宁高城际轨道交通二期工程石臼湖特大桥监测方案按专家意见修改.docx
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宁高城际轨道交通二期工程石臼湖特大桥监测方案按专家意见修改
宁高城际轨道交通二期工程
石臼湖特大桥跨湖段
（DK30+471.86~43+301.52）
监测方案
江苏省交通规划设计院股份有限公司
宁高城际轨道交通二期工程监测中心
二〇一四年三月
宁高城际轨道交通二期工程
石臼湖特大桥跨湖段
（DK30+471.86~43+301.52）
监测方案
编制：
复核：
审核：
审定：
江苏省交通规划设计院股份有限公司
宁高城际轨道交通二期工程监测中心
二〇一四年三月
专家意见回复
1、监测基准网按照一等水准作业，并对工作基点的稳定性进行判断。
回复：
根据专家意见，监测基准网按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）I等垂直位移监测控制网的要求进行观测，方案中增加了对工作基点稳定性的判断方法。
2、补充主跨墩柱沉降监测方法。
回复：
在方案中增加了主跨墩柱沉降监测方法。
在主跨对应的两个桥墩位置布设两个工作基点，全站仪架设在桥墩和工作基点之间，利用三角高程测量可以得到监测点的高程。
3、墩柱沉降初始值采集需在夜间或上、下午进行。
回复：
方案中增加了对初始值采集的要求。
4、桥梁挠度监测按照二等水准路线测量，获取梁顶部绝对高程，以便与墩柱沉降量相互验证。
回复：
对梁体挠度监测从基准点出发，获取监测点的绝对高程。
5、监测变形量限值以设计单位提供的数据为准。
回复：
已与设计单位沟通，方案中监测变形量限值为设计单位提供数据。
专家组组长意见：
专家组组长（签名）：
1工程概况1
1.1工程概述1
1.2工程范围3
2工程地质及水文地质条件3
2.1地形、地貌3
2.2岩土层分布特征3
2.3水文地质条件4
3监测依据与原则5
3.1监测依据5
3.2监测原则6
4监测目的6
5监测内容及重点难点7
5.1监测内容7
5.2监测重点与难点7
6监测方法及测点布设9
6.1墩柱沉降监测9
6.2梁体挠度监测15
6.3梁体应力监测17
7监测周期与频率19
8监测控制指标20
8.1控制指标的确定原则20
8.2控制标准20
9监测人员及仪器21
9.1监测人员21
9.2监测仪器22
10质量及安全保证措施24
10.1质量保证体系24
10.2质量保证措施25
10.3监测进度保证措施26
10.4安全生产管理措施26
11监测信息反馈机制26
11.1成果反馈目的26
11.2监控成果反馈工作流程26
11.3监控信息的内容27
11.4监测工作成果报告的内容及格式27
12监测预警机制29
13监测应急预案30
13.1恶劣气候条件下加强监测及信息反馈预案30
13.2异常情况下的加强监测及信息反馈预案30
13.3监测点保护措施方案31
14附表31
1工程概况
1.1工程概述
本监测方案范围为：
宁高城际轨道二期工程石臼湖特大桥跨湖段，里程桩号为（DK30+471.86~43+301.52），对应于轨道交通二期工程之石臼湖特大桥的墩台号为99#墩~518#墩。
宁高城际轨道交通二期工程北起禄口新城南站，经江宁区、溧水区，至高淳区。
线路全长约52.39km，其中地下线3.73km、地面线4.67km、高架线43.98km。
全线新设铜山站、石湫站、明觉站、高淳北站、高淳站等5个车站，其中铜山站为地下一层、地面厅车站，其余为高架站。
最大站间距18.29km（明觉～高淳北），最小站间距6.24km（高淳北～高淳），平均站间距10.35km。
项目分多个标段依次进行施工，施工界面多，施工监测情况复杂，技术要求较高。
图1-1宁高城际轨道交通二期工程线路走线示意图
宁高城际轨道交通二期工程石臼湖特大桥跨湖段，与南京至高淳新通道石臼湖特大桥共建，石臼湖区内桥梁共三幅，中间幅为轨道交通桥梁，左右两幅为公路桥梁。
