沉降变形监测技术在铁路客运专线中的应用__期刊目录网,论文发表,发
所属栏目：交通运输论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:253
副标题#e#摘要：本文针对线下工程沉降变形观测在铁路客运专线中的应用，详细介绍了以桥梁、路基等结构物的垂直位移观测及水平位移监测技术及建立独立的变形监测网，对路基、桥梁、隧道和过渡段等不同结构物的基础沉降变形进行综合评估，确认其满足铺设无砟轨道的要求。
关键词：铁路客运专线沉降变形观测垂直位移观测水平位移监测评估
1.概述
沉降变形观测技术是为评估预测线下工程最终沉降量和工后沉降，合理确定无砟轨道铺设时间，确保铺设质量的实施一种技术。铁路客运专线，线下工程沉降变形观测工作以桥梁、路基等结构物的垂直位移观测为主，水平位移监测根据路基（含过渡段）、桥涵工点具体要求确定。
结构物的变形监测应建立独立的变形监测网，覆盖范围一般不宜小于4km，基准点选择应优先考虑利用CPI、CPII和水准基点。
2.沉降变形测量等级及精度要求
沉降变形测量等级及精度要求一般按三等规定执行，对于技术特别复杂工点，可根据需要按二等的规定执行。（见表1）
表1测量等级及精度要求
沉降变形
测量等级 垂直位移测量 水平位移观测
沉降变形点的高程中误差（mm） 相邻沉降变形点的高差中误差（mm） 沉降变形点点位中误差（mm）
二等 ±0.5 ±0.3 ±3.0
三等 ±1.0 ±0.5 ±6.0
3.变形监测网技术要求
3.1垂直位移监测网建网方式
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，根据沉降变形测量精度要求高的特点，以及标志的作用和要求不同，垂直位移监测网用分级布网等精度观测逐级控制的方法布设。对于技术特别复杂、垂直位移监测沉降变形测量等级要求二等及以上的重要桥隧工点，应独立建网，并按照沉降变形等级二等（国家一等水准测量）的技术要求施测或进行特殊测量设计。（见表2）
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 0.5 0.13 2
3
DS05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。
三等 1.0 0.3 4
6
DS05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：F–附合线路或环线长度，km
R–检测已测测段长度，km
3.2水平位移监测网建网方式
一般按独立建网考虑，根据沉降变形测量等级及精度要求进行施测，并与施工平面控制网进行联测，引入施工测量坐标系统，实现水平位移监测网坐标与施工平面控制网坐标的相互转换。
表3水平位移监测网技术要求
等级 相邻基准点的点位中误差（mm） 平均边长（m） 测角中误差（"） 最弱边相对中误差 作业要求
一等 ±1.5 ＜300 ±0.7 ≤1/#p#副标题#e#250000 按国家一等平面控制测量要求观测
＜150 ±1.0 ≤1/120000 按国家二等平面控制测量要求观测
二等 ±3.0 ＜300 ±1.0 ≤1/120000 按国家二等平面控制测量要求观测
＜150 ±1.8 ≤1/70000 按国家三等平面控制测量要求观测
三等 ±6.0 ＜350 ±1.8 ≤1/70000 按国家三等平面控制测量要求观测
＜200 ±2.5 ≤1/40000 按国家四等平面控制测量要求观测
四等 ±12.0 ＜400 ±2.5 ≤1/40000 按国家四等平面控制测量要求观测
3.3沉降变形测量点的布置要求
沉降变形测量点分为基准点、工作基点和观测点三类，其布设按下列要求：
3.3.1基准点
要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，基准点使用全线的基岩点、深埋水准点、CPI、CPII和二等水准点，增设时按国家二等水准测量的相关要求执行。基准点标石埋设规格应符合图1的规定。
3.3.2工作基点
要求埋设在稳定区域，在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程和坐标的传递点。工作基点除使用普通水准点外，按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直位移监测需要。加密后的水准基点（含工作基点）间距200m左右时，可基本保证线下工程垂直位移监测需要。
3.3.3沉降变形点
直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。
3.4沉降变形基准点的设置
