高速铁路沉降变形观测实施方案secret.docx
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高速铁路沉降变形观测实施方案secret
沉降变形观测实施方案
一、概述
客运专线无碴轨道对路基、桥涵、隧道等线下工程的工后沉降要求严格、标准高，设计中对土质路基、桥涵墩台基础等均进行了沉降变形计算，采取了相应的设计措施。
而影响沉降计算的因素较多，沉降计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降。
施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。
通过对沉降观测数据系统综合分析评估，验证或调整设计措施，使路基、桥涵、隧道工程达到规定的变形控制要求。
分析、推算出最终沉降量和工后沉降，合理确定无碴轨道开始铺设时间，确保客运专线无碴轨道结构铺设质量。
为满足客运专线沉降变形观测系统的技术要求，保证沉降变形观测系统的质量，依照《新建铁路客运专线沉降变形观测系统实施细则》、《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》及相关设计要求，根据我工区工程特点，制定本沉降变形观测实施方案，在日后施工中遵照执行。
二、编制依据
1.沉降变形观测范围、内容
1.1.路基：
根据不容的路基高度及不同的地基条件，主要内容有：
①路基面的沉降变形观测
②路基基底沉降观测
③路基本体的沉降观测
1.2.桥涵：
桥各墩台；预应力混凝土梁的徐变上拱变形；涵洞沉降
观测
1.3.隧道：
隧道口仰拱、隧道一般地段和不良、复杂地质区段沉降观测
1.4.过渡段：
路桥、路隧、路涵、堤堑过渡段沉降观测
2．组织机构
为顺利完成沉降变形观测任务，保证沉降变形观测系统的质量，工区成立以总工程师为首的监测组，在其领导下开展各项工作。
其组织机构如下：
组长：
***
副组长：
******
组员：
*********
3．主要仪器设备
根据工程需要，除特定的电子元件外，xx工区配备的用于沉降变形观测的主要仪器设备见下表
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
徕卡全站仪
TPS1201
台
1
2
徕卡数字水准仪
DNA03
套
2
3
TOPCOM全站仪
GTS-722
台
1
4
笔记本电脑
IBMT43
台
1
4.沉降变形观测方案
4.1.路基沉降变形观测
4.1.1.观测断面及观测点的设置原则
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基条件，不同的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观测点应设在同一横断面上，这样有利于观测点的看护，便于集中观测，同意观测频率，更重要的便于各观测数据的综合分析。
③路基面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5m的路堤可放宽到100m；地形条件变化较大地段应适当加密观测断面。
④一般路基填筑至路基基床表层顶面，加堆载预压的路堤填筑至基床底层表面后，在路基面设观测桩，进行路基面沉降观测，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。
⑤测点及观测元器件的埋设位置应符合设计要求，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，结合沉降观测方法和工期要求具体确定。
根据工区地工程地质条件，各路基工点沉降变形观测断面布置如下：
路基工程沉降变形观测断面布置表
序号
工点图号
断面里程
观测断面型号
备注
序
号
工点图号
断面里程
观测断面型号
备注
1
81
2
82
3
83
4
84
5
85
6
86
7
87
8
88
9
89
10
90
11
91
12
92
13
93
14
94
15
V-55
95
16
96
17
97
18
98
19
99
20
100
21
v-56
101
22
102
23
103
24
104
25
105
26
v-57
106
27
107
28
108
29
109
30
110
31
v-58
111
32
112
33
113
34
114
35
115
36
116
37
117
38
118
39
119
40
v-59
120
41
121
42
122
43
123
44
v-60
124
45
125
46
126
47
127
48
128
49
129
50
130
51
131
52
v-61
132
53
133
54
134
55
135
56
v-62
136
57
137
58
138
59
139
60
140
61
141
62
v-63
142
63
143
64
144
65
145
66
V-64
146
67
147
68
148
69
149
70
150
71
151
72
V-65
152
73
153