图1-2石臼湖特大桥施工现场图
轨道交通石臼湖特大桥跨湖段采用桥梁方式跨越石臼湖区，本次监测范围为其中的跨湖段，对应里程桩号DK30+471.86~43+301.52，对应的墩台号为99#墩~518#墩（以下简称“本监测范围”）。
本监测范围总长约12.829km，中心桩号为DK37+202.420，按照桥型布置由北向南可分为：
跨石臼湖北大堤段、石臼湖北段引桥、跨石臼湖航道主桥、石臼湖南段引桥、跨石臼湖南大堤段。
本监测范围内桥梁，桥梁均采用钻孔灌注桩基础、墩台式下部结构。
上部结构中，跨石臼湖航道主桥为75+130+75m变截面预应力混凝土连续梁桥，采用挂篮施工工艺；跨石臼湖北大堤段为30+50+30m支架现浇连续箱梁；跨石臼湖南大堤段为40+60+40m支架现浇连续箱梁；其余的南引桥、北引桥上部结构均为30m预制组合箱梁，南、北引桥共411跨，其中北引桥216跨，南引桥195跨。
石臼湖特大桥施工现场状况如图1-2所示。
1.2工程范围
石臼湖特大桥跨北大堤、南大堤联及跨航道主桥为现浇连续梁，其余区段为预制梁桥，其结构形式如下表所示。
表1-1石臼湖特大桥跨湖段桥梁结构形式
编号
里程
上部结构形式
备注
1
DK30+471.86~30+581.86
30+50+30m现浇连续梁
跨北大堤段99#~102#
2
DK30+611.86~30+821.86
8-30m简支梁
跨湖段北段
102#~110#墩
3
DK30+851.86~31+571.86
24-30m简支梁
跨湖段北段110#~135#墩
4
DK31+601.86~34+092.42
6-30m+28-30.02m+48-30m
简支梁
跨湖段
135#~218#墩
5
DK34+122.42~37+032.42
98-30m简支梁
跨湖段
218#~317#墩
6
DK37+062.42~37+343.42
75+130+75m连续梁
跨石臼湖航道段主桥
317#~321#墩
7
DK37+373.42~40+221.74
129-30m简支梁
跨湖段
321#~451#墩
8
DK40+251.74~41+272.08
17-30.02m+16-30m
简支梁
跨湖段
451#~485#墩
9
DK42+292.08~43+132.08
28-30m
跨湖段南段
485#~514#墩
10
DK43+162.08~43+301.52
39.72+60+39.72m现浇连续梁
跨南大堤段514#~518#墩
2工程地质及水文地质条件
2.1地形、地貌
本监测范围内，除跨南、北岸湖堤段外，全部位于石臼湖中。
跨湖堤段为滨湖平原及浅滩地形，整体地势较为平坦。
2.2岩土层分布特征
据《工程地质勘察报告》，跨湖段岩土层分布如下：
②-2-素填土:
黄灰色、灰色，很湿，松散。
主要成分为黏性土，含植物根系。
该层土厚度0.50~1.60m、平均0.86m。
土层工程地质性能极差。
②-1n-淤泥:
灰色，流塑。
含少量贝壳碎屑，具腐臭味。
土层具高压缩性、工程地质性能极差。
地基基本承载力
0=40kPa，土石等级为II级。
②-2b4-淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土:
灰色，流塑。
含腐植物，具腐臭味。
大多数孔有揭露，局部地段缺失。
土层具高压缩性、土层工程地质性能极差。
地基基本承载力
0=70kPa，土石等级为II级。
②-3b2-粉质黏土、黏土:
灰色，可塑~硬塑。
土质较均匀。
土层具中压缩性、工程地质性能一般。
地基基本承载力
0=150kPa，土石等级为II级。
③-1b2-黏土、粉质黏土:
灰黄色，可塑~硬塑。
土层具中压缩性、工程地质性能较好。
地基基本承载力
0=200kPa，土石等级为III级。
③-2b3-粉质黏土:
灰色，可塑。
土层具中压缩性、工程地质性能一般。
地基基本承载力
0=150kPa，土石等级为II级。
