兰新高速铁路沉降变形观测技术方案1.docx

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兰新高速铁路沉降变形观测技术方案1

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ4标

沉降变形观测技术方案

编制：

复核：

审批：

批准：

桂林理工大学勘察设计研究院

二0一0年七月

目录

一、工程概况1

二、编制依据1

三、沉降变形测量施测的方法和基本要求1

3.1一般要求1

3.2观测水准基点、工作基点的布设2

3.3沉降变形观测主要技术要求2

3.4观测点元件的保护3

3.5测量观测资料整理及提交3

四、各监测对象的沉降变形观测3

4.1路基沉降变形观测4

4.1.1一般要求4

4.1.2观测断面及点的设置、元件布设4

4.1.4沉降变形观测的精度要求6

4.1.5路基沉降观测频次6

4.2位移边桩变形观测7

4.2.1一般要求7

4.2.2位移边桩的埋设7

4.2.3观测精度要求8

4.2.4提高监测结果精度的措施8

4.3桥涵沉降变形观测10

4.3.1一般要求10

4.3.2观测点的布置10

4.3.3观测方法及精度10

4.2.4观测频次12

4.4过渡段沉降观测13

沉降变形观测技术方案

为评估兰新铁路第二双线（哈密～乌鲁木齐段）站前工程LXTJ4标段一工区路基（含过渡段）、桥梁、涵洞等线下工程在施工过程的沉降变形，并对观测资料进行分析，真实反映工程实际状况，确保施工质量，制定本沉降观测技术方案。

一、工程概况

本项目为新建兰新铁路第二双线（哈密～乌鲁木齐段）站前工程LXTJ4标段一工区，项目管段起讫里程为：

DK1310+000~DK1340+000，正线长30km。

线路全部位于哈密市境内，线路东起哈密市红星二厂（DK1310+000），向西延伸二堡镇（DK1340+000）。

工程主要包括路基、桥涵等线下土建工程。

桥梁工程共计11.8km，其中：

特大桥2座，大桥3座，中桥2座，箱形小桥13座。

路基工程共计18.2km，主要地基处理方式有CFG桩、强夯等。

涵洞工程均为箱型涵，共计52座。

本管段路基土石方工程量较大，涵洞数量较多，部分软基地段有预压期，工期紧；施工技术要求高，安全、质量管理难度大。

工程重点及难点：

（1）软土、基底处理及机械化施工组织；

（2）工后沉降控制及路基沉降观测和信息化施工；

（3）施工区域气候干燥、炎热等。

二、编制依据

1.《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）；

2.《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》（铁建设[2006]189号）；

3．《国家一、二等水准测量规范》（GB12897—2006）；

4．《建筑沉降变形测量规程》（JGJ/T8-2007）；

5．《铁路客运专线竣工验收暂行办法》（铁建设[2007]183号）；

6．《客运专线无砟轨道铁路施工技术指南》（TZ216-2007）；

7．《工程测量规范》（GB0026－93）；

8．《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054－97）；

9．《客运专线无砟轨道铁路设计指南》（铁建设函[2005]754号）；

10．兰新高速铁路工程设计文件；

11．铁道部有关规定。

三、沉降变形测量施测的方法和基本要求

3.1一般要求

1、沉降变形观测测量按《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》、《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》的要求执行，垂直位移观测网采用二等水准测量精度要求建立。

2、应建立沉降变形观测网，布设水准基点和工作基点。

高程应采用施工高程控制网系统并与施工高程控制网联测。

全线二等水准测量贯通后，将垂直位移观测网与二等水准点联测，统一归化为二等水准基点上。

水平位移观测网应与CPI或CPII控制点联测，以便引入客运专线无扎轨道铁路工程测量平面坐标系统，实现与施工平面控制网坐标的相互转换。

3、每次观测前，对所有使用的仪器和设备应进行检查并作出详细记录；每次测量应采用同一台仪器，固定观测人员，采用相同的观测路线和观测方法，在基本相同的环境和观测条件下工作。

