高速铁路桥梁工程沉降观测及数据
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摘要：讲述了高铁桥梁工程在建设和使用过程当中采用二等水准测量对其进行沉降观测的必要性和方法以及数据处理与分析方法,指出了高铁桥梁工程在施工过程中由于某些因素对高铁桥梁的基础稳定性造成影响的时候,我们都应该进行沉降观测,通过对观测数据的对比分析精确掌握观测数据的变化量，使高速铁路的安全性和正常使用寿命得到了保证，并且在工程施工过程中能够及时发现安全隐患，并将隐患消灭在萌芽中。因此，高铁桥梁的沉降观测是保证工程质量的必要手段。
关键词：高铁桥梁；二等水准测量；沉降观测；数据分析
1沉降观测的原因
为保证高铁桥梁工程在施工及运营过程中的安全,国家相关部门要求高速铁路桥梁工程在施工和运营过程中必须进行沉降观测,沉降观测数据的报告也是高铁桥梁工程在主体工程完工后评估的必需具备的资料，同时沉降观测也保证了轨道系统的高稳定性和高平顺性，当高铁桥梁工程的沉降量超过一定的限度后，在施工过程中不仅会延误工期，而且在运营过程中还会影响到它的正常使用寿命，特别是在沉降不均匀的地方,会严重威胁高铁桥梁的施工运营安全,当桥梁在制梁及铺轨过程中,由于桥墩所受到的荷载较大,这时通过沉降观测对数据进行对比分析能够及时的发现桥梁所处的状态，为工程的施工提供了依据，下面通过对新建京张西二旗左线特大桥的沉降观测,并对其具有代表性的一组沉降观测数据进行了分析和探讨。
2沉降观测点位的布设原则和方法
京张高铁西二旗左线特大桥根据其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，其垂直位移监测网用分级布网同等精度观测逐级控制的方法布设。在京张铁路沿线二等水准控制点（包括CPI点、CPII点、基岩水准点、深埋水准点）的基础之上，按国家二等水准测量的技术要求进一步加密设置沉降观测的工作基点直至满足工点垂直位移监测的需要。
2.1基准点布设
当埋设在稳固能够长期保存的地方，并且在沉降观测过程中其高程值不发生变化，基准点应充分利用沿线的CPI、CPII、基岩点和深埋水准点，相邻两个基准点之间的距离一般以2km左右为宜，基准点一般要比工程开工提前一年以上埋设，基准点不应在施工区域内埋设，要离线路中心一段距离，这样才能保证工作基点在施工的时候免遭破坏，京张西二旗左线特大桥沉降观测的基准点距离线路中心约150m的地方，每个独立的监测网不少于三个稳定的基准点，为保证基准点的稳定，并定期对其进行复测，复测周期一般为半年复测一次，对于区域性沉降地区一般每隔3个月复测一次，复测应采用精密水准仪按照二等水准测量要求进行往返测，发现有高程变化后应及时进行修正。
2.2工作基点的布设
工作基点的是为沉降观测点提供高程的点，工作基点也要埋设在稳定的区域且不能被破坏，保证在沉降观测过程中稳定不变，一般间隔约200m左右布设一个点，工作基点的埋设应在沉降观测两个多月以前埋设，以保证工作基点的稳定，工作基点应该在二等水准控制点的基础上按照国家二等水准测量的要求进行加密，工作基点距离线路中心约为50m~100m左右便于沉降观测且不会遭遇施工的破坏，也要定期的对其进行复测，在区域沉降地区内，应对工作基点的沉降量进行监测，如果在两次复测期间，发现工作基点变形超出两倍中误差应及时通知建设单位和评估单位，并提交观测资料。经核实后应对工作基点和变形监测点的各期实测高程进行修正。
2.3沉降观测标的布设
沉降标要埋设在能反映桥梁变形特征和变形明显的部位，沉降观测标埋设位置应该合理且稳定不宜受到破坏，不能影响桥梁的使用寿命。沉降标的埋设应符合设计要求，当墩身高度小于14m时应在小里程墩身中线左侧一米处埋设一个沉降标，当墩身高度大于14m时应在墩身两侧埋设两个沉降标。沉降标的位置距离地面或者水面半米左右，沉降标埋设位置不宜过高或者过低，过高或者过低都不利于沉降观测，沉降标立尺的部位应设计成球状或者半球状，这样能保证每一次立尺的位置相同，在观测期间要保护好沉降观测标不被破坏，墩身沉降标埋设的位置如下图1所示。
3沉降观测的依据和方法
