高速鐵路橋梁工程沉降觀測及數據

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摘要：講述了高鐵橋梁工程在建設和使用過程當中采用二等水準測量對其進行沉降觀測的必要性和方法以及數據處理與分析方法,指出了高鐵橋梁工程在施工過程中由于某些因素對高鐵橋梁的基礎穩定性造成影響的時候,我們都應該進行沉降觀測,通過對觀測數據的對比分析精確掌握觀測數據的變化量，使高速鐵路的安全性和正常使用壽命得到了保證，并且在工程施工過程中能夠及時發現安全隱患，并將隱患消滅在萌芽中。因此，高鐵橋梁的沉降觀測是保證工程質量的必要手段。

關鍵詞：高鐵橋梁；二等水準測量；沉降觀測；數據分析

1沉降觀測的原因

為保證高鐵橋梁工程在施工及運營過程中的安全,國家相關部門要求高速鐵路橋梁工程在施工和運營過程中必須進行沉降觀測,沉降觀測數據的報告也是高鐵橋梁工程在主體工程完工后評估的必需具備的資料，同時沉降觀測也保證了軌道系統的高穩定性和高平順性，當高鐵橋梁工程的沉降量超過一定的限度后，在施工過程中不僅會延誤工期，而且在運營過程中還會影響到它的正常使用壽命，特別是在沉降不均勻的地方,會嚴重威脅高鐵橋梁的施工運營安全,當橋梁在制梁及鋪軌過程中,由于橋墩所受到的荷載較大,這時通過沉降觀測對數據進行對比分析能夠及時的發現橋梁所處的狀態，為工程的施工提供了依據，下面通過對新建京張西二旗左線特大橋的沉降觀測,并對其具有代表性的一組沉降觀測數據進行了分析和探討。

2沉降觀測點位的布設原則和方法

京張高鐵西二旗左線特大橋根據其沉降變形測量精度要求高的特點，以及標志的作用和要求不同，其垂直位移監測網用分級布網同等精度觀測逐級控制的方法布設。在京張鐵路沿線二等水準控制點（包括CPI點、CPII點、基巖水準點、深埋水準點）的基礎之上，按國家二等水準測量的技術要求進一步加密設置沉降觀測的工作基點直至滿足工點垂直位移監測的需要。

2.1基準點布設

當埋設在穩固能夠長期保存的地方，并且在沉降觀測過程中其高程值不發生變化，基準點應充分利用沿線的CPI、CPII、基巖點和深埋水準點，相鄰兩個基準點之間的距離一般以2km左右為宜，基準點一般要比工程開工提前一年以上埋設，基準點不應在施工區域內埋設，要離線路中心一段距離，這樣才能保證工作基點在施工的時候免遭破壞，京張西二旗左線特大橋沉降觀測的基準點距離線路中心約150m的地方，每個獨立的監測網不少于三個穩定的基準點，為保證基準點的穩定，并定期對其進行復測，復測周期一般為半年復測一次，對于區域性沉降地區一般每隔3個月復測一次，復測應采用精密水準儀按照二等水準測量要求進行往返測，發現有高程變化后應及時進行修正。

2.2工作基點的布設

工作基點的是為沉降觀測點提供高程的點，工作基點也要埋設在穩定的區域且不能被破壞，保證在沉降觀測過程中穩定不變，一般間隔約200m左右布設一個點，工作基點的埋設應在沉降觀測兩個多月以前埋設，以保證工作基點的穩定，工作基點應該在二等水準控制點的基礎上按照國家二等水準測量的要求進行加密，工作基點距離線路中心約為50m~100m左右便于沉降觀測且不會遭遇施工的破壞，也要定期的對其進行復測，在區域沉降地區內，應對工作基點的沉降量進行監測，如果在兩次復測期間，發現工作基點變形超出兩倍中誤差應及時通知建設單位和評估單位，并提交觀測資料。經核實后應對工作基點和變形監測點的各期實測高程進行修正。

2.3沉降觀測標的布設

沉降標要埋設在能反映橋梁變形特征和變形明顯的部位，沉降觀測標埋設位置應該合理且穩定不宜受到破壞，不能影響橋梁的使用壽命。沉降標的埋設應符合設計要求，當墩身高度小于14m時應在小里程墩身中線左側一米處埋設一個沉降標，當墩身高度大于14m時應在墩身兩側埋設兩個沉降標。沉降標的位置距離地面或者水面半米左右，沉降標埋設位置不宜過高或者過低，過高或者過低都不利于沉降觀測，沉降標立尺的部位應設計成球狀或者半球狀，這樣能保證每一次立尺的位置相同，在觀測期間要保護好沉降觀測標不被破壞，墩身沉降標埋設的位置如下圖1所示。

