22003 高速铁路桥梁工程沉降变形观测技术的实施与控制

优秀论文、施工技术总结申报表22003高速铁路桥梁沉降变形观测技术的实施与控制高明利张擎陈运来摘要：沉降变形观测是高速铁路建设中的重要工序，是确定无砟轨道铺设关键时间节点的主要依据之一。

为确保无碴轨道结构铺设质量，该技术必须科学、认真的实施。

本文以孟姜女河特大桥为例，结合现场实际，对桥梁工程沉降变形观测工作如何开展、实施，以及保障沉降变形观测数据满足后期评估工作的需要提出了具体的控制措施。

关键词：高速铁路桥梁沉降变形观测实施控制为确保铁路的正常使用年限和列车高速运行中的行车安全及舒适性，必须确保无碴轨道结构的铺设质量。

要通过对桥梁施工过程中沉降变形观测数据的分析评估，推算出工后沉降和最终沉降量，验证或调整设计措施，合理确定无碴轨道开始铺设时间，为无碴轨道结构铺设质量提供技术支持。

新乡东孟姜女河特大桥施工段属于黄河冲积平原、黄河泛滥改道，全桥长17.4km，下部结构采用一字形桥台，双线圆端形桥墩、流线形圆端实体墩，以24m、32m整孔箱梁作为常用跨度主导梁型，同时还设有连续箱梁，结构形式为(32+48+32)m、(40+64+40)m；基础采用钻孔桩基础，类型为摩擦桩；上部结构为CRTSⅡ型板式无砟轨道；设计时速350Km/h。

1、沉降变形观测的具体实施1.1沉降变形监测测网的建立1.1．1 监测网的建网方式和技术要求根据高速铁路桥梁工程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，沉降变形监测网采用分级布网、等精度观测、逐级控制的方法布设，对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。

如果地质情况复杂或特殊地段可按沉降变形等级二等（国家一等水准测量）的要求施测。

（见下表1.1-1）。

沉降监测网建立后，应做好保护工作，定期按要求对沉降监测网进行复测。

表1.1-1 垂直位移监测网的技术要求注：F –附合线路或环线长度，kmR - 检测已测测段长度，km1.1.2沉降变形测量点的布设沉降变形测量点分为基准点、工作基点和观测点。

基准点：基准点要建立在沉降变形区以外的稳定区域，每个独立的监测网不能少于三个，要充分利用基岩点、深埋水准点、CPⅠ、CPⅡ和水准基点。

增设时按国家二等水准测量的相关要求施测。

工作基点：工作基点用作直接测定观测点的起始点或终点，按照便于使用、能长期保存的原则布设，要埋设在稳定区域，保证在观测期间稳定不变，两点间距离控制在200米左右为宜，按照国家二等水准测量的技术要求与基准点联测。

观测点：设计单位会对观测点的安装部位以及观测标的材质、外形尺寸等有明确规定，如果特殊情况可按照确保精度、观测方便、便于长期保存的原则安装；设专人负责安装监管，同时做好保护工作，以免安装位置错误或者漏装以及其它物体碰撞或丢失，导致断高的频繁出现，从而不能及时有效的反映出线下工程的沉降变形特征。

各个部位的观测标安装一定要在混凝土浇注前预埋，确保其稳固。

承台、桥墩观测点设置：承台观测标一般设置俩个，分别在承台两侧按对角设置，外露部分要控制在3毫米左右，以免在墩柱施工过程中模板或钢筋等碰撞导致变形。

墩身观测点一般设置在墩身两侧，高出地面或水面0.5米左右，每墩不少于两处。

（如图1.1-2）图1.1 -2桥墩、承台观测标设置图梁体观测点设置：简支梁每孔梁设置6个观测标，分别位于两侧支点及跨中；连续梁上的观测点根据不同跨度，分别在支点、跨中、1/4跨附近设置，详见（附图1.1-3）。

图1.1-3 梁部测点布置示意图1.2 外业观测的具体方法和要求桥梁的沉降变形观测主要是对墩台基础的沉降观测和预应力混凝土梁体的徐变观测。

1.2.1墩台基础的沉降观测1.2.1．1测量方法：在承台施工完成后，需及时进行首次观测，首次（即零周期）观测应进行两次往返观测，并取观测结果的中数，经严密平差处理后的高程值作为初始值；在首次观测结束后, 根据荷载变化逐次按规定频率周期实施观测，确保准确、有效的体现出墩台基础在荷载变化前后的沉降速率。

当墩身观测标可以正常使用后，同时观测承台和墩柱观测标进行转标，基坑回填后承台观测标将不再使用。

观测过程中一般按“后—前—前—后”的顺序进行，如有变换奇偶站功能的电子水准仪，可以按以下顺序进行：（1）往测：奇数站为后—前—前—后偶数站为前—后—后—前（2）返测：奇数站为前—后—后—前偶数站为后—前—前—后每一测段必须以偶数站结束，水准路线经过的工作基点不能少于两个，观测路线必须形成闭合水准路线（如图1.2-1）。

