淺談高鐵沉降監(jiān)測在107輔道下穿鄭徐高鐵工程中的應用

李隆坤 郭旭平 田春陽 王鵬輝

（河南東網(wǎng)信息技術有限公司，河南 鄭州 450000）

1 引言

2012年11月，國務院正式批復《中原經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃（2012—2020年）》，其中高鐵方面，要建設鄭州至徐州、商丘至合肥至杭州、鄭州至萬州等鐵路，規(guī)劃研究鄭州至濟南、鄭州至太原、鄭州至合肥等快速鐵路通道，加快構建高效連接的“米”字形鐵路網(wǎng)絡。

如今已過去五年，作為“米”字形高鐵網(wǎng)的組成部分，鄭徐高鐵已于2016年9月全線開通運營；鄭萬高鐵河南段正線全長350.825公里，新建鄭州南、長葛北、禹州、郟縣、平頂山西、拐河北、方城、南陽南、鄧州東9座車站，已于2016年4月全線開工；鄭阜高鐵河南段正線全長201.522公里，新建許昌北、鄢陵南、扶溝南、西華、周口東、淮陽、沈丘北7座車站，于2016年7月全線開工；鄭濟高鐵河南段正線全長197.279公里，新建平原新區(qū)、衛(wèi)輝南、滑縣浚縣、內黃、濮陽東5個車站，于2017年6月開工建設；商合杭高鐵河南省境內正線47.99公里，設商丘、商丘新區(qū)兩站，于2017年7月全線開工建設；鄭太(太焦段)高鐵河南省境內33.4公里，新建博愛車站1座，改建焦作車站1座，于2016年10月開工建設。

根據(jù)工期要求，鄭萬、鄭阜和商合杭高鐵將于2019年建成，鄭太(太焦段)高鐵和鄭濟高鐵將分別于2020年、2021年建成，規(guī)劃中的“米”字形高鐵網(wǎng)絡正從規(guī)劃藍圖一步步走進現(xiàn)實，建成通車指日可待。

為了進一步鞏固和提升鄭州的綜合交通樞紐地位，鄭州又開啟“四環(huán)快速化”時代。城市快速路建設過程中，新建道路下穿高速鐵路的建設工程，都會對高鐵橋墩的穩(wěn)定性造成一定影響，因此，高鐵變形監(jiān)測尤為重要。本文以鄭州市107輔道下穿鄭徐高鐵項目為例，采集施工期間的數(shù)據(jù)，分析各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)變化原因，以期為以后類似的開挖回填工程提供借鑒。

2 107輔道下穿鄭徐高鐵工程案例分析

2.1 工程概況

鄭州市107輔道快速化工程下穿鄭徐高鐵及疏解線工程項目位于鄭州市東北部，下穿點位于鄭徐高鐵跨連霍高速公路特大橋第51～56號墩、南東疏解線特大橋50～55號墩、東南疏解線特大橋50～55號墩之間，下穿點處鄭徐高鐵鐵路里程為DK6+994.188，道路里程為K5+152.055，鐵路與道路夾角為37.1度；下穿點處南東疏解線鐵路里程為SEDK2+263.611，道路里程為K5+030.791，鐵路與道路夾角為40.77度；下穿點處東南疏解線鐵路里程為ESDK2+274.247，道路里程為K5+109.924，鐵路與道路夾角為48.55度。新建107輔道快速路采用高架形式，橋面寬度32.5m，根據(jù)全線統(tǒng)一設置，采用單幅橋形式。

2.2 數(shù)據(jù)采集與分析

2016年4月至2017年9月，在項目施工期間進行沉降監(jiān)測，數(shù)據(jù)變化均在可控范圍之內。2017年9月1日至9月7日，鄭州市石武高鐵景觀綠化工程項目在鄭徐高鐵51、52、56號橋墩，東南疏解線50、51號橋墩附近進行大范圍堆土，施工范圍位于107輔道東西兩側。其中，東側土堆位于鄭徐高鐵南側，距離東南疏解線50號門式墩約20米，土堆最大高度約8米；西側土堆位于鄭徐高鐵西南側，距離鄭徐高鐵56號墩約15米，土堆最大高度約3米。2017年9月6日對東南疏解線、鄭徐高鐵進行正常周測時，監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生突變，經(jīng)過一周時間的連續(xù)加密監(jiān)測，堆土前后變化較大的橋墩數(shù)據(jù)如下：東南疏解線50號門式墩（如圖1所示）沉降量為2.18mm，51號墩沉降量為0.95mm；鄭徐高鐵51號墩沉降量為1.95mm，52號墩沉降量為1.64mm，56號墩沉降量為0.92mm。

