测绘工程毕业设计（论文）高速铁路无砟轨道线下工程中的墩台、路基、隧道工程的沉降变形观测与分析

1、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第i页 摘 要 本设计主要用于哈大客运专线高速铁路无砟轨道施工范围内的墩台、路基、隧道工 程施工过程中的沉降变形观测。本管段要求构筑物应具有足够的强度、刚度、稳定性， 满足耐久性要求，并强调与相邻构筑的变形与刚度协调统一，满足高速列车平稳、安 全运营，以及旅客乘坐的舒适度要求。针对以上客运专线的特点，无砟轨道对路基、 桥涵、隧道等线下工程工后沉降要求十分严格、标准高。虽然设计中对土质路基、桥 梁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，但设计的沉降分析、 计算受勘测、设计、施工、质量监测等众多环节的影响，其精度仅能达到估算的程度， 不足以控制无砟轨道工

2、后沉降和差异沉降。为确保线土建工程满足无砟轨道铺设条件 的要求，在施工期间必须按设计要求进行系统的沉降变形动态监测。 关键字：无砟轨道；变形监测；墩台工程变形监测；路基工程变形监测；隧道工程 变形监测 辽宁科技大学本科生毕业设计 第ii页 abstract the design is mainly used for the construction of the pipe within the piers, foundation, tunnel construction in the settlement process of observation. harbin-dalian passen

3、ger rail requires no residue structure should have sufficient strength, stiffness, stability, meet the durability requirements, and to emphasize the deformation and the stiffness of the adjacent building harmonization to meet the high-speed train smooth, safe operation, and passengers ride comfort r

4、equirements. passenger view of the above characteristics, no slag track on the roadbed, bridges and culverts, tunnels and other line works very strict settlement after the standard high.although the design of the soil subgrade, bridge piers, foundation settlement dengjun were calculated to take the

5、appropriate design measures, but the design of the sedimentation analysis, calculated by the investigation, design, construction, quality monitoring and many other aspects of the impact, the accuracy only to estimate the extent sufficient to control track of the settlement after no residue and diffe

6、rential settlement. civil works to ensure that cable laying track to meet the conditions of slag-free requirements, the construction requirements of the system must be designed dynamic monitoring of settlement. keyword:no residue track; deformation monitoring; pier engineering deformation monitoring

7、 ; the subgrade engineering deformation monitoring ; the tunnel engineering deformation monitoring 辽宁科技大学本科生毕业设计 第i页 1 绪论.1 1.1 我国高速铁路发展的历史起点.1 1.2 我国铁路跨入高速时代.1 1.3 展望我国高速铁路发展的未来.2 2 概况.3 2.1 工程概况.3 2.2 土质概况.3 3 墩台工程变形监测.4 3.1 墩台变形控制标准.4 3.1.1 一般规定.4 3.1.2 桥墩沉降变形观测.5 3.1.3 观测标造价.5 3.2 观测方法.7 3.2.1 沉

8、降变形测量等级及精度要求.7 3.2.2 沉降变形监测观测具体要求.8 3.3 观测资料要求.10 3.4 观测频次.11 4 路基工程变形监测.12 4.1 一般规定.12 4.2 路基的控制标准.12 4.3 观测元件的选取、埋设.14 4.4 观测频率.15 4.5 沉降观测结果的分析、评估.16 4.5.1 一般规定.16 4.5.2 计算和实测沉降的比较.16 4.5.3 推导各观测断面沉降变形拟合曲线.17 辽宁科技大学本科生毕业设计 第ii页 4.5.4 各观测断面工后沉降的预测.19 4.5.5 铺设无砟轨道技术条件的评定.20 5 隧道工程变形监测.22 5.1 一般要求.2