3沉降觀測的依據和方法

按照TB10601—2009《高速鐵路工程測量規范》二等水準有關規范要求和國家一、二等水準測量規范GB12897—91等測量規范,在京張西二旗左線特大橋的沉降觀測中只對其進行垂直位移監測,所采用的高程系統為1985國家高程基準。沉降觀測所使用的儀器為天寶DINI03電子水準儀和銦瓦尺，轉點所用的尺墊重為5kg，采用國家二等水準測量的方法對每個沉降點進行觀測，具體觀測方法如下：(1)在滿足限差要求的條件下，首期沉降觀測應進行往返測，并將觀測的數據求平均值作為橋墩的初始理論高程值，從第二期開始，可采用單程附合路線進行觀測，每次觀測完以后采用鐵科院推薦的《高速鐵路沉降觀測軟件》及時進行平差處理，及時進行數據的對比分析，當數據合格后方可提交。如果遇到數據異常時，應首先檢查墩身沉降標是否松動，如過松動需重新埋設沉降標并且重新采集原始數據，如果沉降標沒有松動應當判斷工作基點是否穩定，應當聯測基準點進行檢查。(2)該高鐵橋梁工程一共有12個工作基點，現選取具有代表性的一條觀測路線CJ15─CJ16作為說明，其中CJ15和CJ16為工作基點，本條觀測線路一共有5個測點，CJ15高程為：43.89744m，CJ16高程為：43.64945m。從第二期觀測數據開始，其沉降觀測線路CJ15→27928D1→27960D1→27993D1→28026D1→28051D1→CJ16的附和水準路線，其中（27928D1、27960D1、27993D1、28026D1、28051D1）為測點的編號。在竣工驗收之前一共觀測30期數據，觀測線路長度約為0.21km，閉合差限差為4√0.21=0.92mm，實際測量結果每次閉合差都小于0.6mm,滿足二等沉降觀測及規范的要求。

4觀測數據處理及數據分析

4.1數據處理

每次沉降觀測都是以工作基點CJ15和CJ16作為已知高程點對其它五個測點進行符合水準路線觀測,將觀測的數據經過平差軟件平差后求出各個測點的高程值。根據沉降觀測規范計算各個測點的沉降速率如表1所示。

4.2數據分析

通過對觀測數據的分析得到了沉降觀測數據曲線圖和沉降量曲線圖，如下圖2和圖3所示。(1)通過對表1的分析可以得到:每個沉降觀測點在整個沉降觀測過程中的沉降速率和每一個沉降觀測點都有下沉的趨勢,且在整個工程施工的過程中沉降速率是不均勻且不穩定的。(2)通過對圖2的分析，曲線在最開始的一段時間內變化較為平緩，之后的一段時間內曲線突然變陡，最后隨著時間的推移曲線又逐漸平緩下來，曲線突然變陡是因為橋墩剛剛制梁完成，橋墩所受的荷載明顯增加，在制梁完成后的一段時間內由于橋墩的穩定狀態被打破，其沉降量和沉降速率變化較大,隨著時間的推移橋梁又逐漸進入了穩定的狀態，這時沉降速率逐漸變慢曲線又逐漸平緩下來。(3)通過對圖3的分析，沉降量正值和負值均勻的分布在0mm左右且數值較小，說明是在測量過程中有偶然誤差的存在所導致，有極個別數值較大可能是在測量過程中存在的粗差所致，綜上所述可以通過以下幾個方面進行分析。①工程因素：由于橋梁在施工的過程中所受到的荷載的不斷的變化,樁基所處的狀態是一個動態的過程，當荷載增大以后沉降量就會增大,當荷載停止增大以后，隨著時間的推移沉降逐漸趨于穩定，圖2就說明了這一點。②人為因素：在沉降觀測的過程中，由于扶尺人員在扶尺的過程中難免會使水準尺子有輕微的晃動使氣泡不能居中，這樣就會導致兩次前視和兩次后視的讀數不一樣，因此產生的誤差對觀測數據的精度造成一定的影響，還有在施工區域內車輛流動較大，當車輛從儀器旁邊路過時會使儀器的氣泡有輕微的晃動，測量人員此時測量也會導致讀出來的數據存在誤差。③地質因素：由于京張西二旗左線特大橋處于區域性沉降地區基巖較深，所有的樁基均采用摩擦樁，樁基均未打到基巖上，且在6、7、8這三月由于雨水比較豐富導致地下水位上升，而進入了冬季雨水較少，這時又進入了枯水期，地表在垂直方向上會產生一定的位移，這對于沉降觀測來說，會對橋梁產生均勻或者不均勻的沉降。④測點因素：在整個沉降觀測的過程中有的沉降標埋設位置不合理，有時由于施工的因素會使沉降觀測標遭到破壞，最后不得不重新埋設沉降觀測標，這樣以來會導致沉降觀測的數據失去了連續性，會使觀測的結果不能正確反映出橋梁所處的狀態。

5結語

通過對沉降觀測數據的分析表明,在橋梁工程施工的過程中總的來說是有沉降的,對這一年多來的沉降觀測數據進行整理，總的沉降量在6mm左右，在設計及規范要求的指標范圍內,所以橋梁的沉降基本趨于穩定，不會對橋梁的安全產生影響，在沉降觀測的過程中如果發現有異常數據的出現，此時要加強觀測的頻次并及時對數據進行分析，掌握掌握的沉降趨勢為橋梁的安全使用提供可靠的保證。

參考文獻:

[1]TB10601—2009.高速鐵路工程測量規范[S].

[2]GB50308—2008.建筑變形測量規范[S].

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[4]葉茂.京滬高速鐵路沉降監測數據處理與分析[D].西南交通大學,2011.

作者:王勝 單位:中鐵六局集團太原鐵路建設有限公司