每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点。基准点应选设在沉降变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。
3.5基准点和工作基点的检测
工作基点应选在比较稳定的位置，但由于自然条件的变化，人为破坏等原因，不可避免的有个别点位会发生变化。为了验证监测网基准点和工作基点的稳定性，应对其进行定期检测。通常垂直位移监测网的观测分为首次观测和施工过程中的定期复测，定期复测按每6个月进行1次，尽可能结合精测网复测进行。在区域沉降地区应每3个月进行1次复测。如果在两次复测期间，发现工作基点变形超出2倍中误差应及时通知建设单位和评估单位，并提交观测资料。经核实后应对工作基点和变形监测点的各期实测高程进行修正。
4.路基工程沉降变形观测技术要求
路基工程沉降变形观测以路基面沉降观测和地基沉降观测为主，应根据不同的结构部位、填方高度、地基条件、堆载预压等具体情况来设置沉降变形观测断面。同时应根据施工过程中掌握的地形、地质变化情况调整或增设观测断面。
4.1观测断面一般按以下原则设置，同时应满足设计文件要求；
（1）沿线路方向的间距一般不大于50m；对地势平坦且地基条件均匀良好的路堑、填方高度#p#副标题#e#小于5m且地基条件均匀良好的路堤可放宽到100m。对于地形、地质条件变化大的地段应适当加密。
（2）路堤与不同结构物的连接处应设置沉降观测断面，每个路桥过渡段在距离桥头5m、15m、35m处分别设置一个沉降变形观测断面，每个横向结构物两侧各设置一个检测断面。
（3）一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。
（4）对地形横向坡度大于1：5或地层横向厚度变化的地段应布设不少于1个横向观测断面。
4.2观测点一般按以下原则设置，同时应满足设计文件要求；
（1）为有利于测点看护，集中观测，统一观测频率，各观测项目数据的综合分析，各部位观测点须设在同一横断面上。
（2）路堤地段每个监测断面设三个点，分别位于路基中心、两侧路肩，采用监测桩，在路基成形后设置。典型路堤断面沉降观测布置示意图见图2。
图2典型路堤断面沉降观测布置示意图
（3）路堑断面观测分别于线路中心、两侧路肩各设置一个监测点，每个监测断面三个点。监测方法采用监测桩，在路基成形后设置。典型路堑断面沉降观测布置示意图详见图3。
图3典型路堑断面沉降观测布置示意图
⑷路基水准路线观测按国家二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如图4所示。
4.3观测技术要求
路堤地段从路基填土开始进行沉降观测；路堑地段从级配碎石顶面施工完成开始观测。路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6个月的观测期。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，应延长观测时间或采取必要的加速或控制沉降的措施。
沉降观测设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的填筑施工要与设备的埋设做好协调，做到互不干扰、影响。观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行，不能影响路基填筑质量；路基施工不能影响到观测设备。
图4沉降观测点位布设及水准路线观测示意图
路基填筑过程中应及时整理路堤中心沉降观测点的沉降与边桩的位移量，当中心地基处沉降观测点沉降量大于10mm/天或边桩水平位移大于5mm/天、竖向位移大于10mm/天时，应及时通知项目部，并要求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。
4.4观测精度与频次要求
路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，读数取位至0.1mm；剖面沉降观测的精度应不低于8mm/30m；位移观测测距误差±3mm；方向观测水平角误差为±2.5″。
变形监测分四阶段进行，第一阶段：路基填筑施工期间的监测，主要监测路基填土施工期间地基沉降以及路堤坡脚边桩位移；第二阶段：路基填土施工完成后，自然沉降期及放置期的变形监测，该阶段对路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降进行系统的监测，知道工后沉降评估可满足要求铺设轨道止；第三阶段：铺设轨道施工期的监测。第四阶段：铺设轨道后及试运营期的监测。