9、2 5.2 隧道观测断面的布设.22 5.2.1 隧道观测点的布设.22 5.2.2 隧道基础沉降观测频次.22 5.3 隧道沉降分析评估.23 5.4 暗挖段.23 5.4.1 监控量测类型.24 5.4.2 监控量测测点设计布置及示意图.24 5.4.3 设备配置.26 5.4.4 测点埋设及施测方法.26 5.5 资料整理.31 6 沉降观测结果的分析、评估.33 6.1 铺设无砟轨道技术条件的评定.33 6.2 过渡段.33 6.3 区段铺设无砟轨道技术条件综合评定.33 6.4 评估报告的汇编.34 专 题.34 结 语.35 致 谢.40 参考文献.41 附 录.42 辽宁科技大学

10、本科生毕业设计 第1页 1 绪论 作为新世纪的崭新交通方式高速铁路的出现和发展绝非偶然，它是国民经济发展、 科学技术进步以及铁路与其它运输方式激烈竞争的产物，它的出现，使代表传统轮轨 系统陆上运输工具的铁路进入了新的发展阶段。 1.1 我国高速铁路发展的历史起点 在中国，铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具，在 综合交通运输体系中处于骨干地位。 建设现代化的中国铁路，必须在速度上“突出重围”。高速铁路具有速度快、运量 大、节约土地、节能环保等明显优势。发展高速铁路，符合中国经济社会发展需要， 对于构建现代综合交通运输体系，实施可持续发展战略，建设创新型国家具有重要作 用。

11、 1.2 我国铁路跨入高速时代 目前，中国高速铁路的营业里程已经达到 7531 公里，是全世界高铁运营里程最长 的国家。运营状况总体很好。一是设备质量可靠。无论是线路基础、通信信号、牵引 供电等固定设备，还是动车组等移动设备，质量稳定，运行平稳。二是运输安全稳定。 高速安全保障体系日趋完善，职工队伍素质过硬，保持了良好的安全记录，没有发生 旅客伤亡事故。三是经营状况良好。高速铁路受到广大旅客的青睐，市场需求旺盛。 高速铁路为人民群众创造了美好生活的新时空，赢得了大家的赞誉。 中国加快高速铁路建设，是科学发展的时代要求。高速铁路作为现代社会 的一种新的运输方式，具有极为明显的优势。在运行速度上，

12、最高时速可达 350 公里， 堪称陆地飞行；在运输能力上，一个长编组的列车可以运送 1000 多人，每隔 3 分钟就 可以开出一个列车，运力强大；在适应自然环境上，高速列车可以全天候运行，基本 不受雨雪雾的影响；在列车开行上，采取“公交化”的模式，旅客可以随到随走；在节 能环保上，高速铁路是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求。正因为如此，高速 铁路正在为国家经济社会又好又快发展提供重要的支撑和保障。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第2页 1.3 展望我国高速铁路发展的未来 按照质量、安全、工期、投资效益、环境保护、技术创新“六位一体”和建设绿色 铁路的要求，中国正在高标准、高效率、高质量地推进

13、大规模高速铁路建设。 目前，中国在建城际高速铁路总长 1427 公里，主要分布在环渤海、长三角、珠三 角、山东半岛、江汉平原、中原及成渝等地区。 到 2015 年，覆盖全国主要中心城市的“四纵四横”高速铁路网基本建成，城镇密集 地区建成城际铁路，客运需求基本得到满足。全国铁路营业里程 12 万公里左右，其中 新建高速铁路 1.6 万公里。铁路“瓶颈”制约基本消除，对经济社会发展的保障能力明显 增强。铁路在综合交通骨干地位和作用进一步突显，为国家节能减排、建设资源节约 型和环境保护型社会发挥重要作用。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第3页 2 概况 2.1 工程概况工程概况 鞍山隧道位于辽宁省宁远

14、镇，起讫 dk284+095-dk286+545，隧道全长 2440 米， 为双线隧道。全隧道位于半径为 8000m 的圆曲线与半径为 5000m 缓和曲线内，隧道呈 v 字形纵坡，dk284+970-dk285+020 段共 50m 暗挖段采用暗挖施工，复合式衬砌， 结构形式为曲墙带仰拱。dk285+340-dk285+800 段为桩维护段，其余部分为放坡开挖 施工。 路基分为五段第一段位于海鞍特大桥与将军屯大桥之间，线路共长 335.73 公里， 共设 8 个观测断面；第二段位于将军屯大桥与名甲山大桥之间，全长为 781.43 米，共 设 19 个观测断面；第三段位于将军屯大桥的 0#台-