74
154
75
155
76
156
77
157
78
158
79
159
80
160
161
162
注：
表中所列断面为根据设计要求及沉降变形监测断面布设原则初步确定的监测断面，施工时应根据具体情况进行适当调整。
4.1.3.沉降观测元件的选取、埋设
4.1.3.1.观测元件的选取
观测元件应满足工后沉降的评估需要及精度要求。
路基采用观测桩观测，地基面采用沉降板、剖面沉降管和电测元件想结合进行观测。
对于剖面沉降管、单点沉降计、土压力盒、静力水准仪等点测元件及检测仪器的选配，应选用高灵敏度，高精度、高可靠性几稳定性好的
仪器。
其购买应从统一招标的厂家购买。
4.1.3.2.观测元件的埋设
观测元件除沉降观测桩外，均应在地基加固完成后，路基填筑施工前埋设。
4.1.3.2.1.沉降观测桩：
采用φ20mm底端带弯头的钢筋，钢筋原长不小于40cm，底部做成带弯钩状。
一般路基填筑至基床表层顶面，加载预压路堤填筑到基床底层顶面后，挖坑埋置于设计位置，坑深30cm，边长15cm，采用砂浆浇筑固定。
路基面观测桩一般设在距左右线路中心3.2m处。
埋设形式见右图，观测点钢筋头为半球形，高出埋设表面5mm，表面作好防锈处理。
采用水准仪按国家一等精密水准测量方法测量沉降监测桩标高变化。
4.1.3.2.2.沉降板：
由底钢板（50cm×50cm，厚1cm）、金属测杆（φ40mm厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于φ75mm、壁厚不小于4mm的硬PVC管）组成。
①沉降板埋设位置应按试验设计测量确定，沉降板埋在褥垫层顶部并嵌入其内10cm，采用中粗砂回填密实，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，并在其周围填筑相应填料稳定保护套管，完成沉降板的埋设工作。
②采用水准仪按国家一等精密水准测量方法测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高作为初始读数，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。
图示如下：
沉降板大样图
4.1.3.2.3.单点沉降计：
由电测位移传感器、测杆、锚头、锚板及金属软管和塑料波纹管等组成。
埋设要求：
①当地基采用桩处理时，单点沉降计应埋置于桩间形心处。
②采用钻孔引孔埋设，钻孔孔径Ф108mm，钻孔垂直，孔深应与沉降仪总长一致，达到硬质稳定层（最好为基岩），孔口平整密实。
③安装前先在孔底灌浆，固定底端锚板。
④沉降计安装时，锚板朝下，法兰沉降板朝上，注意要用拉绳保护以防止元件自行掉落，采用合适方法将沉降计底端锚板压至设计深度。
⑤每个测试断面埋设完成后，位移计引出导线套钢丝波纹管进行保护，并挖槽集中从一侧引出路基，引入坡脚观测箱内，注意导线应适当松弛。
⑥元件埋入之前应采取措施保证孔径满足安装要求，一般埋设完成后3～5天待缩孔完成后测试初读数。
4.1.3.2.4.剖面沉降管：
采用专用PVC塑料硬管，其抗弯刚度应能适应被测土体的竖向位移要求，柔韧性好，不易压碎，导管内十字导槽应顺直，管端接口密合。
剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头导轮卡至于预埋剖面沉降管的十字导槽内，从一端按一定间隔依次读数，起始端管口标高采用水平仪按国家一等精密水准测量方法进行测量，再通过数据处理计算求出不同位置处地基的沉降量。
埋设要点：
①剖面沉降管埋设在基底碎石垫层顶部，在碎石褥垫层顶面开槽埋
设，在垂直线路方向开挖出宽20㎝，深30㎝的沟槽，槽底采用5cm左右中粗砂找平，剖面管顶面回填5cm中粗砂并与褥垫层相平。
②剖面沉降管埋设时，应按设计用螺钉进行组装，导管用外接头连接至大于埋设长度约2m（两端各伸出1m左右），两端用管盖封住，并预先在导管内穿一条镀锌钢丝绳作测试时来回牵引沉降仪用。
③剖面沉降管内十字导槽方向应与地面垂直，两头应砌筑观测井（井壁厚30㎝，井内断面尺寸90㎝×120㎝，井深100㎝），以方便观测并对孔口进行长期保护，同时应做好井内及其周围的排水。
④剖面沉降管连接时要特别注意导线槽的对正，不得扭曲。
连接方法如下：
每节测斜管上套入连接管的长度的一半，对正连接管上的槽接下一节管，检查各节管的连接良好及导向槽对接正确后才能铺设，为防止泥砂从连接管段进入管内，在路堤外面的测斜管接管均应以重300克的无纺土工布包裹，外用塑料绳扎紧，无纺土工布接口处用电工胶布粘接。
观测横断面见下图。
剖面沉降管设置示意图
⑤剖面沉降管铺设时，一对导槽要垂直放置，另一对导槽要水平放置，并预先在测斜管内穿入测绳（或细钢丝绳）一根，用于测量时拉测头用。
⑥待上部一层填料压实稳定后，连续监测数日，取稳定读数作为初始读数。
4.1.4.监测方法及要求
4.1.4.1.观测频度要求：
①所有元件埋设后，必须测试初始读数，在路堤正式填筑前，必须对所有元件进行复测，作为正式初始读数。
2路基施工各阶段沉降观测频度应满足表1要求：
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