4、各种原始测量记录应真实、可靠，并有可追溯性；计算成果和图表清晰、签署齐全，并妥善保存。

5、参与观测的人员必须经过培训才能上岗。

3.2观测水准基点、工作基点的布设

1、观测水准基点的布设

在沿线施工已设水准基点的基础上，按距离不大于1km增设水准基点，水准基点应设在变形区以外的岩石或原状土层上，亦可以利用稳固的建筑物、构筑物设立水准点。

每个独立观测网应设置不少于3个基准点。

2、工作基点的布设

为满足沉降变形观测精度要求，在两水准基点之间沿线路方向按间距不大于200m、距路基中心距离小于100m布设工作基点。

工作基点应布设在不受施工干扰的稳定土层内，便于长期保存和使用的地点，对观测条件较好或观测项目较少的工程，可不设立工作基点，在基准点上直接测量变形观测点。

工作基点采用Φ20mm长60cm顶端圆滑的钢筋打入土中，桩周上部30cm用混凝土浇注固定并编号。

3、观测网中，工作基点应定期与水准基点进行校核。

当对沉降观测成果发生怀疑时，应随时进行复测校核。

3.3沉降变形观测主要技术要求

1、沉降变形观测网主要技术要求见表1和表2。

水平位移观测网控制点宜采用强制归心装置的观测墩；照准标志采用强制对中装置的觇牌或红外测距反射片。

垂直位移监测网应布设成闭合环状、结点或符合水准路线等形式。

表1水平位移监测网主要技术要求

等级

相邻基准点的点位中误差（mm）

平均边长（m）

测角中误差（"）

最弱边相对中误差

作业要求

三等

±6.0

＜350

±1.8

≤1/70000

按国家三等平面控制测量要求观测

＜200

±2.5

≤1/40000

按国家四等平面控制测量要求观测

表2垂直位移监测网主要技术要求按下表执行：

等级

相邻基准点高差中误差（mm）

每站高差中误差（mm）

往返较差、附合或环线闭合差（mm）

检测已测高差较差（mm）

使用仪器、观测方法及要求

三等

1.0

0.3

0.6

0.8

DS05或DS1型仪器，按《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》二等水准测量的技术要求施测。

2、沉降变形观测点的精度要求和观测方法

水平位移和垂直位移观测应符合《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》“6.3变形测量”的规定，如下表3、表4所示。

表3沉降变形观测点的精度要求

等级

高程中误差（mm）

相邻点高差

中误差（mm）

观测方法

往返较差、附合或环线闭合差（mm

二等

±0.5

±0.3

宜按国家一等精密水准测量

≤0.3

表4一、二等水准测量仪器及主要技术要求

等级

仪器

视线

长度（m）

前后视

距差（m）

在任一测点上前后视距差累计（m）

视线高度（下丝读数）（m）

一等

DSZ05、DS05

≤30

≤0.5

≤1.5

≥0.5

二等

DS05、DS1

DS05≤60，DS1≤50

≤1

≤3

≥0.3

3.4观测点元件的保护

1、项目部应成立专门小组，进行元器件的埋设和保护工作，并配合测量技术人员进行测量工作。

埋设元件应根据现场情况进行编号。

2、沉降观测板附近1m范围内土方应采用人工摊平及小型机具夯实，不得使用大型机械推平和碾压，并配备专人负责指挥，以确保元器件不受损坏。

3、应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为等因素而破坏。

元器件埋设后，制作相应保护架，并在保护架上插上标示旗。

3.5测量观测资料整理及提交

1一般要求

a、观测资料应齐全、真实、详细、规范、具有可追溯性并符合设计及实施细则要求，严格执行责任人签名制度。

b、人工测试数据，必须在观测当天及时输入计算机，核对无误后在计算机内备份；自动采集测试数据应及时在计算机内备份。

及时完成沉降观测资料处理分析，以保证各相关单位在观测过程中实时监控。

观测中有沉降异常情况必须及时通知有关各方及时处理。

c、按照提交资料要求及时整理、汇总、分析，及时绘制荷载-时间-沉降过程曲线并进行分析。

2、资料整理

3、提交资料

四、各监测对象的沉降变形观测

本次监测内容主要包括路基沉降观测，位移边桩水平位移监测，桥涵沉降观测，过渡段沉降观测4项。

对各项沉降观测，本方案拟采用精密水准测量数据处理管理系统进行数据传输下载、处理分析和报表输出，以提高工作效率，同时也保证了数据分析结果的可靠性。

而对位移边桩的监测，也采用了有利于提高观测精度的措施，保证观测结果反映监测对象的真实变化。

4.1路基沉降变形观测

4.1.1一般要求

1、路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。

沉降变形观测断面应根据不同的地形地基条件、路堤高度以及不同结构部位等具体情况设置；测点的设置位置应满足设计要求，同时还应针对施工掌握的地质、地形等情况调整或增设。