③-4d2-粉砂、细砂:
灰黄色，饱和，中密。
矿物成分以石英、长石为主，见云母碎片，颗粒级配一般。
间断分布，大多地段缺失。
工程地质性能一般。
地基基本承载力
0=150kPa，土石等级为II级。
③-4e1-粗砂混卵砾石、粉质黏土混卵砾石:
杂色，饱和，中密~密实，碎卵石呈不规则形状，直径2-6cm，局部为粉质黏土混碎石。
土层工程地质性能一般。
地基基本承载力
0=430kPa，土石等级为III级。
K2p-2a-强风化砂质泥岩：
棕色，泥质结构，层状构造。
遇水软化，锤击易碎。
岩层工程地质性能好。
地基基本承载力
0=300kPa，土石等级为IV级。
K2p-3a-中风化砂质泥岩：
棕色、局部灰白色，泥质结构，层状构造。
岩芯呈短柱状~柱状。
岩层工程地质性能好。
地基基本承载力
0=360kPa，土石等级为IV级。
K2p-3c-中风化钙质砂岩：
灰白色，砂质结构，岩芯完整，呈长柱状，锤击不易碎。
仅部分地段有揭露。
岩层工程地质性能好。
地基基本承载力
0=520kPa，土石等级为IV级。
2.3水文地质条件
1）地表水
本工程段跨石臼湖，地表水主要是湖水，水位随季节变化，对混凝土结构有微腐蚀性。
2）地下水
（1）地下水类型
根据地下水赋存条件，场区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及岩基裂隙水。
松散岩类孔隙水为场区内主要地下水类型，根据其埋藏条件和水力性质，又分为孔隙潜水及微承压水。
场区基岩裂隙水为碎屑岩类裂隙水，层顶埋深6.40~29.30m，厚度大，本次未揭穿。
（2）地下水补给、径流、排泄条件
孔隙潜水主要补给来源为大气降水、地表水入渗、灌溉水回渗，地下水径流比较滞缓，排泄方式以自然蒸发、向长江等地表水体排泄以及少量的人工开采为主。
微承压水主要补给来源为上部孔隙潜水下渗，排泄方式以径流及人工开采为主。
碎屑岩类裂隙水主要接受上部孔隙潜水或微承压水的入渗补给，排泄方式主要为径流。
（3）地表水、地下水腐蚀性评价
本段桥梁为跨石臼湖特大桥，大部分桥桩均处于石臼湖湖水中。
桥梁结构均处于长期湿润环境条件，桩基础位于常水位一下，按照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）判别，本段桥地表水碳化环境作用等级为T3，地下水碳化环境作用等级为T1。
地下水无氯盐侵蚀性和化学侵蚀性。
3监测依据与原则
3.1监测依据
（1）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-006）
（2）《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）
（3）《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）
（4）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（2003版）
（5）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
（6）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（50202-2002）
（7）《工程测量规范》（GB50026-2007）
（8）《城市轨道交通工程安全质量管理暂行办法》（建质[2010]5号）
（9）《南京市轨道交通建设工程监测管理办法》
（10）施工图设计文件、地方现行的标准、规范和规程的有关规定和要求。
3.2监测原则
（1）连续性原则
监测项目应与设计要求有机的结合，保持资料的系统性、完整性和准确性，制定监测数据检核、验收制度；按照工程施工进度和工况制定监测计划，确保数据的连续性。
（2）可靠性原则
采用新技术、新方法采集监测数据和分析、处理监测成果，确保监测数据的质量，监测中使用的监测仪器、设备均通过计量检定合格且在有效使用期内。
