京滬高速鐵路橋梁沉降觀測技術(shù)

賀向東

（中鐵十二局集團(tuán)建安公司，山西 太原 030024）

1 概述

高速鐵路線下工程施工中路基與橋梁在鋪軌前要達(dá)到0沉降的要求，且由專業(yè)評估單位對路基、橋梁、涵洞等的沉降量進(jìn)行評估，評估通過才允許鋪設(shè)無碴軌道。

濟(jì)南西客站主站房建筑面積為99 786 m2，正線高架橋穿越城市通廊和地鐵1號(hào)線，是京滬高鐵濟(jì)南西客站ZF標(biāo)段站內(nèi)雙線橋，中心里程DIK419+415.0，橋長115.5 m，上部構(gòu)造為（2-26.35+1-24+2-16.3）雙線現(xiàn)澆簡支箱梁，下部構(gòu)造為鉆孔灌注樁，樁徑均為1 250 mm。0#、5#臺(tái)樁長50 m，2#、3#墩樁長52 m，1#、4# 墩樁長 51 m；1#、4# 墩高 6.6 m，2#、3# 墩高 17.2 m，0#、5#臺(tái)高6.6 m。

2 工程地質(zhì)條件

濟(jì)南西站地處沖積平原，場地地層為第四系全新統(tǒng)堆積層（Q4mL）和沖積層（Q3~4aL），主要由粉土、黏性土、砂土和卵石土組成。

車站基坑開挖面積大、開挖深度大，施工時(shí)進(jìn)行降水排水，降水井深度至地面以下23 m，降水及基坑開挖將引起周邊地面與建構(gòu)筑物的不均勻沉降，而正線橋梁墩臺(tái)的沉降觀測尤為重要。

3 水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測及水準(zhǔn)網(wǎng)加密測量

3.1 交接樁情況

設(shè)計(jì)院共交水準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)，分別為CPI4007、CPI4009、CPII4009，均為二等水準(zhǔn)點(diǎn)，距離施工區(qū)域最近距離1 km，最遠(yuǎn)4 km，需進(jìn)行復(fù)測并加密。

加密水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)共計(jì)25點(diǎn)，覆蓋了施工區(qū)域，加密測量后距離基坑最近水準(zhǔn)點(diǎn)500 m，不受施工及周圍環(huán)境的干擾。

3.2 復(fù)測結(jié)論

復(fù)測分兩條水準(zhǔn)路線進(jìn)行，第一條線路長6.067 km，閉合差0.40 mm，測段數(shù)10，單位權(quán)中誤差=0.005 mm，最弱點(diǎn)高程中誤XK08-4=0.20 mm；第二條線路長7.566 km，測段數(shù)7，閉合差2.20 mm，單位權(quán)中誤差=0.025 mm，最弱點(diǎn)高程中誤差XK06-1=1.10 mm（嚴(yán)密平差軟件：太原理工大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)系開發(fā)的《測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)EasyAdjPlus》）。由此判斷，交接的二等水準(zhǔn)點(diǎn)及加密水準(zhǔn)點(diǎn)高程各項(xiàng)精度指標(biāo)達(dá)到《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》所規(guī)定的精度要求。

3.3 儀器配置

見表1。

表1 復(fù)測儀器配置

4 沉降觀測網(wǎng)的建立

沉降觀測水準(zhǔn)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)使用鐵三院交接的3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，工作基點(diǎn)選用復(fù)測加密的2個(gè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)BM4006-8與BM4007-1。工作基點(diǎn)是每次觀測使用的起終基點(diǎn)，施工過程中可以根據(jù)實(shí)際情況（如標(biāo)高變化）調(diào)整或重設(shè)，其基點(diǎn)與標(biāo)高必須以沉降觀測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，聯(lián)測重新確定其標(biāo)高，并經(jīng)監(jiān)理工程師簽字認(rèn)可。

5 沉降觀測標(biāo)的設(shè)置

5.1 承臺(tái)觀測標(biāo)

根據(jù)《京滬高速鐵路線下工程沉降變形觀測評估實(shí)施細(xì)則》（以下簡稱《細(xì)則》）中觀測點(diǎn)要求設(shè)置，結(jié)合施工設(shè)計(jì)與現(xiàn)場實(shí)際情況，0#、1#、4#、5#承臺(tái)觀測標(biāo)-1設(shè)置于加臺(tái)左側(cè)小里程角上，觀測標(biāo)-2設(shè)置于加臺(tái)右側(cè)大里程角上標(biāo)高-4.341處，承臺(tái)觀測標(biāo)為臨時(shí)觀測標(biāo)。當(dāng)墩身觀測標(biāo)正常使用后，承臺(tái)觀測標(biāo)隨基坑回填將不再使用。

