高速铁路路基沉降测量控制
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【摘要】：本文通过分析当前高速铁路路基发生沉降的原因与危害，以及控制好高速铁路路基沉降的必要性，进而讨论高速铁路路基沉降测量控制中的具体要求。此外还论述和分析了当前高速铁路预测路基沉降量的方法，包括遗传算法、曲线法、BP神经网络法以及灰色系统法。
【关键词】：高速铁路；路基沉降；测量控制
中图分类号： TF351 文献标识码： A 文章编号：
一.引言
为了确保高速铁路在建设过程中控制路基沉降工作的顺利展开，正确掌握路基沉降预测模型以及观测工作的基本要求是必要的条件。而在实际的工作当中必须要严格依照路基沉降观测的基本规范要求，建立适当的高速铁路路基沉降预测模型。将高速铁路路基沉降值控制在允许范围之内，从而有效的完成建设高速铁路的任务。
二.高速铁路路基发生沉降的原因以及控制的必要性
改革开放以来，随着国内交通运输事业的快速发展，高速铁路作为一种高速运行的交通运输工具，并在国家经济建设当中扮演越来越重要的角色。进入到新世纪后，全国各地掀起了建设高速铁路的浪潮，郑西高铁、武广高铁等一批国家重点建设的项目相继得以完工。而其中路基沉降控制的好坏直接直接影响着整个高速铁路建设的质量。所以，在建设高速铁路的过程当中，必须要合理科学的采用各项路基沉降观测标准与技术，只有提出合理科学的技术管理方法，才可以从根本上确保高速铁路建设的质量，进而保证在项目交付使用后路基的刚度、强度以及稳定性。
三.高速铁路路基沉降测量控制要求
做好观测高速铁路路基沉降工作是保证控制高速铁路沉降工作顺利展开的前提条件，为开展现场路基沉降控制工作提供了重要资料与数据。所以，在测量过程中，地质探测人员以及工程技术人员必须要采用科学的方法与技术来实施观测前的准备、观测中实施步骤、观测后总结与分析数据结论。
1. 观测高速铁路路基沉降相关设备的要求。在实际观测高速铁路沉降中要求要有极高的准确度，从而确保高速铁路路基在不断加强负荷的状况下，准确测出数据。我国高速铁路建设技术标准中明确的指出来：观测沉降的误差值不应该大于变形值的0.05～0.1倍，所以在进行观测沉降的时候，一定要使用精密水准仪。因为通常的水准仪都会受到温差与环境的影响，导致结果中误差值相对比较大，所以在进行测量时一定要使用受此影响相对较小的精密水准仪。就算是受到高速铁路施工现场条件的限制，也应该采用第一标尺来进行观测。
2．观测沉降时间的基本要求。在对高速铁路路基进行初次观测时必须要严格按制定的观测时间来实施，不然就会导致所得数据不是原始的数据，进而使观测的沉降没有任何实际意义。在其他各阶段中应该依次来进行复检，依据具体的施工情况来按时进行，严厉杜绝补测甚至是不测等弄虚作假的行为，从而保证观测沉降数据的真实性与精确性，并且在高速铁路路基设计和施工当中发挥应有作用。
3.对路基沉降观测人员职业素质的要求。在高速铁路路基的设计和施工当中，沉降观测人员应该要经过系统专业的理论学习，并定期参加由国家各级地质管理部门所组织的业务培训，进而不断提高施工人员的职业素质。具体在高速铁路路基沉降观测当中，现场的技术人员应该要灵活、因地制宜的运用理论知识，并根据现场观测情况准确运用误差原理来进行分析，从而找出相对应的解决方法。快捷、专业、准时的完成观测任务是一名合格沉降观测人员必备的职业素质。
4.理论要联系实际并采取适宜的观测方法与标准。依据高速铁路建设地区水文、地质、环境、气候、湿度、温度等条件的不同情况，应该选择使用的沉降观测精密程度也不尽相同。在没有特殊的质量与技术要求的高速铁路工程项目中，使用二级观测水平的观测方法就能基本上满足技术需求。