（3）关键部位优先、兼顾全面的原则
对桥梁结构中跨度较大的区域加密测点数和项目，进行重点监测；
对勘察工程中发现地质变化起伏较大的位置，施工过程中有异常的部位进行重点监测；除关键部位优先布设测点外，在系统性的基础上均匀布设监测点。
梁体挠度和内力将作为监测的重点，该部分监测指标能够反映梁体的变形和受力情况，直接反映梁体结构的稳定情况。
（4）与施工相结合原则
结合施工实际确定测试方法、监测传感器的种类、监测点的保护措施；结合施工实际调整监测点的布设位置，并确定监测频率。
（5）经济合理原则
监测方法的选择，在安全、可靠的前提下结合工程经验尽可能采用直观、简单、有效的方法；监测点的数量，在确保安全的前提下，合理利用监测点之间联系，减少测点数量，提高工作效率，降低成本。
4监测目的
连续梁桥作为超静定桥跨结构，其成桥的梁部线形和内力与施工方法有着密切的关系，成桥线形与内力状态偏离设计要求，会给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件及经济性等方面带来不同程度的影响。
因此，为了确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线性及受力状态符合设计要求，在施工过程中，须对桥梁结构进行全过程的监测。
施工监测主要目的有以下几个方面：
（1）将监测数据与预测值相比较，判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，发现可能发生危险的先兆，判断工程的安全性，以便提前采取必要的工程措施，防止工程破坏事故和环境事故的发生，保证工程顺利进行，以确定和调整下一步施工，确保施工安全。
（2）将现场测量的数据、信息及时反馈，以修改和完善设计，使设计达到优质安全、经济合理，进行信息化施工。
（3）将现场测量的数据与理论预测值比较，用反分析法进行分析计算，使设计更符合实际，便于指导今后的工程建设。
5监测内容及重点难点
5.1监测内容
根据本工程的特点及现场环境，本监测范围内监测项目有：
桥梁墩台沉降、梁体挠度及应力。
表5-1监测项目表
序号
监测项目
位置与对象
测试仪器
1
墩柱沉降
桥墩墩台
水准仪、全站仪
2
梁体挠度
梁体跨中及墩台处
水准仪
3
梁体内力
连续梁跨中
应变计及频率计
5.2监测重点与难点
1）监测重点
由于本轨道交通工程设计时速和纵向线型的高要求，保证车辆运营的平稳，对于传递荷载的高架墩台，监测的重点为墩台的沉降及墩台间的不均匀沉降，特别是当墩台上部荷载变化前后的墩台的沉降情况。
对于简支梁体的监测重点为梁体的挠度变化情况，对于施加二期恒载、梁体纵向联系时的挠度变化应予以关注。
对于连续梁体，由于采用现浇支架施工工艺，监测重点为梁体的线型监测和梁体应力监测，特别是在关键工序施工前后的线型和应力变化，同时为保证监测的完整性，需要掌握支架地基处理情况和支架预压情况，以便对桥梁进行整体科学的监测，确保监测过程结构的稳定与安全。
2）监测难点
本段监测的监测对象主要为高架桥梁，线路长，且位于湖区。
（1）控制网的维护与管理
由于石臼湖特大桥线路较长，工程项目位于湖面上，难以像陆地上一样利用传统的方法布设控制网。
为了确保监测成果的连续性和准确性，对沿线控制网维护与管理尤为重要，需要对沿线控制网经常检查、巡视，对破坏的控制点及时修复。
同时，由于工作基点布设在公路桥上，其稳定性较差，需要定期对控制网进行复测。
（2）测点布设与保护
根据以往的经验，由于现场交叉施工较多，现场施工人员对监测点的保护意识不强，测点容易遭破坏，造成监测数据不连续。
因此，项目参建方需要加大技术培训和技术管理，重视测点保护、重视施工监测在项目施工过程中的指导作用。
（3）现场沟通和信息反馈
监测工作的开展与施工、设计、监理的沟通协调密不可分，相关监测情况必须及时与相关方进行沟通，以便各单位对可能出现的险情及时采取有效的措施。
