淺談高鐵沉降監測在107輔道下穿鄭徐高鐵工程中的應用

李隆坤 郭旭平 田春陽 王鵬輝

（河南東網信息技術有限公司，河南 鄭州 450000）

1 引言

2012年11月，國務院正式批復《中原經濟區規劃（2012—2020年）》，其中高鐵方面，要建設鄭州至徐州、商丘至合肥至杭州、鄭州至萬州等鐵路，規劃研究鄭州至濟南、鄭州至太原、鄭州至合肥等快速鐵路通道，加快構建高效連接的“米”字形鐵路網絡。

如今已過去五年，作為“米”字形高鐵網的組成部分，鄭徐高鐵已于2016年9月全線開通運營；鄭萬高鐵河南段正線全長350.825公里，新建鄭州南、長葛北、禹州、郟縣、平頂山西、拐河北、方城、南陽南、鄧州東9座車站，已于2016年4月全線開工；鄭阜高鐵河南段正線全長201.522公里，新建許昌北、鄢陵南、扶溝南、西華、周口東、淮陽、沈丘北7座車站，于2016年7月全線開工；鄭濟高鐵河南段正線全長197.279公里，新建平原新區、衛輝南、滑縣浚縣、內黃、濮陽東5個車站，于2017年6月開工建設；商合杭高鐵河南省境內正線47.99公里，設商丘、商丘新區兩站，于2017年7月全線開工建設；鄭太(太焦段)高鐵河南省境內33.4公里，新建博愛車站1座，改建焦作車站1座，于2016年10月開工建設。

根據工期要求，鄭萬、鄭阜和商合杭高鐵將于2019年建成，鄭太(太焦段)高鐵和鄭濟高鐵將分別于2020年、2021年建成，規劃中的“米”字形高鐵網絡正從規劃藍圖一步步走進現實，建成通車指日可待。

為了進一步鞏固和提升鄭州的綜合交通樞紐地位，鄭州又開啟“四環快速化”時代。城市快速路建設過程中，新建道路下穿高速鐵路的建設工程，都會對高鐵橋墩的穩定性造成一定影響，因此，高鐵變形監測尤為重要。本文以鄭州市107輔道下穿鄭徐高鐵項目為例，采集施工期間的數據，分析各監測點的數據變化原因，以期為以后類似的開挖回填工程提供借鑒。

2 107輔道下穿鄭徐高鐵工程案例分析

2.1 工程概況

鄭州市107輔道快速化工程下穿鄭徐高鐵及疏解線工程項目位于鄭州市東北部，下穿點位于鄭徐高鐵跨連霍高速公路特大橋第51～56號墩、南東疏解線特大橋50～55號墩、東南疏解線特大橋50～55號墩之間，下穿點處鄭徐高鐵鐵路里程為DK6+994.188，道路里程為K5+152.055，鐵路與道路夾角為37.1度；下穿點處南東疏解線鐵路里程為SEDK2+263.611，道路里程為K5+030.791，鐵路與道路夾角為40.77度；下穿點處東南疏解線鐵路里程為ESDK2+274.247，道路里程為K5+109.924，鐵路與道路夾角為48.55度。新建107輔道快速路采用高架形式，橋面寬度32.5m，根據全線統一設置，采用單幅橋形式。

2.2 數據采集與分析

2016年4月至2017年9月，在項目施工期間進行沉降監測，數據變化均在可控范圍之內。2017年9月1日至9月7日，鄭州市石武高鐵景觀綠化工程項目在鄭徐高鐵51、52、56號橋墩，東南疏解線50、51號橋墩附近進行大范圍堆土，施工范圍位于107輔道東西兩側。其中，東側土堆位于鄭徐高鐵南側，距離東南疏解線50號門式墩約20米，土堆最大高度約8米；西側土堆位于鄭徐高鐵西南側，距離鄭徐高鐵56號墩約15米，土堆最大高度約3米。2017年9月6日對東南疏解線、鄭徐高鐵進行正常周測時，監測數據發生突變，經過一周時間的連續加密監測，堆土前后變化較大的橋墩數據如下：東南疏解線50號門式墩（如圖1所示）沉降量為2.18mm，51號墩沉降量為0.95mm；鄭徐高鐵51號墩沉降量為1.95mm，52號墩沉降量為1.64mm，56號墩沉降量為0.92mm。