15、4#台,按要求对 0 号台、2 号墩、4 号台进行沉降观测；第四段为名甲山特大桥的 0#台-146#台；最后一段位于名甲山特大 桥大里程端，鞍山隧道小里程端。 桥涵位于名甲山，全长 4715.9 米，名甲山特大桥的墩台由 0#台-146#台。其中摩擦 桩 131 个墩，柱桩有 14 个墩，其中 4#-7#、42#-45#、92#-95#、115#-118#为悬臂现浇 预应力混凝土连续梁12。 2.2 土质概况 测区地质为冲积平原，地形平坦、开阔。表面覆粉质粘土、粘土、粉土、粉砂、细 纱、中砂、粗砂，下覆混合花岗岩石英砂岩、粉砂岩、灰岩。工点地层较简单，表面 覆粉质沙土、粘土、纱类土，厚度大于

16、50m，部分地段为松软地基。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第4页 3 墩台工程变形监测 墩台工程的变形监测内容需要符合一定的观测标准，通过一定的观测标准进行设计 才能达到规定的要求，在设计过程中要对观测标志的选取、造价等问题认真考虑，更 重要的是要想好采取怎样的观测方法来实施才能满足精度及等级的要求，并对最后的 观测结果进行系统的分析与评估。 3.1 墩台变形控制标准 对于高速铁路桥梁基础的沉降控制，墩台基础的沉降量应按恒载计算，其工后沉降 不应超过下列允许值： 墩台均匀沉降量：对于有砟桥面桥梁30mm；对于无砟桥面桥梁20mm。 静定结构相邻墩台沉降量之差：对于有砟桥面桥梁15mm；对于无砟

17、桥面桥梁 5mm10。 对于高速铁路，控制桥涵沉降，主要是工后沉降，计算工后沉降的值，由于受到 各种因素的影响往往偏差很大。因此有必要进行实测验证，积累观测数据。 3.1.1 一般规定 1.无砟轨道铺设前，应对桥涵沉降、变形作系统的评估，确认桥涵基础沉降、梁体变形 等符合技术标准要求。 2.通过各施工阶段对墩台沉降的观测，验证和校核设计理论、设计计算方法，并根据沉 降资料的分析预测总沉降和工后沉降量，进而确定桥梁工后沉降是否满足铺设无砟轨 道要求。 3.根据沉降资料分析，对沉降量可能超标的墩台研究对策，提出改进措施，以保证桥梁 工程的安全；同时积累实体桥梁工程的沉降观测资料，为完善桩基础沉降分

18、析方法作 技术储备。 4.观测期内，基础沉降实测值超过设计值 20及以上时，应及时查明原因，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。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第5页 3.1.2 桥墩沉降变形观测 1.观测点设在墩身上，数量每墩不少于 2 处。 2.桥墩标则设置在墩底高出地面或水位 0.5m 左右；当墩身较矮梁底距离地面净空较低 不足 4.0m 时，桥墩观测标可设置在对应墩身埋标位置的顶帽上埋设。特殊情况可按照 确保观测精度、观测方便、利于测点保护的原则8。见下图 3.1 所示： 基础 当墩高大于14m时埋标示意图 墩身侧面 大连哈尔滨

19、墩身观测标 承台观测标承台观测标 墩身观测标 大连 哈尔滨 承台观测标 基础平面 承台观测标 墩身观测标 当墩高小于4m时埋标示意图 墩身侧面 大连哈尔滨 墩身观测标 地面线(水位) 承台观测标承台观测标承台观测标承台观测标 地面线(水位) 墩身观测标 哈尔滨大连 墩身侧面 当墩高在414 之间时埋标示意图 基础基础 墩身观测标 哈尔滨 承台观测标 承台观测标 基础平面 承台观测标 哈尔滨 大连 墩身观测标 承台观测标 墩高 墩高 图 3.1 观测标的埋设 3.桥墩编号从左到右，顺序为：前缀+桥名+墩（台）在本桥中的编号+序 号。 3.1.3 观测标造价 1.梁体沉降变形观测标 观测标采用20