5.2 墩臺(tái)身觀測標(biāo)

墩身觀測標(biāo)均設(shè)在墩橫向兩側(cè)圓端處，標(biāo)高-3.0 m，橋臺(tái)觀測標(biāo)設(shè)在臺(tái)側(cè)橫橋向，測點(diǎn)數(shù)量為2處，標(biāo)高相同。

6 觀測線路的設(shè)計(jì)

6.1 承臺(tái)觀測線路

承臺(tái)觀測線路采用往返測，每個(gè)觀測標(biāo)均觀測兩次。觀測從工作基點(diǎn)1出發(fā)，全部觀測標(biāo)觀測一次后聯(lián)測工作基點(diǎn)2，然后沿每個(gè)觀測標(biāo)返測并閉合至工作基點(diǎn)1。承臺(tái)觀測線路見圖1。

6.2 墩身觀測線路

墩身觀測線路采用閉合線路，每個(gè)觀測標(biāo)各觀測一次。觀測從工作基點(diǎn)1出發(fā)，沿一側(cè)觀測標(biāo)觀測一次后聯(lián)測工作基點(diǎn)2，然后沿另一側(cè)觀測標(biāo)返測并閉合至工作基點(diǎn)1。墩身觀測線路見圖2。

7 沉降觀測要求

圖1 承臺(tái)觀測線路

圖2 墩身觀測線路

7.1 首次沉降觀測

承臺(tái)施工完成后，及時(shí)設(shè)置沉降觀測點(diǎn)并做好標(biāo)志，開始進(jìn)行首次沉降觀測。外業(yè)操作嚴(yán)格按二等水準(zhǔn)測量規(guī)范執(zhí)行，操作要嚴(yán)謹(jǐn)。

7.2 水準(zhǔn)外業(yè)觀測

在開工前和作業(yè)期間，按規(guī)定對儀器進(jìn)行常規(guī)檢校和經(jīng)常性檢查，保證儀器工作狀態(tài)良好。

（1）在承臺(tái)水準(zhǔn)觀測過程中，采用單路線附合往返觀測，一條水準(zhǔn)路線的閉合觀測采用同一臺(tái)儀器、同轉(zhuǎn)點(diǎn)尺，電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)記錄。

（2）沿路線施測均使用大于5 kg的鑄鐵尺墊，水準(zhǔn)標(biāo)尺采用與儀器配套的線條式銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺，使用兩根竹制撐扶尺，以保證水準(zhǔn)尺氣泡居中；前后視距用經(jīng)鑒定的鋼卷尺進(jìn)行測量，并用電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)測距，確定每測站前后視距相等；使用干濕溫度計(jì)測定氣溫。

7.3 沉降觀測時(shí)間、方法和精度要求

（1）測量按照二等水準(zhǔn)精度觀測，測量在每2個(gè)測點(diǎn)間進(jìn)行往返測，閉合差按二等水準(zhǔn)小于4√K(k為公里數(shù))，往返測互差限差小于6√K；觀測精度高于±1 mm，讀數(shù)取位至0.01 mm。觀測按后－前－前－后的順序進(jìn)行，每一測段均為偶數(shù)站；由往測轉(zhuǎn)向反測時(shí)，互換前后尺再進(jìn)行觀測。

（2）觀測要做到三固定，即固定人員觀測和整理成果、固定使用電子水準(zhǔn)儀及銦瓦水準(zhǔn)尺、固定觀測路線和工作基點(diǎn)。

7.4 數(shù)據(jù)處理

在每次外業(yè)結(jié)束后，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查，然后進(jìn)行復(fù)核和驗(yàn)算，檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否符合規(guī)范要求，對超限部分及時(shí)進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測，完畢后將觀測數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算，打印觀測原始記錄資料。內(nèi)業(yè)計(jì)算包含下列內(nèi)容：①各測段的原始數(shù)據(jù)表格；②各測段的高差及限差統(tǒng)計(jì)；③水準(zhǔn)網(wǎng)嚴(yán)密平差、精度評定和計(jì)算成果。

采用西南交大開發(fā)的《京滬高鐵沉降觀測評估及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)》軟件進(jìn)行，將電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)記錄的原始觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入該軟件，經(jīng)過處理和平差等計(jì)算過程形成9個(gè)成果文件，見8.2觀測數(shù)據(jù)，文件格式按《細(xì)則》和有關(guān)補(bǔ)充說明進(jìn)行。

