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高速铁路沉降观测数据生产过程质量控制与管理西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都，610031摘要：高速铁路中最重要的两个特点是高平顺性和高稳定性，这两个特点决定了线下工程沉降变形监测的意义和重要性。沉降观测数据是复杂的、海量的，只有通过对数据进行合理的有效的管理和控制，才能保障高速铁路的顺利建设。本文通过对沉降观测数据生产全过程进行工序分解，设置一套严格的质量管理和控制措施，保证沉降监测作业的顺利实施和作业过程的规范化。建立及时的沉降数据质量信息反馈系统，实现沉降观测的可靠可控，提高沉降观测中数据生产的质量，从而有力保障高速铁路的建设。关键字：高速铁路 沉降观测 数据管理 质量控制 过程控制1 引言近年来，随着我国经济建设的飞速发展，高速铁路的建设发展更加调换位置更通顺迅猛。高速铁路中最重要的两个特点是高平顺性和高稳定性1，这两个特点决定了线下工程沉降变形监测的意义和重要性。高速铁路无碴轨道对路基、桥涵等线下工程的工后沉降要求严格、标准高，设计中对土质路基、桥涵墩台基础等均进行了沉降变形计算，采取了相应的设计措施，而影响沉降计算的因素较多，沉降计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降，因此必须对线下工程实施沉降观测2。高速铁路沉降观测数据是海量的、复杂的，如何对其进行有效的管理和控制，将直接关系沉降评估工作是否可以有效开展，进而对无碴轨道的铺设产生影响。由此可见，沉降变形观测的数据管理在高速铁路建设中具有十分重要的意义。高速铁路沉降观测实际是一个有严格工序的生产过程，生产的沉降数据产品的质量管理更是一个复杂的系统工程，涉及管理理论、控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表等相关知识，具有很强的理论性、综合性、实践性和程序化特性。本文通过对沉降观测数据生产全过程进行严格的管理和控制，建立及时的沉降数据质量信息反馈系统，以提高沉降观测中数据生产的质量，并降低生产能耗提高效率。为后期的线下工程沉降评估奠定基础，保障高速铁路的顺利建设。2 高速铁路沉降变形观测简介高速铁路线下工程沉降变形观测与评估是无砟轨道铺设前的关键环节，做好沉降变形观测与评估工作对于高速铁路的建设和运营维护具有重大意义3。无碴轨道的铺设对线下工程工后沉降要求非常严格，必须确保工后沉降不应大于15mm，路桥、路隧结构物过渡段的不均匀沉降差不大于5mm，纵向变形折角不大于1/1000。施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降观测数据进行系统的综合分析评估，验证或调整设计措施，使路基、桥涵、隧道工程达到规定的变形控制要求。并分析、推算出最终沉降量和工后沉降，合理确定无碴轨道铺设时间，确保高速铁路无碴轨道铺设质量4。2.1 沉降变形观测技术要求高速铁路线下工程结构物变形是无碴轨道铁路的重要参数，一直贯穿于设计、施工、运营养护、维修各阶段，为使这一重要参数所获取的数据科学、可靠并连续，因此在工程设计阶段，应对变形测量进行规划、设计，施工时建立线下构筑物变形监测网，对线下构筑物进行变形观测。根据客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规范，高速铁路施工控制网采用1985国家高程系统，线下工程垂直位移监测一般按沉降变形等级三等（国家二等水准测量）的要求施测5。表1 沉降变形测量等级及精度要求等级垂直位移测量沉降变形点高程中误差（mm）相邻沉降变形点的高差中误差（mm）二等0.50.3删除二等变形等级三等1.00.5根据沉降变形测量精度要求高的特点，垂直位移监测网用分级布网逐级控制的方法布设，沉降变形监测网应布设成闭合环状或附合水准路线等形式。表2 垂直位移监测网技术要求等级相邻基准点高差中误差（mm）每站高差中误差（mm）往返较差、附合或环线闭合差（mm）检测已测高差较差（mm）使用仪器、观测方法及要求二等0.50.13DS05型仪器，按客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定一等水准测量的技术要求施测。