5.实际观测的具体要求。在进行高速铁路路基沉降观测之前，要事先核查观测仪器是否齐全，仔细检查需要长期使用的仪器，并且查看仪器的各类指标是否符合标准要求。在沉降观测的过程当中，各方面人员应该互相配合，经常协调沟通，做到不少测不漏测，从而为高速铁路路基提供有效的观测数据。
6.对沉降观测地点的要求。沉降观测是一项非常严谨的任务，对观测点地点有着很高要求，除了应考虑准确反映实际的沉降情况，同时也要考虑到观测的方便。一般选择观测地点在地势较平坦的位置，并且地貌的纵向与横向之间相互对称，它们之间的最佳保持距离应该在20m的范围内。
四.路基沉降预测模型的应用
当前高速铁路对路基沉降量的预测方法分为两大类：其中一类是通过对路基土的室内试验获取路基土的参数，与此同时还要选择恰当的计算模型来计算高速铁路路基的沉降量；而另外一类则是通过处理实测的沉降数据，并且分析获得沉降量的一般规律，进而来预测高速铁路路基的沉降量。依据实测资料推测最终沉降量，总结归纳有四种测量方法：曲线法、灰色系统法、BP神经网络法以及遗传算法。
1.曲线拟合法。通过分析实测时间与资料的关系，为时间与沉降曲线建立合适的函数方程，再依据建立好的函数来推算在未来的某个时刻沉降量的大小。高速铁路工程通常使用的拟合曲线法主要有：指数曲线、双曲线法、时间对数法、成长曲线法、三点法、抛物线法以及沉降速率法等。
2.灰色系统理论。它是由我国的著名学者邓聚龙教授在1982年创立的一门新兴的学科，通过生成与开发“部分”已知消息，提取出有价值的信息，实现有效控制与正确描述系统的运律。灰色系统预测是处理原始的数据、建立灰色模型，掌握并发现系统的发展规律，对系统的未来状态做出科学的定量预测。通过对原始数据的序列进行一定的变换，定义合适的序列算子与序列灰导对算子作用后的序列，然后建立GM模型的近似微分方程，经过检验精度后，就能够进行预测了。GM模型也是最经常使用的预测模型，因为有诸多的外界因素干扰系统，所以一般对GM模型进行一定修正，从而取得更佳预测效果。
3.人工神经网络。它是对自然或人脑神经网络的若干基特性进行模拟与抽象，是一种非线性的动力系统，具有大规模分布信息的存储以及并行处理能力，具有良好的组织性、适应性以及很强的联想、学习、抗干扰、容错能力。这种方法在处理非线性的问题上，具有它自身的独特优越性。在岩土工程当中沉降预测神经网络建模法主要包括两种，其中一种是把各种影响因素与沉降的关系用神经网络隐式来进行表达，由已知的外界影响因素来推断此时的沉降量，也就是BP网络。而另外一种方法则不考虑沉降量的各种影响因素，而建立当前沉降与过去各沉降的历史值之间的神经网络模型，也就是Elman模型。
4.遗传算法。它主要是有着高度随机、并行、自动搜索的一种新型计算方法。与常规的优化方法来比较，遗传算法没有直接与模型参数打交道，而是通过处理代表参数的编码。遗传算法在整个施工过程当中，同时控制着一个解群，而不是局限在一个点上，这样就大大增强了搜索的效率，并防止陷入到局部极值；在进行求解的时候，不需要计算目标函数微分，所以对约束条件以及目标函数没有十分苛刻的要求，这种方法在处理高度非线性问题方面和传统方法相比，有着十分显著的优势。
五.结束语
从上述讨论可知，为了确保高速铁路建设中路基沉降测量控制工作的顺利展开，正确掌握高速铁路路基沉降预测模型以及观测工作的控制要求是不可或缺的必要条件。在实际的工作当中应该严格的遵守高速铁路路基沉降观测的基本规范与要求，建立恰当的高速铁路路基沉降预测模型，从而保证高速铁路路基沉降量在允许值的范围内，圆满有效的完成高速铁路建设的任务。
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