圖1 東南疏解線50號墩

根據監測，東南疏解線50號門式墩，2017年9月1日堆土前南側DN0501沉降量為1.28mm，DN0502沉降量為1.18mm，北側DN0503沉降量為1.12mm，DN0504沉降量為1.04mm；9月14日堆土后南側DN0501沉降量為4.6mm，DN0502沉降量為4.2mm，北側DN0503沉降量為2.39mm，DN0504沉降量為2.13mm。數據顯示，50號墩有不均勻沉降趨勢。堆土停止后，沉降數據趨于平穩。由圖2可知，距離土堆較近的DN0501、DN0502監測點沉降量明顯大于稍遠的DN0503、DN0504監測點。

圖2 東南疏解線50號墩累積沉降量（荷載變化前后）

南東疏解線52號墩位于新建107輔道正下方，從項目施工之初到項目完工，52號墩經歷建設材料堆放、土方開挖、橋墩鋼筋綁扎、混凝土澆筑、橋梁澆筑、瀝青鋪設等眾多施工工序，荷載變化起伏較大，圖3可明顯表現出各施工階段對應的橋墩沉降變化量。

南東疏解線55號墩位于新建107輔道東側，處于施工受影響區域最外側。從圖4可以看出，從2016年5月首期監測至2018年1月末期監測，55號墩監測點平均沉降量為1.42mm，沉降量曲線總體趨勢較為平緩，受施工因素影響較小。

3 高鐵沉降監測中的問題及解決辦法

（1）高鐵變形監測是一項高精度測量作業，測量工期貫穿工程始末，并且與施工流程緊密相關，具有精度高、時效性強的特點。為確保監測數據真實有效，反復測量是一種原始但很有效的方法，尤其在數據變化較大的荷載變化期間，通過反復監測可以消除測量過程中的系統誤差和人員操作不當引起的誤差。

圖3 南東疏解線52號墩（臨近施工區）累積沉降量（施工全過程）

圖4 南東疏解線55號墩（遠離施工區）累積沉降量（施工全過程）

（2）根據前期的沉降變形觀測與評估經驗，觀測數據的可靠性非常重要。各相關單位需嚴格工程管理，在沉降變形觀測方面投入足夠的人力物力，確保數據真實可靠[1]。根據《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》規定，下穿工程施工應建立暢通的監測信息報送機制。數據突變時，要在第一時間通知設計、施工、監理等相關單位，并組織各單位開會制定詳細的應對措施[2]。

（3）氣溫變化對電子水準儀的讀數有明顯影響，陰天是最好的觀測條件，測量時段盡可能在早晨和正午之前。正午后和傍晚前，陽光較強時務必使用遮光罩削弱強光對讀數的影響。

（4）施工現場經常有大型機械施工，例如打樁機、破碎機、挖掘機等設備，作業時常伴有劇烈震動，這些震動對數據質量的影響是致命的。對于這種情況，要與施工方協商讓其暫停施工，待完成測量作業后再恢復工作。無法協調時需分段作業，即作業暫停于附近固定點上，待震動停止后再進行補測，切不可在震動區域進行測量，那樣費時費力又事倍功半。

（5）工作基點的定期校準。一個測量項目的作業流程是從整體到局部，先控制后碎部，實際工作中又要從碎部點反映控制點，從每天的監測成果中分析工作基點及控制點的穩定性，一旦工作基點或控制點高程值發生變化，需及時對控制網進行復測并更新工作基點或控制點高程值。

（6）特殊區域測量。在控制網測量中，有時候需要穿過河流或橋梁，在河流較寬或橋跨較大時很難保證測量精度，主要影響因素為氣候條件和車輛通行。跨河測量時，盡量避開強光時段，測量視線盡可能為順光，視線盡量與水面保持一定高差，這樣可以削弱大氣折光對讀數的影響；過橋測量時，應避開車輛較多時段，在橋梁兩端布設固定點，先測橋梁之外測段。在早晨或晚上車輛較少時段補測橋梁測段。

4 結語

通過對鄭州市107輔道下穿鄭徐高鐵工程施工前后的持續監測，研究分析監測數據得出以下結論：高鐵橋墩臨近施工與橋梁墩臺的豎向位移存在正相關關系，即開挖深度越大，橋梁墩臺的豎向位移變化越大；越靠近施工區域的橋墩，豎向位移變化越大。對此，施工單位在高鐵下方實施大范圍土方開挖作業時，可采用分層分段開挖方式，避免橋墩豎向位移變化過大，確保高速鐵路安全運行。