在填筑期期间，每天监测一次，在沉降量突变的情况下，每天应观测2～3次，当填筑间隔时间较长时应保证不少于3天观测一次。填土结束后1个月内至少每周观测一次，第2、3个月后每2周监测一次，雨后加密监测，3个月后每月观测一次，一直观测到铺轨验交结束。轨道铺设后至试运营期间每月监测一次。同时根据监测数据的变化情况，调整监测频度。
5.桥涵工程沉降变形观测技术要求
5.1观测点的设置原则
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。为满足桥梁变形观测的需要，应在梁体及每个桥梁承台及墩身上设置观测标。
5.2观测技术要求
5.2.1观测顺序
从承台施工完成后，就要开始进行沉降首次观测，承#p#副标题#e#台观测标为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标随基坑回填将不再使用。随施工的逐步进行依次进行墩身、桥台、梁体的变形观测。
5.2.2沉降观测设与施工的关系
沉降观测设备的埋设是在施工过程中进行的，施工单位的桥梁施工要与设备的埋设做好协调，做到互不干扰、影响。观测设施的埋设及沉降观测工作应按要求进行，不能影响桥梁施工质量。
5.3观测精度与频次要求
桥涵基础沉降和梁体徐变沉降变形的观测精度为±1mm，读数取位至0.1mm。
5.3.1墩台基础沉降观测时间间隔见表4
表4墩台基础沉降观测频次表
观测阶段 观测频次 备注
观测期限 观测周期
墩台基础施工完成 / / 设置观测点，进行首次观测
墩台混凝土施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周 承台回填时，临时观测点取消
预制梁桥 架梁前 全程 1次/周
预制梁架设 全程 前后各1次
附属设施施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周
桥位施工桥梁 制梁前 全程 1次/周
上部结构施工中 全程 荷载变化前后各1次或1次/周
附属设施施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周
架桥机（运梁车）通过 全程 前后各1次 至少进行2次通前后的观测
桥梁主体工程完工～无砟轨道铺设前 ≥6个月 1次/周 岩石地基的桥梁，一般不宜少于2个月
无砟轨道铺设期间 全程 1次/天
无砟轨道铺设完成后 24个月 0～3个月 1次/月 工后沉降
长期观测
4～12个月 1次/3个月
13～24个月 1次/6个月
注：1、观测墩台沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。
2、架桥机（运梁车）通过时观测要求：第一次通过和第二次通过前后均需要观测，其后每1次/1天，连续2次；其后每1次/3天，连续3次，以后1次/1周。
5.3.2梁体变形观测频次见表5
表5梁体竖向变形观测频次表
观测阶段 观测频次 备注
观测期限 观测周期
梁体施工完成 &nb#p#副标题#e#sp; / / 设置观测点
预应力张拉期间 全程 张拉前后各一次 测试梁体弹性变形
桥梁附属设施安装 全程 安装前后各1次 测试梁体弹性变形
预应力张拉完成
～无砟轨道铺设前 张拉完成后第1天 1次
张拉完成后第3天 1次
张拉完成后第5天 1次
1～3月 1次/周
无砟轨道铺设期间 全程 1次/天
无砟轨道铺设完成后 24月 0～3个月 1次/月 残余徐变变形（长期观测）
4～12个月 1次/3个月
13～24个月 1次/6个月
5.3.3涵洞沉降观测见表6
涵洞顶填土沉降的观测应与路基沉降观测同步进行。
表6涵洞沉降观测频次表
观测阶段 观测频次 备注
观测期限 观测周期
涵洞基础施工完成 / / 设置观测点
涵洞主体施工完成 全程 荷载变化前后各1次或1次/周 测试点移至边墙两侧
洞顶填土施工 全程 荷载变化前后各1次或1次/周
架桥机（运梁车）通过 全程 前后 至少进行2次通过前后的观测
涵洞完工～无砟轨道铺设前 ≥6个月 1次/周
无砟轨道铺设期间 全程 1次/天
无砟轨道铺设完成后 24个月 0～3个月 1次/月 工后沉降
长期观测
4～12个月 1次/3个月
13～24个月 1次/6个月
注：1、涵洞沉降变形观测时，应同时记录结构荷载状态、黄精温度及天气日照情况。
2、架桥机（运梁车）通过时观测要求：每1次/1天，连续2次；其后每1次/3天，连续3次，以后1次/1周。
6.过渡段工程沉降变形观测技术要求
6.1观测断面和观测点的设置原则
（1）过渡段应考虑线路纵向平顺性和不同结构物差异沉降的观测和评估，桥涵两端的过渡段、路隧过渡段及堑堤过渡段均需进行沉降观测。
（2）不同#p#副标题#e#结构物起点处、距起点5～10m、20～30m处分别设置观测断面。每个横向结构物每侧各设置一个观测断面，沿涵洞轴线设路基观测断面。每个观测断面观测点设置参照路堤。
（3）路堤和路堑分界处设置观测断面，观测点设置参照路堤。