因此建立及时、有效的信息沟通机制是本项目监测首要工作。
（4）监测成果分析及风险控制
监测成果的分析是指导安全施工的重要依据，如何结合监测数据及现场施工工况、施工工艺等进行科学有效的分析，确保监测情况与施工吻合、使桥梁结构安全状况处于受控状态是本项目监测的又一难点。
同时对监测成果利用科学的理论进行变形预测以便提前规避可能出现的风险，确保工程安全，为同类工程项目的设计、施工等提供科学依据，进而提高设计、施工管理技术水平。
6监测方法及测点布设
6.1墩柱沉降监测
1）监测方法
墩柱沉降监测采用水准测量与三角高程测量相结合的方法进行。
根据《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）变形监测要求，沉降监测基准网按Ⅱ等垂直位移监测控制网的技术要求进行，并布设成闭合水准路线。
相关技术指标及要求见表6-1~表6-3。
表6-1II等垂直沉降监测控制网的主要技术要求
等级
相邻基准点高差中误差（mm）
测站高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
检测已测高差之较差（mm）
Ⅱ
±0.5
±0.15
±0.3
±0.4
表6-2II等垂直沉降监测的主要技术要求
等级
高程中误差（mm）
相邻点高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
Ⅱ
±0.5
±0.3
±0.3
注：
n为测站数。
表6-3II等水准观测主要技术要求
等级
仪器型号
水准尺
视线长度
（m）
前后视距差
（m）
前后视距差累计差（m）
视线离地面
最低高度（m）
Ⅱ
TrimbleDiNi03
铟钢尺
≤30
≤0.5
≤1.5
0.3
本工程桥梁墩台多位于湖面中，墩柱沉降监测点无法采用传统的水准测量方法进行观测。
由于轨道桥两侧的公路桥先期施工，故采用在公路桥桥面上架设全站仪，采用精密三角高程测量的方法进行观测。
2）监测基准网布设及观测
基准点作为沉降监测的起始依据，其稳定性十分重要，基准点要求稳定可靠。
本项目采用测量中心已有的基准点，在石臼湖北岸有三个二等水准点，一个基岩水准点，石臼湖南岸有两个二等水准点，南、北两岸基准点之间分别布设成闭合水准路线，控制网每个月复测一次，遇到异常情况及时复测。
高程控制网观测路线图如图6-1所示。
图6-1高程控制网布设示意图
3）工作基点的布设及观测
在公路桥桥面上每隔240m布设一个工作基点，工作基点采用电锤在地表顶部钻孔埋入特制的监测道钉，并用高效植筋胶水粘接密实。
测点的埋设高度应方便观测，还应注意不影响车辆的安全。
在公路桥梁施工期间，工作基点和基准点之间布设成闭合水准路线进行观测，公路桥梁施工完成之后，南北两岸基准点和工作基点布设成附合水准路线进行观测。
由于观测线路长达12公里，最弱点的高程中误差会比较大，为了提高水准观测的精度，监测基准网拟按照《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）I等垂直位移监测控制网的要求进行观测，相关技术指标及要求见表6-4~表6-6。
表6-4I等垂直沉降监测控制网的主要技术要求
等级
相邻基准点高差中误差（mm）
测站高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
检测已测高差之较差（mm）
I
±0.3
±0.07
±0.15
±0.2
表6-5I等垂直沉降监测的主要技术要求
等级
高程中误差（mm）
相邻点高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
Ⅱ
±0.3
±0.1
±0.15
注：
n为测站数。
表6-6I等水准观测主要技术要求
等级
仪器型号
水准尺
视线长度
（m）
前后视距差
（m）
前后视距差累计差（m）
视线离地面
最低高度（m）
Ⅱ
TrimbleDiNi03
铟钢尺