20、mm 的不锈钢棒，钢棒露出外面部分需要磨圆处理。见下图 3.2 所示： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第6页 图 3.2 桥涵变形观测点设置参考图 2.承台、墩身沉降变形观测标 根据设计定制沉降观测标，观测标材料为不锈钢。见下图 3.3、3.4 所示： 图 3.3 承台沉降观测标构造图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第7页 图 3.4 墩身沉降观测标构造图 3.2 观测方法 下部结构的沉降变形观测按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形 成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。 3.2.1 沉降变形测量等级及精度要求 1.本线沉降变形测量高程系统采用 1985 国家

21、高程基准，等级及作业的精度要求按表 3.1 规定执行3： 表 3.1 沉降变形观测网的主要技术要求 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) 监测已测 高差较差 (mm) 使用仪器、观测方法的要求 二等0.50.13 0.3n0.5n ds05 型仪器、按国家一等水 准测量的技术要求施测 三等1.00.3 0.6n0.6n ds05 或 dsi 型仪器，按暂行 规定二等水准测量的技术要求 施测 沉降变形观测点的精度要求和观测方法见表 3.2： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第8页 表 3.2 沉降变形观测点的精度要求和观测方法

22、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) 二等士 0.5士 0.3按国家一等精密水准测量 0.3n 三等士 1.0士 0.5按二等水准测量 0.6n 一、二等水准测量仪器及主要技术要求见表 3.3： 表 3.3 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( m) 一等dsz05、ds05300.51.50.5 二等ds1、ds05 ds150, ds05 60 1.03.00.3 水平位移监测网主要技术要求见表 3.4： 表 3.4 水平位移

23、监测网主要技术要求 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 3501.81/70000按照国家三等平面 控制要求观测6.0 2002.51/40000 3.2.2 沉降变形监测观测具体要求 1.仪器设备的使用见表 3.5：在选用仪器设备时要根据本工程所需要达到的精度而言， 除此之外也要考虑价格是否合适，适用度等方面。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第9页 表 3.5 仪器设备 序号设备名称设备型号数量计算用软件备注 1电子水准仪dini 1 台 2电子水准仪dini122 台 3配套铟瓦尺3 副 4剖面沉降仪xb338-b1 台套随机软件

24、5 全站仪 dtm5522 台 2水准网的观测按照国家二等水准施测，采用单路线往返观测。每次观测均形成 闭合检验条件。 3水准仪使用 ds05 或 ds1 型仪器，仪器及配套水准尺均应在有效合格检定期内。 水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴 的夹角均不超过 15。仪器各种设置正确，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中 进行设置，并在数据采集时自动控制，不满足要求的在现场进行提示并进行重测。 4外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。 观测成果的重测和取舍按国家一、二等水准测量规范（gb/t 12897-2006）有关要 求执

25、行。观测时，视线长度30m，前后视距差0.5m，前后视距累积差1.5m，视线高 度0.5m；测站限差：两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6 mm，检测间歇点高 差之差1.0 mm；观测读数和记录的数字取位：使用 ds05 或 ds1 级仪器，读记至 0.05mm 或 0.1mm；使用数字水准仪读记至 0.01mm；即在沉降观测中各项限差按一等 来观测，精度（结果）按二等来处理1。 5观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪， 按以下顺序进行： （1）往测：奇数站为后前前后 偶数站为前后后前 （2）返测：奇数站为前后后前 辽宁科技大学本科生毕业设计 第10

26、页 偶数站为后前前后 6每一测段均为偶数测站。观测时避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的 气泡居中，标尺垂直。 7观测前 30min，将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致。测量中 避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的 20%。 8自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其 中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路 线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。 9观测过程中为保证水准尺的稳定性，选用 2.5kg 以上的尺垫，水准观测路线必 须路面硬实，观测过程中尺