圖1 東南疏解線50號墩

根據(jù)監(jiān)測，東南疏解線50號門式墩，2017年9月1日堆土前南側DN0501沉降量為1.28mm，DN0502沉降量為1.18mm，北側DN0503沉降量為1.12mm，DN0504沉降量為1.04mm；9月14日堆土后南側DN0501沉降量為4.6mm，DN0502沉降量為4.2mm，北側DN0503沉降量為2.39mm，DN0504沉降量為2.13mm。數(shù)據(jù)顯示，50號墩有不均勻沉降趨勢。堆土停止后，沉降數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)。由圖2可知，距離土堆較近的DN0501、DN0502監(jiān)測點沉降量明顯大于稍遠的DN0503、DN0504監(jiān)測點。

圖2 東南疏解線50號墩累積沉降量（荷載變化前后）

南東疏解線52號墩位于新建107輔道正下方，從項目施工之初到項目完工，52號墩經(jīng)歷建設材料堆放、土方開挖、橋墩鋼筋綁扎、混凝土澆筑、橋梁澆筑、瀝青鋪設等眾多施工工序，荷載變化起伏較大，圖3可明顯表現(xiàn)出各施工階段對應的橋墩沉降變化量。

南東疏解線55號墩位于新建107輔道東側，處于施工受影響區(qū)域最外側。從圖4可以看出，從2016年5月首期監(jiān)測至2018年1月末期監(jiān)測，55號墩監(jiān)測點平均沉降量為1.42mm，沉降量曲線總體趨勢較為平緩，受施工因素影響較小。

3 高鐵沉降監(jiān)測中的問題及解決辦法

（1）高鐵變形監(jiān)測是一項高精度測量作業(yè)，測量工期貫穿工程始末，并且與施工流程緊密相關，具有精度高、時效性強的特點。為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)真實有效，反復測量是一種原始但很有效的方法，尤其在數(shù)據(jù)變化較大的荷載變化期間，通過反復監(jiān)測可以消除測量過程中的系統(tǒng)誤差和人員操作不當引起的誤差。

圖3 南東疏解線52號墩（臨近施工區(qū)）累積沉降量（施工全過程）

圖4 南東疏解線55號墩（遠離施工區(qū)）累積沉降量（施工全過程）

（2）根據(jù)前期的沉降變形觀測與評估經(jīng)驗，觀測數(shù)據(jù)的可靠性非常重要。各相關單位需嚴格工程管理，在沉降變形觀測方面投入足夠的人力物力，確保數(shù)據(jù)真實可靠[1]。根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》規(guī)定，下穿工程施工應建立暢通的監(jiān)測信息報送機制。數(shù)據(jù)突變時，要在第一時間通知設計、施工、監(jiān)理等相關單位，并組織各單位開會制定詳細的應對措施[2]。

（3）氣溫變化對電子水準儀的讀數(shù)有明顯影響，陰天是最好的觀測條件，測量時段盡可能在早晨和正午之前。正午后和傍晚前，陽光較強時務必使用遮光罩削弱強光對讀數(shù)的影響。

（4）施工現(xiàn)場經(jīng)常有大型機械施工，例如打樁機、破碎機、挖掘機等設備，作業(yè)時常伴有劇烈震動，這些震動對數(shù)據(jù)質量的影響是致命的。對于這種情況，要與施工方協(xié)商讓其暫停施工，待完成測量作業(yè)后再恢復工作。無法協(xié)調時需分段作業(yè)，即作業(yè)暫停于附近固定點上，待震動停止后再進行補測，切不可在震動區(qū)域進行測量，那樣費時費力又事倍功半。

（5）工作基點的定期校準。一個測量項目的作業(yè)流程是從整體到局部，先控制后碎部，實際工作中又要從碎部點反映控制點，從每天的監(jiān)測成果中分析工作基點及控制點的穩(wěn)定性，一旦工作基點或控制點高程值發(fā)生變化，需及時對控制網(wǎng)進行復測并更新工作基點或控制點高程值。

（6）特殊區(qū)域測量。在控制網(wǎng)測量中，有時候需要穿過河流或橋梁，在河流較寬或橋跨較大時很難保證測量精度，主要影響因素為氣候條件和車輛通行。跨河測量時，盡量避開強光時段，測量視線盡可能為順光，視線盡量與水面保持一定高差，這樣可以削弱大氣折光對讀數(shù)的影響；過橋測量時，應避開車輛較多時段，在橋梁兩端布設固定點，先測橋梁之外測段。在早晨或晚上車輛較少時段補測橋梁測段。

4 結語

通過對鄭州市107輔道下穿鄭徐高鐵工程施工前后的持續(xù)監(jiān)測，研究分析監(jiān)測數(shù)據(jù)得出以下結論：高鐵橋墩臨近施工與橋梁墩臺的豎向位移存在正相關關系，即開挖深度越大，橋梁墩臺的豎向位移變化越大；越靠近施工區(qū)域的橋墩，豎向位移變化越大。對此，施工單位在高鐵下方實施大范圍土方開挖作業(yè)時，可采用分層分段開挖方式，避免橋墩豎向位移變化過大，確保高速鐵路安全運行。