2、地基沉降观测和路基沉降观测点等应尽量设在同一横断面上，有利于各观测项目数据的综合分析。

同时也便于测点的看护，便于集中观测，统一观测频率。

3、沉降观测断面沿线路方向的间距一般不大于50m；地势平坦、地基条件均匀良好的路堑、高度小于5m的路堤可放宽到100m；地形、地质条件变化较大地段应适当加密观测断面。

4、一般路基观测桩设在路基基床表层顶面，加堆载预压的路堤观测桩设在基床底层表面以便进行路基面沉降观测。

5、测点及观测元器件的埋设位置应符合设计及评估技术指南要求，且标设准确、埋设稳定。

观测期间应对观测点采取有效的保护措施，防止施工机械的碰撞，人为因素的破坏，务必使观测工作能善始善终，取得满意成果。

4.1.2观测断面及点的设置、元件布设

观测断面的设置及观测断面的观测内容、元件的布设应根据地形、地质条件、地基压缩层厚度、路堤高度、地基处理方法、堆载预压等具体情况，结合沉降观测和工期要求具体确定。

代表性观测断面示意图如下（其余详见路基设计大样图）：

1）路堤地段

图1一般路堤地段沉降观测标准断面

2）路堤预压地段

图2一堆载预压地段路堤沉降观测标准断面

3）路堤与桥梁过度地段

（b）

图3路堤与桥梁过渡段一般地段沉降观测标准横断面

4）路堤与横向结构物过度地段

图4路堤与横向结构物过渡段沉降观测标准横断面

4.1.3观测元件的选取、埋设

1、观测元件的选取

应满足工后沉降的评估需要以及精度要求。

路基面采用观测桩观测，地基面采用沉降板、组合式沉降板进行观测。

2、观测元件的埋设及安装

观测元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后路堤填筑施工前埋设。

a、沉降观测桩（点）：

在一般路基填筑至基床表层顶面（需加载预压路堤填筑到基床底层顶面后埋设沉降观测桩（点）），路基面两侧观测桩一般设在距左右线路中心3.2m处。

埋设规格见图5，观测点钢筋头为半球形，高出埋设表面5mm，表面做好防锈处理。

图5路基沉降观测桩埋设布置图

b、沉降板：

由底板、金属测杆（φ40mm镀锌铁管）及保护套管（φ75mmPVC管）组成。

底板尺寸为50cm×50cm，厚1cm。

按二等水准标准测量沉降板标高变化。

（1）沉降板埋设位置应按设计测量确定，埋设位置处可垫10cm中粗砂垫层找平，埋设时确保测杆与地面垂直，再套上保护套管，保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖封住管口，并在其周围并在其周围填筑相应填料稳定套管，完成沉降板的埋设工作。

（2）按国家一等水准标准测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高读数作为初始读数，随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测杆和保护套管，每次接长高度以1m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。

金属测杆用内接头连接，保护套管用PVC管外接头连接。

（3）每个工点观测断面及观测点的数量，埋设观测元件的种类、数量，根据设计断面里程埋设。

4.1.4沉降变形观测的精度要求

路基沉降观测水准测量的精度为±1.0mm，读数取位至0.1mm。

4.1.5路基沉降观测频次

路基沉降观测的频次不低于表5的规定。

当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。

表5路基沉降观测频次

观测阶段

观测频次

填筑或堆载

一般

1次／天

每天填筑量超过3层时

1次/每填筑3层

沉降量突变

2～3次／天

两次填筑间隔时间较长

1次／3天

堆载预压或路基施工完毕

第1个月

1次/周

第2～3个月

1次／2周

3个月以后

1次／月

无砟轨道铺设后

第1个月

1次／2周

第2～3个月

1次／月

3个月以后

1次／3月

路基沉降观测时间不少于6个月。

根据观测结果，分析评价地基的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使地基处理达到预定的控制要求，同时作为竣工验收时控制沉降量的依据。

在观测期内路基沉降实测值超过设计值的20%及以上时，应及时会同建设、设计、监理等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。

