高速铁路桥梁沉降变形观测技术的实施与控制

高速铁路桥梁沉降变形观测技术的实施与控制

张擎

摘要：高速铁路对线下工程的工后沉降要求非常严格，通过对桥梁施工过程中的沉降变形观测及数据处理系统的分析评估，从而为合理确定无碴轨道开始铺设的时间、无碴轨道结构铺设质量提供技术支持。本文以孟姜女河特大桥为例，结合现场实际，对高速铁路桥梁工程如何开展实施沉降变形观测工作，满足观测精度要求等提出了具体的控制措施，能够有效保障沉降变形观测数据满足后期评估工作的需要。

关键词：高速铁路桥梁沉降变形观测实施

引言：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。为保证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，必须通过对桥梁施工过程中的沉降变形监测及数据处理系统的分析评估，从而验证或调整设计措施，推算出工后沉降和最终沉降量，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保客运专线无碴轨道结构铺设质量，所以该技术必须科学、认真实施。

工程概况：新乡东孟姜女河特大桥全桥长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8幅连续箱梁，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，其高程调节限差仅1mm；设计时速350Km/h。

本施工段属于黄河冲积平原，由于黄河泛滥改道，多沙丘和土质岗地，地形微起伏，地面高程在60m～85m之间；工程地质条件相对单一，沿线表覆为粉质黏土、中砂、细砂。

沉降变形观测的具体实施

1．人员的组织、培训以及仪器设备的选定

1.1人员组织：测量人员应具有较强的责任心，能够充分理解沉降变形观测实施的目的和重要意义，熟悉相关规范，明确线下工程的观测技术要求与实施方法，以及数据处理和资料整理；上岗前必须接受专业技能培训，能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测程序，对实施过程中出现的问题能够及时处理。

1.2设备选定：无砟轨道铁路的沉降观测精度要求很高，并且工作量很大。为能满足施工要求，并及时、准确地完成外业测量任务，需要选用DS05型电子水准仪和受环境及温差变化影响很小的水准尺，可根据施工需要配套购置。

2.监测网的建网方式和技术要求

2.1首先要根据建设单位、设计单位要求的精度等级建立独立的沉降变形监测网，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，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。（附表2.1）。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2.1 垂直位移监测网的技术要求

注： F –附合线路或环线长度，km

R - 检测已测测段长度，km

3.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。

3.1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。

3.2工作基点：工作基点一定要埋设在稳定区域，保证在观测期间的稳定。工作基点除使用基准点外，按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密，两点间距离控制在200米左右。

3.3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应出准确数据。各个部位的观测标安装一定要在混凝土浇注前预埋，保证其稳固。

3.3.1承台、桥墩观测点设置：承台观测标外露部分要控制在3毫米以内，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3.1.1）

承台观测标墩柱观测标

图3.3.1墩台观测标设置图

3.3.2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，间距15-20米，详见附

图3.2.2。

图3.3.2梁部测点布置示意图

4.外业观测的具体实施

桥梁的沉降变形监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变形观测。

4.1墩台基础的沉降观测

4.1.1测量方法：在承台施工完成后，需及时的进行首次观测，以后逐次按频率周期进行观测。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。

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，作为变形测量初始值；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，要准确、有效的体现出墩台基础在周期内以及荷载变化前后的沉降速律。

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

4.1.1）。

图4.1.1墩台沉降观测水准路线示意图

4.1.2精度要求：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≤1.5 m，前后视距累积差≤6.0 m，视线高度≥0.5m；测站限差：两次读数差≤0.4mm，两次所测高差之差≤0.6 mm，检测间歇点高差之差≤1.0 mm，使用数字水准仪读记至0.01mm。观测路线必须形成闭合水准路线，观测精度要满足沉降变形测量等级三等的要求。具体见表4.1.2：

表4.1.2测量等级及精度要求