27、垫踩实以避免尺垫下沉。同时观测过程中避免仪器安置在 容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，在进行测量。水 准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。 10数据处理时，闭合差、中误差等均满足要求后进行平差计算，主水准路线要进 行严密平差，选用经鉴定合格的软件进行4。 3.3 观测资料要求 1桥梁梁体和墩台 墩台变形的观测精度为1mm，读数取位至 0.1mm。观测小组要按照观测时间要求， 及时进行沉降观测。观测数据按照统一格式填写，所有观测数据必须真实准确，不得 造假；记录必须清晰，不得涂改；观测、记录人员必须签名，及时将采集的数据进行 整理，填写统一表格。以书面及 excel

28、 电子表格两种形式存档、报送有关单位。 观测数据按照统一格式填写，每月将采集的数据进行整理。 观测数据要求结合施工过程，详细记录各个施工节点前后的观测数据。如架梁时 间、轨道板底座施工、铺板时间、轨道板精调时间以及铺轨时间。 观测数据要进行抽检，并由监理单位对观测资料进行确认。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第11页 2框构、旅客地道及涵洞 框构、涵洞的观测数据要求与桥墩台要求一致。参照桥墩台数据要求5。 3.4 观测频次 1墩台沉降观测 每个墩台从承台施工后，就要开始进行沉降首次观测，以后根据下表中要求的时间 间隔进行观测。墩台沉降观测频次见表 3.611： 表 3.6 墩台沉降观测频次 观测

29、阶段观测期限观测周期备注 墩台基础施工完成/设置观测点 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，测点应 移至墩身或墩顶 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 制梁前全程1 次/周 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 至少进行 2 次通过前 后的观测 桥梁主体工程完工 无砟轨道铺设前 6 个月1 次/周 岩石地基的桥梁，一 般不宜少于 2 个月 无砟轨道铺设期间全程1 次/天

30、03 个月1 次/月 412 个月1 次/3 个月无砟轨道铺设完成后 1324 个月1 次/6 个月 工后沉降长期观测 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。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第12页 4 路基工程变形监测 路基工程的路基变形监测主要包括：路基面的沉降观测，路基基底沉降观测，路基 坡脚位移观测和过渡段沉降观测。通常情况下路基工程沉降变形观测以路基面沉降观 测和地基沉降观测为主。 4.1 一般规定 1.本区段的路基设计断面类型主要有：a1 型、d 型、g 型、j 型、e1 型、e2 型、f1 型、f2 型。沉降变形观测断面应根据不同的地基条件，不同的结构

31、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，这样有利于测点看护，便于集中观测，统一观测频率， 更重要的是便于各观测项目数据的综合分析。 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，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

32、，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12。 4.2 路基的控制标准 路基测点布置图及编号：路基各类型断面上观测标编号图，顺序从左到右前缀+断 面设计序号+部位+序号： 1.a1 型断面观测标布置图（lj+断面设计序号+d1、d2、d3） 辽宁科技大学本科生毕业设计 第13页 根据设计图要求，断面上不设沉降板。见下图 4.1： 图 4.1 a1 型断面观测标布置图

33、 2.d 型断面观测标布置图（lj+断面设计序号+d1、d2、d3）,见下图 4.2： 图 4.2 d 型断面观测标布置图 3.e1 型断面观测标布置图（lj+断面设计序号+d1、d2、j3、d4），见图 4.3： 图:4.3 e1 型断面观测标布置图 4.e2 型断面观测标布置图（lj+断面设计序号+d1、d2、j3、d4），见图 4.4： 沉降监测桩沉降监测桩 基床表层 基床底层 地基 沉降监测桩 基床表层 沉降监测桩 沉降板 沉降监测桩 基床底层 地基 沉降监测桩沉降监测桩 基床表层 挖除换填层 辽宁科技大学本科生毕业设计 第14页 图 4.4 e2 型断面观测标布置图 注：挖方路堑段采