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/10天
3个月以后
1次/2周
6个月以后
1次/月
无碴轨道铺设后
第1个月
1次/2周
第2、3个月
1次/月
3～12个月
1次/3月
③测试过程中发现异常必须及时查明原因，尽快妥善处理。
4.1.4.2.观测方法及测量精度要求：
①所有标高水准测量应满足二等变形等级测量技术要求，按国家一等精密水准测量方法施测，测量精度：
±1mm，读数取位至0.1mm。
②单点沉降计采用人工智能型频率检测仪器（JMZX-2001）进行测试，单点沉降计量程：
20cm，精度1％量程，灵敏度0.05mm。
③剖面沉降采用剖面沉降仪进行测试，精度8mm/30m，灵敏度0.01mm。
④静力水准仪采用智能型频率检测仪器进行测试，静力水准仪量程10cm，精度1mm，灵敏度0.01mm。
4.1.4.3.元件保护要求：
①各工程项目部应成立专门监测测试小组，进行元器件的埋设、观测和保护工作，小组人员分工明确，责任到人。
②元件埋设前应根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基坡脚观测箱内，并做好观测箱的保护。
③所有监测元件埋设时或监测过程中损坏应及时补埋或经设计、监理确认采取其它替代措施。
④沉降板埋设后，制作相应的标示旗或保护架插在上方，凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压，不得采用大型机械推土及碾压，并配备专人负责指导，以确保沉降板不受损坏。
⑤各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏。
4.2.桥涵沉降变形观测
4.2.1.一般要求
4.2.1.1.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边上拱变形为主，涵洞除应进行自身的沉降观测外，尚应进行洞顶填土的沉降观测。
4.2.1.2.桥梁变形观测应逐跨、逐墩（台）布置测点，涵洞应逐个布置。
岩石地基、嵌岩桩基础的桥涵可选择典型墩（台）、涵进行观测。
对原材料变化不大，预制工艺稳定、大批量生产的预应力混凝土预制梁，徐变变形观测可每30孔选择1孔进行；期于桥梁变形观测应逐跨、逐墩（台）布置测点，涵洞应逐个布置。
4.2.1.3.桥涵主体工程完工后，沉降观测期一般不应少于6个月；岩石地基等良好地质区段的桥梁，沉降观测期不应少于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。
4.2.2.观测点的布置
4.2.2.1.墩台沉降观测点可在墩顶、墩身或承台上布置，每个墩台的观测点总数不应少于4个，一般在墩、台、或承台四个角处。
4.2.2.2.预应力混凝土梁徐变上拱变形观测点设置在箱梁四个支点和跨中截面两侧腹板梁顶处，每孔梁的测点数应不少于6个。
4.2.2.3.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。
4.2.2.4.桥涵变形观测点埋设参考右图施做，观测点钢筋头为半球形，高出埋设表面3mm，表面做好防锈处理。
4.2.3.观测精度：
桥涵基础沉降和梁体徐变变形观测精度为±1mm，读数取位至0.1mm。
4.2.4.观测频次
墩台沉降观测频次
注：
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。
梁体竖向变形变形观测频次
注：
测试梁体徐变上拱变形时，应同时记录梁体荷载状态、环境温度及天气日照情况。
涵洞沉降观测频次
注：
测试涵洞沉降时，应同时记录结构荷载状态、环境温度及天气日照情况。
4.3．隧道基础沉降观测
4.3.1.一般要求
4.3.1.1.隧道主体工程完工后，变形观测期一般不应少于3个月。
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。
4.3.1.2.隧道内一般地段沉降观测断面的布设根据地质围岩级别确定，不良和复杂地质区段适当加密布设。
4.3.2.观测断面的布设
4.3.2.1.一般情况下，Ⅲ级围岩每400m、Ⅳ级围岩每300m、Ⅴ级围岩每200m布生日一个观测断面。
地应力较大，断层破碎带，膨胀土等不良和复杂地质区段适当加密布设。
4.3.2.2.隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断面。
4.3.2.3.隧底工程完成后，每个观测断面在相应于两侧边墙处设一对沉降观测点。
观测点的埋设如桥涵观测点设置。
4.3.2.4.隧道基础沉降观测的频次按下表进行，沉降稳定后可不再进行观测。
隧道基础沉降观测频次
4.4．过渡段沉降观测
4.4.1.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，不少与6个月。