按照TB10601—2009《高速铁路工程测量规范》二等水准有关规范要求和国家一、二等水准测量规范GB12897—91等测量规范,在京张西二旗左线特大桥的沉降观测中只对其进行垂直位移监测,所采用的高程系统为1985国家高程基准。沉降观测所使用的仪器为天宝DINI03电子水准仪和铟瓦尺，转点所用的尺垫重为5kg，采用国家二等水准测量的方法对每个沉降点进行观测，具体观测方法如下：(1)在满足限差要求的条件下，首期沉降观测应进行往返测，并将观测的数据求平均值作为桥墩的初始理论高程值，从第二期开始，可采用单程附合路线进行观测，每次观测完以后采用铁科院推荐的《高速铁路沉降观测软件》及时进行平差处理，及时进行数据的对比分析，当数据合格后方可提交。如果遇到数据异常时，应首先检查墩身沉降标是否松动，如过松动需重新埋设沉降标并且重新采集原始数据，如果沉降标没有松动应当判断工作基点是否稳定，应当联测基准点进行检查。(2)该高铁桥梁工程一共有12个工作基点，现选取具有代表性的一条观测路线CJ15─CJ16作为说明，其中CJ15和CJ16为工作基点，本条观测线路一共有5个测点，CJ15高程为：43.89744m，CJ16高程为：43.64945m。从第二期观测数据开始，其沉降观测线路CJ15→27928D1→27960D1→27993D1→28026D1→28051D1→CJ16的附和水准路线，其中（27928D1、27960D1、27993D1、28026D1、28051D1）为测点的编号。在竣工验收之前一共观测30期数据，观测线路长度约为0.21km，闭合差限差为4√0.21=0.92mm，实际测量结果每次闭合差都小于0.6mm,满足二等沉降观测及规范的要求。
4观测数据处理及数据分析
4.1数据处理
每次沉降观测都是以工作基点CJ15和CJ16作为已知高程点对其它五个测点进行符合水准路线观测,将观测的数据经过平差软件平差后求出各个测点的高程值。根据沉降观测规范计算各个测点的沉降速率如表1所示。
4.2数据分析
通过对观测数据的分析得到了沉降观测数据曲线图和沉降量曲线图，如下图2和图3所示。(1)通过对表1的分析可以得到:每个沉降观测点在整个沉降观测过程中的沉降速率和每一个沉降观测点都有下沉的趋势,且在整个工程施工的过程中沉降速率是不均匀且不稳定的。(2)通过对图2的分析，曲线在最开始的一段时间内变化较为平缓，之后的一段时间内曲线突然变陡，最后随着时间的推移曲线又逐渐平缓下来，曲线突然变陡是因为桥墩刚刚制梁完成，桥墩所受的荷载明显增加，在制梁完成后的一段时间内由于桥墩的稳定状态被打破，其沉降量和沉降速率变化较大,随着时间的推移桥梁又逐渐进入了稳定的状态，这时沉降速率逐渐变慢曲线又逐渐平缓下来。(3)通过对图3的分析，沉降量正值和负值均匀的分布在0mm左右且数值较小，说明是在测量过程中有偶然误差的存在所导致，有极个别数值较大可能是在测量过程中存在的粗差所致，综上所述可以通过以下几个方面进行分析。①工程因素：由于桥梁在施工的过程中所受到的荷载的不断的变化,桩基所处的状态是一个动态的过程，当荷载增大以后沉降量就会增大,当荷载停止增大以后，随着时间的推移沉降逐渐趋于稳定，图2就说明了这一点。②人为因素：在沉降观测的过程中，由于扶尺人员在扶尺的过程中难免会使水准尺子有轻微的晃动使气泡不能居中，这样就会导致两次前视和两次后视的读数不一样，因此产生的误差对观测数据的精度造成一定的影响，还有在施工区域内车辆流动较大，当车辆从仪器旁边路过时会使仪器的气泡有轻微的晃动，测量人员此时测量也会导致读出来的数据存在误差。③地质因素：由于京张西二旗左线特大桥处于区域性沉降地区基岩较深，所有的桩基均采用摩擦桩，桩基均未打到基岩上，且在6、7、8这三月由于雨水比较丰富导致地下水位上升，而进入了冬季雨水较少，这时又进入了枯水期，地表在垂直方向上会产生一定的位移，这对于沉降观测来说，会对桥梁产生均匀或者不均匀的沉降。④测点因素：在整个沉降观测的过程中有的沉降标埋设位置不合理，有时由于施工的因素会使沉降观测标遭到破坏，最后不得不重新埋设沉降观测标，这样以来会导致沉降观测的数据失去了连续性，会使观测的结果不能正确反映出桥梁所处的状态。
5结语
通过对沉降观测数据的分析表明,在桥梁工程施工的过程中总的来说是有沉降的,对这一年多来的沉降观测数据进行整理，总的沉降量在6mm左右，在设计及规范要求的指标范围内,所以桥梁的沉降基本趋于稳定，不会对桥梁的安全产生影响，在沉降观测的过程中如果发现有异常数据的出现，此时要加强观测的频次并及时对数据进行分析，掌握掌握的沉降趋势为桥梁的安全使用提供可靠的保证。
参考文献:
[1]TB10601—2009.高速铁路工程测量规范[S].
[2]GB50308—2008.建筑变形测量规范[S].
[3]GB/T12897—2006,国家一、二等水准测量规范[S].
[4]叶茂.京沪高速铁路沉降监测数据处理与分析[D].西南交通大学,2011.
作者:王胜 单位:中铁六局集团太原铁路建设有限公司