同上三等1.00.3DS05或DS1型仪器，按客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定二等水准测量的技术要求施测。注：n-测段的测站数，R-附和路线或环线长度(km)，F-检测已测测段长度(km)。2.2 沉降变形观测点的布设要求变形测量点分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合下列要求6：（l）基准点应选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点，且基准点的间距不大于1公里。基准点使用全线二等精密高程控制测量布设的基岩点、深埋水准点、CPI、CPII和二等水准点。基准点标石埋设规格应符合图1的规定。注：1盖；2砖；3素土；4贫混凝土；5冻土线图1 基准点标石埋设图（2）工作基点应选在比较稳定的位置。要求这些点在观测期间稳定不变，测定变形点时作为高程和坐标的传递点。对观测条件较好或观测项目较少的工程，可不设立工作基点在基准点上直接测量变形观测点。加密后的水准基点或工作基点间距200m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。（3）变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏变形体的外观和使用。变形观测点主要是指路基观测断面的沉降板、观测桩、剖面管等，桥墩承台和墩身监测点，及其他线下结构物监测点。2.3 沉降变形观测使用仪器和实施方法要求受高速铁路高平顺性和高稳性的要求，高速铁路添加主语改变了以往运用精密光学水准仪进行监测，而采用精密电子水准仪，这样大大减小了人为因素的误差，从而提高了数据精度性和可靠性，同时，也顾及到了变形观测的高精度容易受到多种外界因素对数据质量的影响。为确保观测数据质量的可靠性，变形观测时应遵守“五固定”原则，即固定观测路线，固定观测方法，固定测量仪器和设备，固定观测人员，在相同环境和观测条件下进行监测。2.4 沉降变形观测时间和频次要求高速铁路线下结构物的沉降观测对时间有严格的限制条件，应按照制定的实测方案中规定的观测周期准时进行观测，特别是首期观测必须按时进行，只有这样才能得到准确的、系统的沉降情况或规律。一般情况下应该严格按客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南规定的观测时间要求进行观测7。详见表3。表3 沉降变形观测时间和频次一般规定线下工程类型观测时间观测频次路基主体工程完工后不少于6个月填筑或堆载1次/天堆载预压或路基施工完毕1次/周桥涵主体工程完工后不少于6个月全程1次/周墩台施工、架梁、架梁机通过荷载变化前后各1次梁体主体工程完工后不少于6个月预应力张拉前后各1次梁体附属设施安装安装前后各1次张拉完成无碴轨道铺设前1次/1、3、5天，后期1次/周隧道主体工程完工后不少于3个月1次/周注：该观测时间及频次都未涉及无碴轨道铺设后。3沉降观测数据生产过程管理与控制3.1沉降观测前期工作管理 观测评估工作开始前，设计、建设、评估单位应联合制定线下工程沉降观测与评估实施细则，就有关人员组织培训班和答辩会。各方单位进行技术交底，明确工作要求，具体内容包括：（1）观测断面设置要求，观测标埋设和保护要求；（2）观测精度和观测频次要求；（3）观测数据、资料管理要求；（4）电子水准仪和观测数据管理软件的使用培训；（5）异常数据的分析和应对措施。施工单位和监理单位联合评估单位根据技术交底情况，组织沉降观测技术人员进行系统培训。施工单位根据相关技术要求和技术规范，制定线下工程沉降观测作业指导书，主要内容包括：（1）人员、设备情况；（2）观测组织机构情况；（3）针对不同观测项目，明确相应的观测技术要求和实施方法；（4）特殊工点与特殊情况的处理方式。监理单位和设计单位对施工单位的线下工程沉降观测作业指导书进行核查，是否满足相关要求。同时为确保施工单位的沉降观测数据真实可靠，监理单位应根据相关技术要求编写线下工程沉降变形平行观测作业书和线下工程沉降变形观测监理工作报告，实施平行观测。评估单位应编写线下工程沉降变形观测外业抽检作业书，按照作业书的删除指导组织人员进行外业抽检工作。