(参照HEITKAMP海德坎普公司《无碴轨道下部结构沉降评估第8号报告》,结构层荷载取为15kPa),且在铺轨前路基已经过了一个趋于稳定的沉降变形期(要求最后观测沉降量达到最终沉降量的75%以上),因此,相对于路基填筑期的沉降量而言,变形趋于稳定后所施加的结构荷载所引起的沉降量是有限的。根据《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估指南》,对于多级加载的情况,在不考虑地基土的非线性特性条件下,荷载增量引起的最终沉降量与荷载大小成正比,即Sk=CΔPk,式中Sk-第k级荷载增量引起的最终沉降量;ΔPk-第k级荷载增量。应用上述原则,将轨道结构层看作为路基本体填筑完成后的一个荷载增量,其引起的沉降量与结构层荷载成正比,而沉降量Sk与ΔPk的比例系数C可根据铺轨前沉降观测资料确定,即C= S∞/γh Ssk= C×ΔPk,式中S∞-利用铺轨前观测资料预测的最终沉降量;γ-路基平均填土容重;h-路基填土总高度。则结构层引起的沉降量为Ssk=C×ΔPk=ΔPk *S∞/γh,式中ΔPk-轨道结构层荷载。另外,由于拓展双曲线法引入了荷载系数的概念,其荷载系数的计算过程中实际已考虑了结构荷载的影响。因此,在采用拓展双曲线法进行沉降预测分析时,其工后沉降量不能按照上述公式进行计算。按照德国相关轨道工程实际采用的方法,工后沉降SR为预测出的最终沉降值与观测的当前沉降值之差SR=Smax-St。
  ④过渡段折角计算方法。可采用下列公式计算过渡路基段相临结构物之间的折角:α=1/(ΔL/ΔSR)www.tmgc8.com
  其中ΔL-结构物与过渡路基段间的距离;ΔSR-结构物与过渡路基段间的工后沉降差。
  5.5 铺设无碴轨道技术条件的评定
  对每个路基工点应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,并检查所有观测断面的预测工后沉降是否满足以下要求:SR=S(T3-T0) Sst≤15mm,同时审核其预测工后沉降差异是否≤5mm,折角≤1/1000。
  此外,还应检查同一个观测断面前后两次工后沉降预测值的差异,如果其差值≤8mm,可以为预测的工后沉降具有足够的可言度。
  设计预计总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量的差值不宜大于10mm。
  如果一个路基工点所有的观测断面满足以上要求,该路基工点可以铺设无碴轨道。
  参考文献:
  [1]《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设[2006]158号).
  [2]《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》(铁建设[2006]189号).
  [3]《新建铁路工程测量规范》(TB10101-9989号).
  [4]《武广客运专线沉降变形观测系统实施细则》(武广工[2006]119号).

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