論哈大鐵路客運專線橋梁沉降觀測技術

孫曉暉 龐海珍

摘要：鐵路客運專線的無碴軌道對線下工程施工后沉降的要求十分嚴格，在線下施工工程、無碴軌道的施工工程和線路的維護的相關階段都需要對沉降變形進行觀測。文章著重地分析討論了在鐵路客運專線中對橋梁沉降觀測的內容、對測繪基點的分布設置、觀測時的精度要求和頻度、橋梁沉降的判斷準繩以及評定的方式等，為施工的質量打下了很好的基礎。

關鍵詞：橋梁沉降；無碴軌道；哈大鐵路

客運專線無碴軌道對路基、橋涵等線下工程的工后沉降提出了嚴格要求，設計中對土質路基、橋梁墩臺基礎及預應力混凝土梁等均進行了沉降變形計算。哈大客運專線因地處東北，氣候寒冷，溫差較大，凍土層過厚，且每年都要經歷一個凍、解期，地質浮沉情況嚴重，故而有多種因素影響著沉降變形計算，設計沉降變形計算的精度在控制無碴軌道工后沉降的效力亟待考證，因此施工期間需進行系統的沉降變形動態觀測，以確保工程沉降達到設計標準。下面以哈大鐵路客運專線TJ-3標四分部TJ3079（652#-760#墩）沉降評估單元為例，介紹其沉降觀測的具體實施與評估。

1.工程概述

1.1工程概況

我分部參建的哈爾濱至大連高速鐵路客運專線工程，起點里程樁號DK785+000，終點里程樁號DK803+000，全長18公里，該區上跨京哈高速公路，兩次穿越飲馬河，穿過東北國家高壓電力網，跨越飲馬河國堤，沿線共穿越邊崗鄉、達家溝鎮、菜園子鎮三個鄉鎮轄區，涉及前四家子、六家子、張家屯、劉家屯、李家屯、東潮溝沿、東趙家七個村莊（共計10個屯）。我區段線下工程為第二松花江特大橋306墩～855墩范圍，該區段范圍內主要包括550個墩及承臺，兩段現澆箱梁分別為跨越京哈高速公路及跨越飲馬河國堤兩段。

1.2工程地質概況

本評估區段位于吉林省德惠市達家溝與菜園子鄉之間，分別經過張家屯、劉家屯、李家屯、潮溝村、東趙家等村，地貌上屬于第二松花江一級階地區，工點處多為水稻田，橫跨潮溝村及多條鄉間公路，地形平坦開闊，線路東側為高速公路，鄉間公路較多，交通較為便利。

該區段段地層較復雜，主要地層為第四系全新沖積淤泥質黏土，黏土，淤泥質粉質黏土，粉質黏土，砂類土，白堊系泥巖夾砂巖。地表水為潮溝的常年流水，溝渠流水及稻田水，地下水主要為第四系孔隙潛水，其水量儲存大部分來自于大氣降水，水位比較淺，地下水位埋深0.4-4m，水位受季節降雨影響較大，隨季節性雨水漲落1-2m。

1.3人員設備情況

為保證客運專線沉降變形的觀測工作得到圓滿的完成，做好無碴軌道鋪軌前的沉降評估工作，我分部特成立了1個沉降觀測小組，負責具體沉降變形觀測事宜。測量儀器采用徠卡DNA03電子精密水準儀，標稱精度為±0.3mm/km，讀數取位至0.1mm，并配備3m條碼銦鋼尺及配套尺墊。在沉降觀測前和沉降觀測過程中按規范要求定期對儀器和標尺進行檢定。

2.沉降變形觀測方案設計

（1）沉降觀測精度設計。高程誤差為1毫米的二等水準測量主要用于本次沉降變形的觀測。（2）網形設計的沉降觀測基準網。要將施工過程中的控制網和觀測墩臺沉降的基準網結合起來，點與點之間的距離保持在300米左右。以二等水準點為出發點，開始布置鋪設相附合的水準路線；在觀測梁體徐變的過程中，選取梁體一側的一個觀測點為基準點，在每一片梁布上鋪設單獨的觀測網。（3）觀測水中墩的方案。水中墩分布在河灣里，在筑島施工的時候可以部分觀測水中的墩身；只要將圍堰拆掉，那么就不能正常觀測水中墩了，那是因為在水中沒有辦法可以架起水準儀，這樣在架設好橋梁后就將觀測的標志逐漸地移動到了水墩的頂部，這樣就可以在橋面上對水中墩進行觀測了。（4）梁體徐變觀測方案。徐變量是根據對梁體上鋪設的觀測標之間的差來計算的，忽略了存量臺座和線路縱坡的影響。

3.橋涵的沉降變形監測

3.1一般要求

一般說來每個橋梁墩臺所涉及到的涵洞都要進行細致的觀測，同時要對每孔預應力混凝土梁進行徐變變形觀測。涉及到巖石地基嵌巖樁基礎橋涵的觀測，可以選用典型墩臺觀測方法，這樣既可以節省觀測時間，還能節省觀測材料而且這一方法的預制工藝穩定，可進行批量生產。預應力混凝土徐變變形觀測，可每30孔選擇1孔進行。