34、用 d、a1 型断面观测标布置方法布置；填方路堤段采用 e1、e2 型断面观测标布置方法布置。 4.3 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、剖面沉降管进行观测。 对于剖面沉降管仪器的选配，应选用高灵敏度、高精度、高可靠性及稳定性好的 仪器；仪器企业厂家应具有相应的生产许可证、计量器具许可证和质量等证明文件， 并具有良好的工程应用业绩和信誉评价。由公司统一招标采购。 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堤填筑施工前埋设。 3.沉降观测桩（点）：在一般路基填筑至基床表层顶面，加载

35、预压路堤填筑到基床底层 顶面后，埋设沉降观测桩（点），路基面两侧观测桩应设在距左右线路中心 3.2m 处。 4.沉降板：由钢底板、金属测杆（40mm 厚壁镀锌铁管）及保护套管（直径不小于小 75mm、壁厚不小于 4mm 的硬 pvc 管）组成，钢底板尺寸为 50cm50cm ，厚 1cm；具体按设计图样焊接组装。采用水平仪按国家一等精密水准测量方法测量沉降板 标高变化。沉降板应埋入褥垫层顶部嵌入 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 沉降监测桩 基床表层 沉降监测桩 沉降板 沉降监测桩 基床底层 地基 1:1.5

36、 1:1 辽宁科技大学本科生毕业设计 第15页 保护套管，完成沉降板的埋设工作。采用水平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。 5.剖面沉降管：采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求，管端 接口密合。剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头预埋在剖面沉降管槽内，按一定间距依 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。剖面沉降管在褥垫层顶面开槽埋设，槽 底中粗砂找平

37、，表面回填 5cm 中粗砂并与褥垫层相平，两端部应进行有效保护。 6.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，根据设计要求和一 定的原则由设计、施工、监理方在现场核查确定。并填写工点沉降观测断面、点布 置表，见附录 a13。 4.4 观测频率 1.沉降变形的水准测量精度为 1mm，读数取位至 0.1mm；剖面沉降管的测量精度为 8mm/30m；单点沉降计观测精度为 0.01mm。 2.路基沉降观测的频次不低于表 4.1 的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时 观测。 表 4.1 路基沉降观测频次 观测阶段观测频次 一般1 次天 沉降量突变23 次天填筑或堆载 两次填筑间

38、隔时间较长1 次3 天 第 1 个月1 次周 第 2 、3 个月1 次10 天 3 个月以后1 次月 堆载预压或 路基施工完毕 6 个月以后1 次2 周 第 1 个月1 次2 周 第 2、3 个月1 次月无砟轨道铺设后 312 个月1 次3 月 辽宁科技大学本科生毕业设计 第16页 4.5 沉降观测结果的分析、评估 4.5.1 一般规定 路基上铺设无砟轨道前，应对路基变形作系统的评估，确认路基的工后沉降和变 形符合设计要求。 路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于 6 个月的观测和调整期，观测数据不 足以评估时，应继续观测；工后沉降评估不能满足设计要求时，应采取必要的加速或 控制沉降措施。 评

39、估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，可进行必要的检查。 4.5.2 计算和实测沉降的比较 比较计算的总沉降量与实测总沉降主要目的是： 1.审核设计阶段的沉降计算模型和参数是否符合实际。 2.估计真实的路基压缩模量 es ，以便确定铺设无砟轨道结构（自重）产生的附加沉降。 3.如果施工期观察到的沉降明显大于计算沉降量，超过设计值 20t0 及以上时，而且经 过检查排除测量仪器和人为错误，可尽早检查修改设计，保证路基的工后沉降满足要 求。 由设计院提供相应观测断面的路堤本身压缩变形量与地基总沉降量。 4.计算和实测沉降值的比较 具体操作时，应对路基工点每一观测断面的各观测面（特别是路堤底部地