4.2位移边桩变形观测

4.2.1一般要求

位移边桩和地基、路基沉降观测点应尽量设在同一横断面上，有利于各观测项目数据的综合分析。

同时也便于测点的看护，便于集中观测，统一观测频率。

2、测点及观测元器件的埋设位置应符合设计及评估技术指南要求，且标设准确、埋设稳定。

观测期间应对观测点采取有效的保护措施，防止施工机械的碰撞，人为因素的破坏，务必使观测工作能善始善终，取得满意成果。

4.2.2位移边桩的埋设

位移边桩与沉降观测点应尽量设在同一横断面上，其埋设位置参考图1～图4所示。

按照要求，位移边桩采用打入埋设或开挖埋设，埋设深度0.9m，桩周上部0.3m用混凝土浇注固定，其立体图如图6所示，其中埋设标志为半圆形不锈钢耐磨测头。

完成埋设后用全站仪或测量机器人测量边桩距基桩的距离（坐标）作为初始读数。

图6位移观测桩立体图

4.2.3观测精度要求

参照《京沪高速铁路线下工程沉降变形观测及评估实施方案》要求，位移观测按国家三等平面控制测量要求执行，位移变形点点位中误差±6.0（mm）。

4.2.4提高监测结果精度的措施

传统观测方法受测站误差和定向误差影响较大，其中对中误差是主要影响因素（通常为3～5mm），为了消除减弱仪器和反光镜的对中误差，尽量减小各种不良因素的影响，本方案采用了以下几个措施：

1）改进位移监测标志

为了消除位移边桩标志的对中误差，将半圆形不锈钢耐磨测头换成带有统一规格螺纹的不锈钢钉（如图7所示），以便反光镜可以直接与测量标志相连，消除对中误差。

图7改进位移观测桩立体图

2）减小对中误差

受限于工作环境，测站与位移边桩标志可能并不通视，此时，位移边桩上需要脚架对中。

为了减小全站仪和反光镜的对中误差，可以采取以下两种方法：

1、利用精密对中仪进行全站仪和测量反光镜的对中，其对中精度可以达到0.1-0.2mm，大大提高了对中精度。

精密对中仪如图8所示。

其通过旋转制微动手轮和微调手轮，可以实现旋转和X、Y方向的微动，达到精密对中的目的，减少方位测量时由于短边对点误差大引起的测量精度损失，有效提高了测量精度。

图8精密对中仪实物图

2、利用自行设计的精密对中导向板进行对中，亦可以有效提高对中精度。

精密对中导向板的结构如下图9所示。

（a）正视图（b）俯视图

图9精密对中导向板示意图

3）保证相同的观测条件

不同的观测条件会导致对同一目标的测量结果产生差异，因此，为了提高监测结果精度，应尽量做到：

1、保证同一里程（路段）的位移边桩各期观测环境相同或相近；

2、在监测过程采用相同的仪器设备；此次观测拟采用徕卡测量机器人TCA1800进行自动观测，其精度可达1+1ppm，有效保证观测结果精度。

3、为了客观反映位移监测点的真实变化，减小监测网控制点点位误差的影响，应保证同一里程（路段）位移边桩各期观测使用相同的测站点、定向点。

由于采用了高精度的测量机器人TCA1800进行位移监测，为了充分发挥其优势，在位移监测的同时，可以通过精密三角高程测量测定位移边桩的高程变化情况，此信息可作为地基、路基沉降以及组合沉降板沉降的参考。

为了保证仪器高的量测精度，采用特制的仪器高精密量测杆，其精度可以达到0.02mm，完全满足了精密三角高程测量中的仪器高测量精度要求。

4.3桥涵沉降变形观测

4.3.1一般要求

1、桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力混凝土梁的徐变变形为主，涵洞除应进行自身的沉降观测外，尚应进行涵洞顶填土的沉降观测。