3.2監測目的及方法

此次的監測使用的是高精度的水準儀，用它測量設置帶橋墩上的沉降觀測點的目的主要有兩個：一是使工程的安全和施工質量有保證；二是主要依據檢測出來的數據來分析施工的精確度，將施工的技術不斷提高。

3.3沉降觀測點的埋設

橋梁墩臺沉降觀測點布置橋梁沉降觀測點，可在墩頂墩身或承臺上部，每個墩臺的測點總數應不少于四個。預應力混凝土梁觀測點布置：梁體變形觀測點應設在質點和跨中截面，數量要不少于6個。按照圖紙中的設計要求將承臺上的沉降觀測點設置在承臺的對角，并且采用Φ20的不銹鋼標志鉆孔埋設用沙漿錨固為沉降觀測點，頭部為半球形的觀測點，砼表面要比承臺低30毫米，將砼表面進行防銹處理，如圖1、圖2所示。

在地面以上50厘米的地方要設置墩身沉降觀測點，用鉆孔，砂漿對沉降觀測點進行錨固，砼表面要比觀測點的頂部低30毫米，在砼表面進行防銹處理，并可以使用塑膠管制作的點帽保護觀測點。可以使用每30個孔中觀測1個孔，不夠30個的也要按30個來算來觀測預應力混凝土梁徐變上拱變形的情況，但是在每300個孔中要額外增加3個孔的觀測，可以在箱梁的4個支點以及橫跨中截面兩邊的腹板梁頂均勻設置觀測點，每一個孔梁的觀測點數量應該大于等于6個。

連續梁：設置總數為（孔數×4+2）個，也就是說大概3孔連續梁設置14個觀測點。

3.4觀測數據采集

徠卡DNA03電子水準儀和與之相配套的3米鋼瓦條碼尺用來收集沉降觀測數據，每一個觀測小組由三個人組成，一人操作儀器，兩人扶尺。采用每30孔中選擇觀測1孔的情況適用于原材料沒有大的變動、預先設置的工藝技術相對比較穩定和整批生產的預應力混凝土預制梁和徐變變形的觀測。對施工橋梁的建設要使用移動模架設。著重觀測前三個孔，支架的拱度要依據觀測結果來調整。

用以每片梁為單位設置的獨立水準閉合環來觀測梁體徐變，對每片梁架設水準儀的次數不少于兩次。樁基礎作為橋的基礎，固定的附合水準路線為墩臺沉降觀測路線，既使橋梁的主體工程完工，但是對其的觀測期也應該保持在六個月或者六個月以上，假如在觀測六個月以后，通過數據分析橋梁主體的沉降比較穩定，此時就可以申請進行沉降評估，否則，還要繼續觀測。

3.5觀測注意事項

（1）使用的電子水準儀和水準尺要有法定計量檢定單位的鑒定合格證書。（2）在觀測的時候要使用單線路往返觀測，在觀測的統一線路中要保證觀測儀器的類型和轉點尺墊一致。（3）奇、偶站輪換測量要貫穿整個觀測過程；在往返觀測時，奇數和偶數站找準標尺的順序分別為后前前后和前后后前。（4）應該在不同的時間段對一組進行往返觀測，從往測向反測轉換的時候，應該將前后尺進行交換；觀測的天氣為晴朗時，要做好觀測儀器的防曬工作；扶尺的人一定要用尺撐，保證標尺與觀測面垂直，尺上的氣泡位于中間位置。

4.分析評估方法及判定標準

要根據每一個觀測點提供的數據來進行繪制相應的觀測沉降曲線[2]。推導擬合曲線時，要以三個月的檢測數據為標準，進行周期性反復檢測，在數值不斷逼近沉降觀測標志后，需要按照規定的周期，進行觀測，并以此為依據推導出第一個擬合曲線 S1（t），詳情可參照示意圖 3。根據S1（t）可外推（預測）六個月后的沉降 S1（t=6 個月），之后進行為期三個月的監測，并與預測結果進行對比，看是否一致。以上述結果為依據推導第二個更接近時間的沉降擬合曲線 S2（t）。

5. 結束語

對于沉降監測網的設立及檢測精度的要求都應該嚴格符合《客運專線無碴軌道鐵路工程測量技術暫行規定》中對各項數據規定的標準。要用準確的方式方法將沉降檢測技術應用到工程建設中來，從而能夠確保工程建設的質量。

【參考文獻】

[1]馬路長.高速鐵路路基沉降觀測的技術要點分析[J].城市建設理論研究（電子版），2018，（06）：170-170.

[2]楊翔.高速鐵路路基沉降觀測的技術要點分析[J]. 中小企業管理與科技（中旬刊）（下旬版），2018，（06）：155-166.