3.2沉降观测辅助工程属性资料管理 施工单位要及时向评估单位提交沉降观测一次性文件，主要涉及工程施工概况、沉降观测控制网和观测点的详细信息。主要内容包括：（1）沉降观测点属性信息文件；（2）沉降观测点的位置布置图；（3）沉降观测工作基点坐标成果文件；（4）沉降观测数据文件夹编排格式文件；（5）沉降观测基准点、工作基点和观测点的图片文件，及点之记文件。设计单位应根据观测断面位置布置，填写沉降设计值表，提交给建设单位、施工单位和评估单位。同时向建设单位和评估单位提供有关工程设计的文件，包括线下工程结构类型、全线地质资料和相应工程措施等。3.3沉降观测外业监督管理 在实施沉降观测前，监理单位要对施工单位的观测网布置、观测仪器购置和观测标埋设进行核查，审核外业观测人员资质和仪器检核证书，编写沉降观测审查报告。在实施沉降观测中，监理单位应组织专业人员对施工单位的沉降观测进行旁站监督，建立考勤制度，对施工单位外业观测人员实现登记考核，切实保障外业观测严格按照沉降观测作业指导书进行。同时，监理单位应定期组织专业观测人员采用与施工单位相同的观测方式进行平行观测，每月编写平行观测月报。3.4沉降观测数据质量审查3.4.1测点编码规则为了有效对海量沉降观测数据进行系统的管理和分析，必须结合高速铁路沉降观测的技术要求和数据库软件的数据格式要求，对全线沉降观测数据采用统一的标准和格式。对于观测标的命名格式应简洁反映该点的里程、类型和位置，具体编号采用以下方式：里程测点类型编码测点位置编码里程采用7位阿拉伯数字，前4位为千米桩，后3位为百米桩（取整）；测点类型编码采用1位英文字母；测点位置编码采用1位阿拉伯数字。测点编码共计9位。详细编码见下表所示：表4 测点类型编码方式测点类型测点类型编码测点位置及其对应的位置编码沉降板L基底(1)，路基面(2)观测桩G左(1)，中(2)，右(3)承台观测标C左(1)，右(2)墩身观测标D左(1)，右(2)隧道观测标S左(1)，右(2)3.4.2沉降观测入库数据审核进行沉降变形观测的最主要目的是通过沉降观测数据来反映线下工程的沉降，因此沉降观测数据的质量对控制线下工程沉降具有重要意义。在进行沉降评估前，施工单位应充分利用沉降观测评估数据管理软件对入库数据进行质量审查，为实现对整个沉降观测数据进行严格的质量控制，最大限度的杜绝错误信息进入数据库中。具体审查内容如下：（1）有关沉降量的质量控制：本次沉降量小于-2mm或大于4mm；累计沉降量大于15mm；沉降值为负且隆起大于2mm；同一断面上不同观测标累计沉降差值大于3mm；相邻断面上累计沉降差值大于5mm。（2）有关测点属性的质量控制：实测测点编码与测点属性表中的测点编码对应情况；测点工程属性信息是否录入；测点断高信息录入是否正确；测点观测期次是否缺失。（3）有关沉降观测数据文件的质量控制：沉降观测数据文件命名是否正确；沉降观测数据文件编排格式是否正确；沉降观测数据文件是否缺失；沉降观测线路闭合差、中误差是否超限。沉降观测数据一般一个月（若数据量大，可缩短到半个月）进行一次入库操作，在入库前必须对以上内容进行全面的审查。若存在上述情况，应及时与施工单位联系，提供数据审查报告。施工单位应针对上述情况立即审查沉降观测和数据处理中是否存在异常操作，及时出具书面说明整改数据整改报告；若沉降观测和数据处理都未发现异常情况，可出具简单书面说明，继续加强后期沉降观测，以验证测量数据。3.5沉降观测外业抽检控制3.5.1监理单位平行观测控制为校核施工单位观测成果，监理单位必须进行沉降变形平行观测。监理单位应组织专业观测人员按照“换手复测”原则，采用与施工单位相同的水准路线，依据线下工程沉降变形平行观测作业书的指导，独立、严格的进行沉降变形观测，严禁直接利用施工单位的置镜观测来读取数据。平行观测数量要求一般不少于施工单位总测数的10%，对于地质复杂、沉降变化大以及过渡段应不少于施工单位总测数的20%。平行观测区段应选择关键地段，进行重点监测，平行观测区应均匀覆盖整个观测区段，获取完整的沉降观测数据与施工单位进行比对。若出现较大差异应及时提出，首先进行自检，在自检无误后，要求施工单位对沉降观测数据进行审核，是否存在异常情况，同时报建设单位和设计单位审核。监理平行观测单位应提供荷载时间沉降发展过程线（PTS曲线）等完整、准确的平行观测资料给评估单位。3.5.2评估单位外业抽检控制由于高速铁路线下工程沉降观测数据对于预测工后沉降有极其重要的意义，为确保沉降观测数据真实可靠，评估单位应根据线下工程沉降变形外业抽检作业书对施工单位的沉降观测进行外业抽检。