40、基面） 沉降绘制施工过程（包括观察期）沉降随时间发展的曲线，见示意图 4.5 。在此基础 上估计各观测面的最终沉降，对每一路基工点应制作沉降计算和测定结果比较表。 下图 4.5 是路堤施工完成后，为了估计真实的路基压缩模量 es ，以便确定铺设无 砟轨道结构（自重）产生的附加沉降。所以对路基施加预压荷载，以便更准确的估算 出铺设无砟轨道后路基的一个沉降量；0 刻度以上曲线为路基预压土堆载厚度，0 刻度 辽宁科技大学本科生毕业设计 第17页 一下曲线为路基在预压期间的一个沉降量，图 4.5 和图 4.6 的区别是图 4.6 为未施加预 压荷载，图 4.5 为施加预压荷载后。 图 4.5 沉降施工

41、过程（包括观察期）沉降随时间发展的曲线 表 4.2 沉降计算和观测结果比较表 区段编 号 工点号沉降测 定时间 报告日 期 观测面 编号 里程计算沉降地基总 沉降 （mm） 沉降分析和观测结果比较应按要求及时报送业主及咨询、设计单位，如果发现测 定的沉降明显大于计算沉降，超过设计值 20及以上时，应及时通知设计方、咨询方 和业主，由咨询方组织进行分析讨论，确定原因，采取相应措施。沉降计算和观测结 果比较表见上表 4.2。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第18页 4.5.3 推导各观测断面沉降变形拟合曲线 为了尽可能准确的预测工后沉降，应对基床表层顶部（沉降观测桩或在超载预压 时为沉降板）观测的沉

42、降进行曲线拟合，对路堤区段可根据路堤填筑完成后沉降观测 桩（或在超载预压时为沉降板）观测的结果为基准。曲线拟合一般以中心观测桩结果 为主，路肩观测桩为参考。对路基横断面不对称区段（例如基底地面横坡1：5 ）应 相应考虑路肩观测桩测定结果。 拟合曲线的推导一般以三个月为周期反复进行以不断逼近路基的真实变形状况。 具体的说，在路堤完成填筑、安装沉降观测桩后，按规定的周期测定三个月后可根据 三个月测定的沉降观测结果推导第一个拟合曲线 s1 (t)。根据这个沉降拟合曲线可外推 （预测）六个月后的沉降 s1(t =6 个月）然后继续观测三个月，并检查第一次预测结果 是否合理。然后根据总共六个月观测的结果

43、推导第二个更接近时间的沉降拟合曲线 s2 (t)，以这种方式不断逼近真实的路基变形发展。应当指出，在推导沉降拟合曲线时后 期的沉降测定结果特别重要，应重点考虑。 通常采用的沉降拟合曲线有以下几种： 指数函数：s(t)=s(1-e-a.t) 双曲函数：s(t) =t/(b+t/s) 其中：s：以路堤填筑完成后（沉降观测桩安装后）为时间起点（t=0）发生的最 终沉降量（t =）。 a、b： 沉降拟合曲线的参数。 如有更合理的函数形式，也可采用。 路堤完成施工（埋设观测桩后）根据要求频次，每两次测设数据相比较的一个差 值所形成的一个沉降曲线图见下图 4.6。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第19页 图

44、 4.6 沉降观测拟合曲线 对路基工点每一观测断面应推导相应的沉降拟合曲线及参数，作为预测工后沉降的 基础。如果三个月内没有进一步的沉降发生，可在充分考虑所在工点和观测断面路基 具体情况的基础上，征得各方同意后可考虑不再进行沉降拟合曲线的推导工作。 4.5.4 各观测断面工后沉降的预测 路基沉降预测应采用曲线回归法，并满足以下要求： 1.根据路基填筑完成或堆载预压后不少于 3 个月的实际观测数据作多种曲线的回归分 析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于 0 . 92 。 2.沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于 3 个月的两次预测最终沉降的差值不应 大于 8mm。 3.路基填筑完