2、桥涵主体工程完成后，沉降观测期一般应不少于6个月；岩石地基等良好地质区段的桥梁，沉降观测期应不少于60天。

观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。

4.3.2观测点的布置

1、墩台沉降观测点可在墩顶、墩身或承台上布置，每个墩、台的测点总数不应少于4个。

一般在墩、台、或承台四个角处。

2、涵洞沉降观测点设在涵洞边墙两侧帽石顶上，每个涵洞测点数4个。

涵洞顶填土沉降观测与路基沉降观测同步进行，观测点布置个观测频率参照路基执行。

3、桥涵变形观测点可参考下图10埋设，观测点钢筋头位半球形，高出埋设表面3mm，表面做好防锈处理。

图10桥涵变形观测点设置参考图

4.3.3观测方法及精度

桥涵基础沉降和梁体徐变变形的观测精度为±1.0mm，读数取位至0.1mm。

为满足桥梁变形观测的需要，应在梁体及每个桥梁承台及墩身上设置观测标。

观测标具体埋设原则如下：

1、承台观测标为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标基坑回填将不再使用。

承台观测标分为观测标-1、观测标-2，承台观测标-1设置于底层承台左侧小里程角上；承台观测标-2设置于底层承台右侧大里程角上。

2、墩身观测标埋设，当墩全高大于14m时（指承台顶至墩台垫石顶），需要埋设两个墩身观测标；当墩全高小于等于14m时，埋设一个墩身观测标。

墩身观测标一般设置在墩底部高出地面或常水位0.5m左右的位置；当墩身教矮，梁底距离地面净空较低不便于立尺观测时，墩身观测标可设置在对应墩身埋标位置的顶帽上。

沉降观测点的高程测量采用从邻近水准基点测至沉降观测点，再附和至邻近另一水准基点，闭合到起始水准基点的闭合水准路线法。

如图11所示:

（a）承台观测示意图

（b）墩全高大于14m观测示意图

（c）墩全高小于14m观测示意图

图11墩台沉降观测点埋设及观测路线图

4.2.4观测频次

1、墩台观测频次见表6

表6墩台基础沉降观测频次表

观测阶段

观测频次

备注

观测期限

观测周期

墩台基础施工完成

/

/

设置观测点，进行首次观测

墩台混凝土施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

承台回填时，临时观测点取消

预制梁桥

架梁前

全程

1次/周

预制梁架设

全程

前后各1次

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

桥位施工桥梁

制梁前

全程

前后各1次

上部结构施工中

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

附属设施施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机（运梁车）通过

全程

前后各1次

桥梁主体工程完工～无碴轨道铺设前

≥6个月

1次/周

岩石地基的桥梁，一般不宜少于2个月

无碴轨道铺设期间

全程

1次/周

无碴轨道铺设完成后

24个月

0～3个月

1次/月

工后沉降

长期观测

4～12个月

1次/3个月

13～24个月

1次/6个月

注：

1）、观测墩台沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

2、涵洞观测频次见表7

表7涵洞沉降观测频次表

观测阶段

观测频次

备注

观测期限

观测周期

涵洞基础施工完成

/

/

设置观测点

涵洞主体施工完成

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

测试点移至边墙两侧

洞顶填土施工

全程

荷载变化前后各1次或1次/周

架桥机（运梁车）通过

全程

前后各1次

至少进行2次通过前后的观测

涵洞完工～无砟轨道铺设前

≥6个月

1次/周

无砟轨道铺设期间

全程

1次/周

无砟轨道铺设完成后

24个月

0～3个月

1次/月

工后沉降

长期观测

4～12个月

1次/3个月

13～24个月

1次/6个月

注：

1、测试涵洞沉降时，应同时记录机构荷载状态、环境温度及天气日照情况。

4.4过渡段沉降观测

1、对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析、评估其差异沉降。

2、过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，沉降观测期与路基相同，不少于6个月。

3、分别在路桥、路涵、路隧过渡段的结构物起点、距结构物起点5～10m处、20～30m处、50m处各设一个观测断面，沿涵洞轴线设路基面观测断面，每个观测断面设3个观测桩。

4、路堤和路堑过渡段在分界处设路基面观测断面，每个观测断面设3个观测桩。

5、沉降观测水准的测量精度不低于1mm，读数取位至0.1mm。

6、沉降观测的频次不低于表5的规定。

当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。

附表

电子水准测量记录手簿

测站

视准点

视距读数

标尺读数

读数差（mm）

高差（m）

高程（m）

备注

后视

后距1

后距2

后尺读数1

后尺读数2

前视

前距1

前距2

前尺读数1

前尺读数2

视距差（m）

累积差（m）

高差（m）

高差（m）