观测路线图1.2-1 墩台沉降观测水准路线示意图1.2．1.2观测精度及限差要求：仪器及配套水准尺均应在有效检定期内，水准仪视准轴与水准管轴的夹角不超过15＂。

根据施工地段地质情况确定观测等级，观测精度要满足下表要求。

（附表1.2-2）。

观测时要根据《国家二等水准测量规范》施测，视线长度≤50m ；前后视距差≤1 m ，视距累积差≤3 m ；视线高度≥0.3m ；两次读数差≤0.4mm ；两次所测高差之差≤0.6 mm ；读数记至0.01mm ；其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置，并在观测时自动控制，不满足要求的应根据仪器的提示进行重测。

为有效提高测量精度，要按照固定的水准路线和测量方法进行，使用固定的观测基点对应观测点进行观测；观测时仪器温度要与外界气温趋于一致，避免阳光直射，要成像清晰、稳定后读数，同时观测过程中仪器避免安置在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源震动消失后，再激发测量键；观测过程中为保证水准尺的稳定性，水准观测路线必须路面硬实，尺垫踩实以免下沉；条码尺借助尺撑整平扶直，使标尺上的气泡居中。

在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。

同时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。

1.2.2梁体徐变观测观测方法：梁体变形观测要按二等水准测量的精度要求形成闭合水准路线，如桥梁梁体徐变观测水准路线示意图（图1.2-3）所示，其中观测点1，2，3，4构成第一个闭合环，观测点3，4，5，6构成第二个闭合环。

所有观测线路在形成闭合环之前必须置镜两次以上，以保证不会形成相关闭合环。

观测方向武汉方向石家庄方向图1.2-3 桥梁梁部徐变观测水准路线示意图2．梁体徐变计算：每孔梁支点之间的梁体徐变变形应以两支点的连线为基准线进行计算，中间观测点至基准线的垂直距离差值就是梁体徐变变形量，由于下部结构沉降变形的影响，该基线的位置会发生变化，所有梁体观测点至该基线的垂直距离要利用几何方法计算取得，如上图所示,设3号点高程为零，依次测出各点的相对高程。

（1）连续梁中跨和简支梁：A=H3-（H1+H5)/2B=H4-（H2+H6)/2（2）连续梁边跨：石家庄方向： A=H3-（3H1+ H5）/4，B=H4-（3H2+ H6）/4；武汉方向： A= H3-（3H5+ H1）/4，B=H4-（3H6+ H2）/4；本期平均上拱量△=【(A -A')+（B -B')】/2,其中A、B为本期观测值，A'、B'为上期观测值。

2、数据处理及观测资料归档每个测段观测完成后，必须及时进行数据处理分析。

选用鉴定合格的平差软件对观测的原始数据进行严密平差，根据上期观测值计算出观测点的本期沉降量、相邻墩台沉降差以及本周期的沉降速率，并根据每期观测值和观测日期绘制出沉降曲线图（如图2-1）。

图2-1 荷载—时间—沉降图当相邻观测周期的沉降量超过限差，即两次连续观测的沉降差值大于4mm和出现沉降突变、地下水变化及降雨等外部环境变化等异常情况时应增加观测频次。

如果出现连续两期或两期以上观测数据波动较大、持续断高等情况应对本期观测数据进行重测并分析工作基点的稳定性，必要时将工作基点和基准点进行联测检测，在确定工作基点稳定且操作过程无误后，对出现的异常情况立即上报设计及相关单位，为其采取防患措施提供依据，同时根据要求适当增加观测频次。

由于沉降变形观测是按照规定的观测频率进行的，所以在内业工作中应建立观测点台账、异常点观测台账等，以便发现问题能及时修正和备注说明。

同时，平差软件处理生成的文件应做好管理备份，对需要打印上报监理、评估单位等上级相关部门的纸质观测资料，应建立独立的档案盒进行整理归档，待工后统一上交或转接。

3、控制要点严格按沉降观测规范的要求和相关规定施测；做好基准点、工作基点和观测点保护措施,定期对监测网进行复测，保证数据的真实性、准确性。

严格按照规定的观测周期进行实时观测，以致准确、有效的体现出墩台基础或梁体在荷载变化前后的沉降变形情况，特别是要加强零周期即初始值的观测，否则观测得不到原始数据，使整个观测过程得不到完整的观测结果。

观测路线必须形成附合或闭合路线，要使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。

实行“五固定”，即“固定水准基点、工作基点；固定人员；固定测量仪器；固定监测环境、条件；固定测量路线和方法”。

以上措施在客观上能尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次观测结果与首次观测的结果可比性更一致，能科学、真实的体现出桥梁施工过程中的墩台沉降及梁体变形情况。

4、结束语客运专线无碴轨道对桥梁线下工程的工后沉降要求严格、标准高，影响沉降变形观测和计算的因素较多，在施测过程中应着重控制观测方法、精度、观测标志的维护、工作基点的定期复测以及内业数据资料的整理。

通过上述方法实施，孟姜女河特大桥沉降变形综合分析评估已顺利通过，为正在施工的无砟轨道提供了科学的数据支持。