7.5 沉降量要求

墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降量應(yīng)按恒載計(jì)算，其工后沉降量不應(yīng)超過下列允許值：墩臺(tái)均勻沉降量，對于有砟橋面橋梁≤30 mm，對于無砟橋面橋梁≤20 mm；靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)沉降量之差要求，對于有砟橋面橋梁≤15 mm，對于無砟橋面橋梁≤5 mm；超靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)沉降量之差除應(yīng)滿足上述規(guī)定外，應(yīng)根據(jù)沉降差對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力影響確定。

7.6 觀測頻次

見表2。

表2 墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降觀測頻次表

8 提交的有關(guān)表格及數(shù)據(jù)

8.1 首次提交（測量基本信息）

（1）觀測網(wǎng)圖，即觀測網(wǎng)平面布置示意圖，格式*.dwg；

（2）控制點(diǎn)坐標(biāo)，控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，格式*.xls；

（3）點(diǎn)位屬性信息，格式*.xls；

（4）點(diǎn)之記和點(diǎn)位影像，格式分別為*.doc和*.jpg.。

8.2 觀測數(shù)據(jù)（分批次提交）

（1）電子水準(zhǔn)儀原始觀測數(shù)據(jù)，格式，*.gsi；

（2）電子水準(zhǔn)測量記錄手簿，格式*.xls；

（3）水準(zhǔn)平差文件，格式為文本文件*.inl；

（4）水準(zhǔn)平差計(jì)算文件，格式為文本文件*.oul；

（5）水準(zhǔn)平差成果文件，格式為文本文件*.our；

（6）控制點(diǎn)高程信息文件，格式為文本文件*.Bm1；

（7）內(nèi)外業(yè)點(diǎn)號(hào)對應(yīng)文件，格式為文本文件*.dyb；；

（8）高差閉合差統(tǒng)計(jì)文件，格式為文本文件*.gco；

（9）工作狀況備注文件，文件格式為*.doc。

8.3 成果文件（分批次）

（1）橋梁承臺(tái)沉降觀測記錄表，格式*.xls；

（2）橋梁墩（臺(tái)）沉降觀測記錄表，格式*.xls。

8.4 數(shù)據(jù)提交周期

（1）測量基本信息一次性提交；

（2）觀測數(shù)據(jù)和各種成果電子文檔不到半個(gè)月提交一次；

（3）電子水準(zhǔn)測量記錄手簿紙質(zhì)文檔每3個(gè)月提交一次；

（4）各種成果文檔的紙質(zhì)文檔每一年提交一次。

8.5 數(shù)據(jù)提交方式

以標(biāo)段為單位統(tǒng)一提交，文件夾組織方式為：標(biāo)段—時(shí)間—工區(qū)—作業(yè)區(qū)。

9 橋涵工程沉降評估

根據(jù)橋梁實(shí)際荷載情況及觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)作多個(gè)階段的回歸分析及預(yù)測，綜合確定沉降變形的趨勢。首次回歸分析時(shí)，觀測期應(yīng)不少于橋涵主體工程完工后3個(gè)月，對于巖石地基或良好地質(zhì)的橋涵應(yīng)不少于1個(gè)月。

評估時(shí)，將原始測量數(shù)據(jù)及用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件生成的各類表格分階段提交評估單位，評估前應(yīng)先遞交評估申請報(bào)告。

10 總結(jié)

高鐵橋梁沉降觀測是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、專業(yè)評估、其他信息化檢測等各單位，測量與數(shù)據(jù)處理等均通過無紙化系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)傳輸進(jìn)行關(guān)聯(lián)，測量及分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，其結(jié)果將直接決定能否進(jìn)行無砟軌道的鋪設(shè)。

京津城際鐵路、武廣高速鐵路等施工技術(shù)成果表明，我國已經(jīng)在高速鐵路技術(shù)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，并且對京滬高速鐵路等在建重點(diǎn)工程技術(shù)進(jìn)行深化完善，全面掌握長大橋梁及特殊橋梁的關(guān)鍵施工和監(jiān)測技術(shù)，完善無砟軌道和高速鐵路的施工技術(shù)，進(jìn)一步提升高速鐵路建造水平。

此外，鐵路信息化建設(shè)步伐也在加快，并將逐步建立健全中國高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，中國高速鐵路已吸引了世界各國的目光，鐵路“走出去”的戰(zhàn)略取得重要突破。