≤15
≤0.3
≤1.0
0.5
公路桥桥面铺装施工完成后，原桥面上的工作基点将会被覆盖，此时工作基点需要重新布设。
图6-2工作基点示意图
4）监测点布设
本工程跨越石臼湖，桥墩都处于湖面上，与公路桥及栈桥间分离，人员较难直达，无法按照陆域常规的方法布设监测点。
因此计划采用在每个桥墩的西侧面用电锤钻孔，用膨胀螺丝固定小棱镜作为沉降监测点测量标志，正常监测时人员无需到达墩台之上，并可满足观测精度和技术要求。
要求小棱镜固定牢固，正对仪器架设方向，高度适宜观测，桥墩小棱镜安装如图6-3所示。
每个桥墩上布设一个墩柱沉降测量标志，共计420个监测点。
图6-3桥墩小棱镜安装示意图
5）沉降监测实施
（1）水准测量
每次监测时，分别从南、北两岸基准点出发，按照闭合或附合水准路线将工作基点进行联测，从而可以得到各工作基点的高程。
然后对工作基点的稳定性进行判断，将各工作基点观测高程值与初始高程值进行比较，若检测较差大于2倍高程中误差时，则判定该工作基点不稳定，后续监测时对不稳定点进行高程修正，否则采用原高程值。
（2）三角高程测量
沉降监测采用徕卡TCRA1201全站仪精密三角高程测量方法进行观测。
每次观测时，在工作基点上安装三角对中杆和圆棱镜，并将高度固定，同时将全站仪架设在固定位置的公路桥桥面上，后视工作基点圆棱镜，前视墩柱沉降监测点小棱镜，通过角度和距离观测计算出工作基点棱镜中心和墩柱沉降监测点小棱镜中心之间的高差。
工作基点处的圆棱镜中心到该工作基点顶部（即水准测量点）间高差为一个固定常数，从而可由工作基点的顶部水准高程、工作基点棱镜与小棱镜中心高差，可得到墩柱沉降监测点（小棱镜中心）的高程。
观测路线如图6-4所示。
初始值需进行两次独立观测，取两次观测均值作为监测点的初始高程。
由于三角高程测量受大气遮光的影响较大，初始值的采集宜安排在夜间或上、下午分别进行。
（3）主跨监测方法
跨石臼湖航道段主桥为75+130+75m变截面预应力混凝土连续梁桥，主跨跨度为130m，为了提高主跨墩柱沉降监测精度，在主跨对应的两个桥墩位置布设两个工作基点，全站仪架设在桥墩和工作基点之间，利用三角高程测量可以得到监测点的高程。
工作基点二等水准测量线路
公路桥
右幅
图6-4桥梁墩柱沉降观测路线示意图
6）精度分析
（1）三角高程测量的可行性
轨道交通与新通道公路结构关系如图6-5所示，轨道交通位于新通道两幅公路桥中间，轨道桥中心与新通道公路单幅桥中心距15.025m，桥面边净距4.15m，新通道公路桥与轨道桥上部结构间无影响。
图6-5轨道交通与新通道公路横断面示意图
将全站仪架设在两个桥墩之间，仪器高度约1.6m，仪器距桥面边（内护栏内侧）约1m的位置。
每站观测4个墩柱，前后各两个，前后监测点又分别分为近桥墩和远桥墩。
仪器和近桥墩之间的相对位置关系如图6-6所示，据此可以算出视线与水平线的夹角为14.4°，仪器和远桥墩之间的相对位置关系如图6-7所示，据此可以算出视线与水平线的夹角为5.4°，在满足通视前提下可以满足三角高程测量的监测要求。
图6-6全站仪和近桥墩相对位置关系示意图
图6-7全站仪和远桥墩相对位置关系示意图
（2）精度计算
精密三角高程测量的原理如图6-8所示。
为测定A、B两点之间的高差，将全站仪架设在O点，A为后视点，B为前视点，可测得仪器到A、B两点的斜距S1、S2和竖直角
、
。
由于后视点目标高为固定值，前视点为小棱镜，不需要量取A、B两点的目标高，这样可以不考虑目标高的量取误差。
同时，仪器距前后视点的距离最大不超过62m，地球曲率和大气折光的影响较小，可忽略不计。
图6-8三角高程测量原理示意图
因此，A、B两点间的高差可简化为：
利用该公式，结合误差传播定律，来估算三角高程测量的精度。
假设
，
，对该公式进行全微分处理后，可将高差微分形式转化为高差中误差公式如下：
式中，
、
分别为
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