黄土地区高速铁路线下工程沉降监测与变形预测分析——以郑西客运专线为例

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1、第一章绪论个满足施工、运营维护的沉降监测网。通过总结无碴轨道铁路建设经验认为，要成功地修建无碴轨道，就必须有一套完整、高效且比较精确的沉降观测和沉降预测系统。郑州至西安铁路客运专线设计时速350km／h，是我国也是世界上在湿陷性黄土地区建设的第一条高速客运专线铁路。沿线黄土分布广泛，其中湿陷性黄土区段占全线总长度的80％，自重湿陷性黄土占线路总长度的27％，湿陷程度从轻微级到很严重级在整个路段均有分布，涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型。由于沿线湿陷性黄土的工程性质非常复杂，客运专线对黄土路基、桥梁

2、和隧道的特殊要求以及可供借鉴的研究成果和工程经验不足。目前，我国还缺乏修建250krn／h以上速度高速铁路的实践经验，尤其是在线下工程基础沉降方面，目前还没有一套比较完整而又实用的监测和预测方法，现行各种设计规范也只是对工后沉降及不均匀沉降的大小作了规定。这就要求我们基于合理的理论依据，建立适合我国实际的客运高速沉降监测方案，进而提出工后沉降预测办法，寻求出基础沉降随时间的变化规律，得出沉降和时间的关系曲线，分析影响基础沉降的主要因素，进而提出减少工后沉降所能采取的工程措施。因此，以郑西客运专线

3、为例研究黄土地区高速铁路沉降观测及其预测分析问题具有极其重要的实践价值和理论意义。1．2本文的研究思路及主要工作无碴轨道铺设条件评估的重点是线下工程的沉降变形，评估应综合考虑沿线路方向各种结构物间的变形关系。为此，我们必须做好郑西客运专线施工期间的沉降观测，并对路基、桥梁及隧道工程的沉降观测资料进行分析，预测工后沉降，确定无碴轨道的铺设时间，评估路基工后沉降控制效果，以确保无碴轨道结构的安全。沉降预测分析在高速铁路沉降监测中具有重要意义，由于各种理论计算方法本身的局限性及许多因素诸如基础形式、上

4、部荷重、场地工程地质、水文地质条件、基础施工质量以及加荷速率等的影响，完全依靠理论计算有时是不可能的或不精确的，而沉降观测值是以上诸多因素综合作用的结果反映，所以常常根据前期实测沉降数据来预测后期沉降，并能及时提出防治措施，以免线下基础在以后产生过大沉降。迄今为止，已经有许多预测沉降的方法，如Asaoka法、指数曲线法、双曲线法、星野法以及灰色理论方法等等。这些方法各有各自的特点，一种计算模型对某一种实际情况的预测可能是有效的，但对另一种情况未必适用。本文将通过灰色时变参数模型和双曲线模型对工程

5、进行沉降预测，并进行相互比较，确定一个合理的适合其地质条件的计算模型。(1)本文首先在沉降监测网建立，包括基准网及变形监测点的设计，布设及观测，对路基，桥墩，涵洞，隧道及过渡段的观测内容、观测精度、观测频度以及沉降评估的长安大学工程硕十学位论文内容等方面做了详细的论述。对具体沉降监测的实施作了全面的介绍。(2)灰色系统预测模型GM(1，1)1)建模前的数据处理即灰色序列生成本文对无碴轨道的线下工程沉降利用灰色系统预测模型GM(1，1)进行建模，将各个时段的累积沉降量作为灰色序列生成的原始序列。灰

6、色系统理论是通过对原始数据的挖掘，整理来寻求其变化规律的。灰色序列生成的方法有：①均值生成算子，这种方法适用于构造新数据、填补原序列空穴、生成新序列的方法；②级比生成算子，当序列的起点和终点为空穴时，采用这种方法生成序列；③累加生成算子与累减生成算子。累加生成算子是灰色系统理论中重要的一种序列生成方法。累减生成是在获取增量信息时常用的生成，累减生成对累加生成起还原作用。累加生成算子和累减生成算子是一对互逆的序列算子。本论文将采用累加算子和累减算子以及均值算子来生成序列。2)模型的求解本文采用最小

7、二乘法对模型中的参数进行确定。(3)工程实例分析本文利用郑西客运专线收集的桥墩沉降观测数据，通过Matlab编程构造了一个算例，对18．2捍，19—2挣，20．2#---个沉降观测数据量相对较少的桥墩作了预测分析，并将其与双曲线模型的预测结果进行了比较。此后进一步对62．销，62．5撑两个沉降观测期数多、观测时间长的桥墩利用非等时距GM(1，1)模型进行预测，同时将其与双曲线模型的预测结果进行了比较。最后对这两种算法在不同原始数据量下的预测结果进行分析。第二章黄土地区路摹沉降计算与预测方法研究第

8、二章黄土地区路基沉降计算与预测方法研究2．1黄土路基沉降计算研究现状一般认为，地基沉降的理论分析方法可归纳为两种类型，即理论公式法和数值分析法。理论公式法建立在太沙基等人创立的经典土力学基础上，其中引入了许多简化假定，这些方法具有简便、直观、计算参数少且易取得等优点。数值分析法则是近代土力学研究的产物。70年代以来，随着计算机和有限元应用技术的发展，人们可以将复杂的土工计算问题编制成有限元程序，从而得到较准确的计算结果。利用数值分析方法，可以较全面的考虑土体的变形特性及其边界条件，理论上也较为严