（4）横向结构物顶面埋设一根剖面沉降管。
6.2观测技术要求
沉降精度与频次等技术要求同路基要求。
7.线下工程沉降评估
无砟轨道铺设前，应对线下工程沉降作系统评估，确认工后沉降和变形符合设计要求。评估除采用曲线拟合法进行线下工程的单个测点评估外，同时应进行区段线下工程综合评估。
目前，国内外采用的沉降预测评估方法较多，而每种预测方法均有其一定的适用范围，需要结合线下工程不同结构物和不同地质条件下的沉降观测情况，总结沉降变形特点，选择合适的预测方法。
评估时发现异常现象或对原始资料存在疑问，应进行必要的检查。
评估沉降无法达到设计标准时，应及时通知建设方、设计方、施工方、监理方，由业主组织各方分析原因，并采取相应措施。
采用曲线回归法进行线下工程沉降评估，要求相关系数不得小于0.92。
7.1路基工程沉降评估
7.1.1评估方法
采用常用的规范双曲线、修正双曲线、固结度对数配合法（三点法）、指数曲线法、遗传算法双曲线法、Verhulst法、Asaoka法、灰色系统GM(1,1)算法等8种方法。
7.1.2工后沉降的计算
设计工后沉降量按S工后=S1＋S2计算，其中S1为路基铺轨后运营100年发生的沉降，采用曲线回归方法获得，S2为无砟轨道结构自重荷载发生的沉降，计算用压缩模量可根据观测资料反算获得。
7.1.3计算沉降和观测沉降的比较
（1）由于影响沉降计算的因素较多，沉降计算的精度无法达到要求，必须通过对沉降观测数据进行系统的综合分析评估，来验证和调整设计参数与措施。
（2）通过沉降观测和评估来确定路基的真实压缩模量Es,以确定无砟轨道结构自重产生的附加工后沉降；
（3）如观测到的沉降量超过设计沉降量计算值的20％时，经过排除人为错误与设备故障，可尽早检查设计，采取措施确保工后沉降满足设计要求。
7.2桥涵工程沉降评估
（1）对于一座桥不仅要进行单个墩台的沉降分析，同时也要对全桥作综合评估，控制相邻桥墩的不均匀沉降。当桥长很大时可根据地质情况和施工进度划分部分区段。
（2）对于单一墩台的观测数据分以下四个阶段进行归纳、分析：架梁之前、架梁后至铺设二期恒载前、铺设二期恒载后至钢轨锁定前、钢轨锁定以后。综合评估时，对于预制梁桥，分桥墩台混凝土施工后、架梁前及架梁后三阶段进行；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，划分为基础施工完成～桥墩完成、架梁前后、架梁后至铺设钢轨之前、铺设钢轨至钢轨锁定之前、钢轨锁定之后至正式运营之前、正式运营之后等多个阶段。
（3）桥涵沉降预测采用的曲线回归法参照路基执行。
7.3过渡段工程沉降评估
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。
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。
过渡段工程的沉降预测评估方法参照路基执行
7.4区段工程综合评估
（1）按工期安排计划和施工单位管段进行区段划分，评估区段长度的划分应根据不同结构物的分布情况，结合架梁、铺轨等的具体情况综合确定。区段长度一般不宜少于5km，宜包括路基、桥涵、隧道、过渡段等不同结构物，并注意评估区段之间的衔接问题。
（2）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，应绘制区段或全线的沉降预测#p#副标题#e#变形曲线，进行综合评估，确认其满足铺设无砟轨道的要求。
（3）对于结构物沉降值超过设计要求，但沉降均匀且范围较长的地段，应进行专题研究确定评估标准。
8.注意事项
（1）针对低矮桥墩、异型桥墩，空间小，尺子不能直立的情况，施工单位应在测量厂家定制短尺进行测量；也可采用倒尺的方法进行，但需要注明，避免数据处理错误。
（2）对基坑太深引起的尺长不够，高涵洞路基未填筑时高程不好传递等类的特殊问题，由施工单位向评估单位提出实施方案，由评估单位确认。
（3）沉降观测均采用精密电子水准仪，不得采用光学水准仪。
（4）测段观测完成后，必须及时整理观测数据。
（5）当发现沉降监测数据出现异常时必须首先自查，应重测并分析工作基点的稳定性，必要时联测基准点进行检测，并提交自查分析报告。
（6）在观测过程中，应做好一些重点信息的记录，如对架梁、运梁车通过、天气情况、地下水影响情况等的记录，利于对结构变形特性的分析和异常数据的分析。
（7）各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏，元器件埋设后，制作相应的标识旗或保护架插在上方。路堤填筑过程中，派专人负责监督观测断面的填筑。
9.结束语
沉降威胁着我们的建设发展，坚持沉降监测与研究，最大限度的控制沉降事故的发生，关系到人民生活质量的提高和经济建设的可持续发展，利在当代，功在千秋。