评估单位应根据施工单位观测工作进度合理安排抽检工作，抽检日期尽量与施工单位的观测日期相同或接近。抽检频次应达到施工单位观测频次的50%，首期抽检覆盖整个沉降观测区段和工作基点，做到全部工作基点和沉降观测点均有抽检数据，后期抽检可按照区段抽检率为50%或者重点地段100%进行。为保证施工单位沉降观测有一个准确的参考基准，评估单位在施工单位进行工作基点联测后应立即进行工作基点的联测工作，编写工作基点对比分析报告，将对比分析详细情况进行说明阐述。评估单位首期抽检数据应及时与施工单位的首次观测数据进行系统的对比分析，检查施工单位沉降观测是否存在异常情况，编写外业抽检数据对比分析报告。评估单位每月出具一份月度外业抽测工作报告，详细阐述外业抽测情况，包括沉降观测环境状况、工作基点和测点保护状况、工程进度阶段、数据对比分析情况，特别是对于异常情况的分析。3.6沉降评估反馈4数据质量控制管理方法4.1巡检在沉降观测数据生产和入库过程中，巡检是控制质量前提。在沉降观测前期，要对沉降观测监测点的埋设等情况进行现场巡检，确保测点埋设符合要求。在沉降观测中，为了确保观测人员按照规范和细则要求进行沉降观测，必须在沉降观测实施过程中，分派作业人员对整个过程进行旁站监督，对于沉降观测中出现的问题随时做出指导。在沉降观测数据入库中，要监督入库人员使用的是客观数据进行入库操作，所有程序正确规范，没有人为因素的干扰。4.2设置沉降观测试验段高速铁路是一项十分复杂的系统工程，涉及许多领域的关键技术。施工单位要担负高速铁路建设，必须对高速铁路施工中涉及的关键技术进行超前研究8。沉降观测也是如此，应先设置试验段，在进行试验段的沉降观测过程中，总结经验和关键技术，完善工序，净化流程，为后期整体沉降观测提供技术指导和经验借鉴。4.3设置关键质量控制点在沉降观测数据生产和入库过程中，对质量关键点的控制是控制质量的核心。本文对于关键质量控制点的设置如下：（1）人员素质和仪器精度。沉降观测与对保障整个高速铁路建设具有非常重要的意义，主观上，沉降观测人员必须对此应有足够的认识度，热爱测绘和铁路事业，有工作责任感。客观上，观测人员是获取沉降观测数据的主体，必须精通沉降观测的方法，具有相应的资质等级；沉降观测仪器是获取沉降数据的具体工具，精度上必须达到有关规定。只有这样才能获取高质量的沉降观测数据，为高速铁路建设服务。（2）沉降基准点、工作基点和监测点的埋设要合理，保护要严格，要综合考虑整个施工阶段的影响，做到设备和施工相互协调，互不干扰。沉降观测直接作用与监测点上，如果监测点发生变动和破坏，必然会影响沉降观测的质量，甚至造成后期无法观测。因此必须确保沉降观测标的稳定和安全。（3）沉降观测时间和频次。足够的沉降观测时间是工程结构发展沉降和取得足够观测数据的必要条件，是进行工后沉降可靠预测和准确判断其稳定性的保证。沉降观测必须达到评估所需的最低要求，具体要求参见表3所示。观测频次应能系统地记录观测对象的沉降变化过程、真实详尽地反映观测对象沉降变化特征与时间的关系。理论上，观测频次越高、期次越多，记录的沉降信息就越多、对沉降预测分析越有利，但由于观测精度所限，过高的频次并不能有效地反映沉降信息的变化情况。因此设置合理的观测频次不仅可以真实记录沉降变化特征，而且还可以减少沉降观测的工作量。（4）入库数据的质量审查。沉降观测的直接目的就是获得沉降数据，根本目的就是评估线下工程的稳定性，最终目的就是保障高速铁路的建设。其中最重要的还是沉降数据，一切工作的开展都要以沉降数据为基础，控制入库数据的质量显得意义非同。（5）绘制测点时间-沉降曲线。通过施工单位、监理单位的沉降观测数据，绘制测点时间-沉降曲线，及时了解沉降变形的发展态势，对沉降发展加速区、沉降异常点进行信息化监控，查找分析原因，并采取有效措施指导施工。4.4建立质量数据知识库在沉降观测数据生产和入库过程中，建立质量数据知识库是质量控制的基础。高速铁路是一项十分复杂的系统工程, 涉及许多领域的关键技术。各种国家的、行业的规范，技术标准很多，其中的沉降观测也涉及多方面的知识和经验，这些都是一个独立人无法全部掌握的，因此将这些纷繁复杂技术规范、行业标准和专家知识经验总结在一起建立质量数据知识库，对沉降观测进行控制，能更好的确保沉降观测数据的高质量。沉降观测数据也是复杂而庞大的，一条上百公里的铁路其