4.4.2.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、15～25m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。
4.4.3.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。
4.4.4.沉降观测水准的测量精度不低于1mm，读数取位至0.1mm。
4.4.5.沉降观测的频次按路基沉降观测频次进行。
当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。
5.资料整理要求：
①所有测试数据应真实、可靠，并有可追溯性；记录必须清晰，不得擦改；测试、记录人员必须签名。
②人工测试数据应当天及时输入电脑，核对无误后在计算机内保存，自动采集测试数据应及时在计算机内备份。
沉降观测资料及时输入沉降观测管理信息系统，以保证各相关单位在观测过程中时时监控。
观测中有沉降异常情况应及时通知有关各方及时处理。
③按照资料提交要求及时对测试数据进行整理、分析、汇总，绘制有关分析曲线及完成有关报告。
④路基填筑过程中应及时整理中心沉降监测点的沉降量，当路堤中心地基处沉降观测点沉降量大于10mm/天时，应及时通知项目部，并要
求停止填筑施工，待沉降稳定后再恢复填土，必要时采用卸载措施。
⑤观测数据及观测报告作为铺设无碴轨道前评判路基工后沉降是否满足要求及作为工程竣工验收的依据。
6.路基工后沉降量的推算与评估
路基沉降需要经过一个较长的过程，在施加荷载的初期，沉降速率由小到大，随着时间增长，沉降的速度由大变小，沉降过程趋于稳定。
填土高度不同的路基，沉降曲线的斜率不同。
沉降速率越大，沉降稳定需要的时间越长。
但当路堤达到设计高度后，其沉降可以某种曲线方程描述。
路基沉降在荷载保持稳定条件下的地基沉降可用下列三种曲线来拟合：
对数曲线：
St－S0=alg（t－t0）
双曲线St=S0+
指数曲线：
St－S0=a[1-e
]
利用这些曲线方程可以计算任一时刻t（t≥t0）沉降量St，沉降速率St以及沉降速率变化率S〃t，当t→∞时，利用极限方程可以推算出最终地基沉降量S∞。
其中t0为荷载稳定之后的某一时刻。
6.1.绘制沉降曲线
路基施工至设计预压标高后，持续监测不少于6个月，将监测数据
分剖面绘制成“时间—填土高—沉降量“曲线，如下图所示。
再按实际沉降推算法推算总沉降量、工后沉降值及后期的沉降速率，根据分析结果并结合工期要求，验证设计、调整措施使沉降满足施工控制要求。
时间—填土高—沉降量曲线
6.2.沉降推算方法
利用实测数据推算最终沉降量的，常用方法有，双曲线法、三点法（对数曲线法）、沉降速率法、星野法（指数曲线法）及修正有双曲线法等。
根据现有的研究成果，推算方法与实际沉降对比，积累经验较多的的推算方法主要有双曲线法和沉降速率法。
6.3.沉降推算
6.3.1.双曲线法
根据有关资料及研究成果认为，假定沉降平均速度以双曲线形式减少的推算方法比较合适，将实际的路基填筑施工情况与沉降监测结果绘制成“时间—填土高—沉降量“曲线后，图形如下图所示，路基填筑完成后，沉降变形曲线与双曲线线型比较接近。
采用双曲线线型推算，自填土完成后的任意时刻，地基沉降量St可由下式计算求得：
St=So+
当t→∞时，总沉降量S∞为：
S∞=So+
若预压时间为t，则工后沉降量△S为：
△S=S∞-St
式中，So为填土完成时的沉降量（t0）；t为预压时间，以填土（含当量上部结构荷载在内的全部荷载）施工结束日为起算日（t0,可取值为t0=0）；a、b为由实测值求得的推算系数，其求法见下图。
错误！
链接无效。
地基沉降的双曲线推算法示意图沉降推算系数a、b值计算图
6.3.2.沉降速率法
根据实际的监测数据计算，确定地基沉降速率，公式为：
v=
=
通过沉降速率的推算，便可计算出满足工后沉降所需的预压时间t时刻对应的沉降速率，以此作为控制路基沉降稳定与否的依据。
6.4.沉降分析评估的内容与要求
根据监测数据推算沉降，推算的准确性必须经过评估。
系统的分析评估目前主要有以下三部分内容：
6.4.1.监测数据和趋势确定的检验
检验监测数据与拟合的沉降双曲线之间趋势的符合性。
当两者之间的相关关系r，满足相关系数r2≥0.85时为“优”。
6.4.2.预测稳定性检验
根据监测数据和拟合的沉降曲线，推算一定时期（一般为6个月）后的沉降。
推算前先进行预测分析。
方法是，以预压期前2个月监测数据为基础，以后逐步预测下个月的沉降，预测期限为预压期第6个月的沉降，通过对预测沉降与实际监测结果比较时间，当偏差≤8mm时，认为预测的稳定性达到了“优”，并以此进行工后沉降及总沉降量推算的初步依据。
6.4.3.预测准确性的要求
当预测的时间满足条件S（t）/S（t=∞）≥75%时，预测才是准确的。
6.5.沉降分析评估结果的意义
对路基沉降监测的评估，既是对监测数据与拟合沉降曲线趋势的符合性及沉降预测稳定性的检验，也是对沉降预测准确性的要求。
分析评估的三部分内容都来自于实际的监测数据，只是分析评估的角度有所不同，三者之
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