45、成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件： s (t) / s (t =)75 % 式中：s (t) ：预测时的沉降观测值； s ( t=) ：时间 t 时预测的最终沉降值（时间起点 t=0 为沉降观测桩安装后观测算 起）。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第20页 在观测沉降三个月后（以完成路堤填筑埋设沉降观测桩为始点），即完成第一个拟 合曲线推导后可进行第一次工后沉降预测5。 为了进行工后沉降预测，除了对路基工点各观测断面以迭代方式确定相应的沉降 拟合曲线 s（t）外，还应根据具体施工组织计划确定以下时间点： 预计铺设无砟轨道时间点 t0 一 预定运营完成的时间点 t3 (100 年）

46、 工后沉降 sr（不包括交通荷载引起的附加沉降）由两部分组成： sr=s(t3 一 t0) + sst 其中：s ( t3 一 t0 ) ：为路基在铺轨后发生的沉降 。 sst：铺设无砟轨道结构自重发生的沉降，一般很小，影响深度很浅，而且完成较 快。可根据传统方法计算确定。如果实测总沉降明显小于计算值，可相应提高路基压 缩模量计算值。 路基各工点每个观测断面的工后沉降可由 sr=s(t3 一 t0) + sst 预估。其中 s(t3 一 t0)由沉降拟合曲线外推确定，sst 可以根据路基压缩模量估算。 4.5.5 铺设无砟轨道技术条件的评定 对每个路基工点应以三个月为周期根据最新推导的沉降拟合

47、曲线进行工后沉降预 测至少两次以上，并检查所有观测断面的预测工后沉降是否满足以下要求： sr=s(t3 一 t0) + sstl5mm 对路基和刚性结构过渡段还应同时审核其预测工后沉降差异是否5mm , 折角1 / 1000 。 此外，还应检查同一个观测断面前后两次工后沉降预测值的差异，如果其差值 8mm，可认为预测的工后沉降具有足够的可信度。 设计预计总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量的差值不宜大于 10mm。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第21页 如果一个路基工点所有的观测断面满足以上要求时，则该路基工点可以铺设无砟 轨道15。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第22页 5 隧道工程变形监测

48、 隧道工程的变形监测重点在于观测断面、观测点的布设问题，由于隧道的开挖方 式比较复杂，工序繁多，所以在布设面与点时应考虑诸多问题，经过仔细的分析与研 究定下最终方案。通过观测数据来绘制沉降拟合曲线，以此作为铺设无砟轨道的理论 依据。 5.1 一般要求 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 降评估不满足设计要求时，应适当延长观测周期，直到工后沉降评估满足铺设无砟轨 道要求为止。 根据观测结果，分析评价隧道的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使隧道 基础达到预定的控制要求。同时作为竣工验收时的控制沉降量的依据。 5.2 隧道观测断面的布设 一般情况下，级围岩

49、每 400m，级围岩每 300m，围岩每 200m 布设一个观 测断面，地面应力较大，断层破碎带和复杂地质区段适当加密布设。 隧道洞口地段布设一个观测断面；隧道明暗交界处、围岩变化段及变形缝位置应 至少布设两个断面。地应力较大的、断层破碎带、冻土等不良和复杂地质区段适当加 密布设14。 5.2.1 隧道观测点的布设 一般情况下，路隧分界点路、隧两侧分别设置至少一组沉降变形观测点，长度大 于 20m 的明洞，每 20m 设一组观测点。 5.2.2 隧道基础沉降观测频次 隧道观测频次不低于下表 5.1 的规定，沉降稳定后可不在进行观测。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第23页 表 5.1 观测频次

50、观测阶段 观测期限观测周期 隧底工程完成后3 个月1 次/周 01 个月1 次/周 无砟轨道铺设后 13 个月 1 次/2 周 5.3 隧道沉降分析评估 隧道沉降分析评估应采用曲线回归法。对原位施工的涵洞，基础沉降应根据实际 施工状态及荷载变化情况，划分多个阶段。 根据隧道实际荷载情况及观测数据，应作多个阶段的回归分析及预测，综合确定沉 降变形的趋势，曲线回归的相关系数应不低于 0.92。首次回归分析时，观测期不应少 于隧道主体工程完工后 3 个月，对于岩石地基等良好地质的涵洞不应少于 30 天。 利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于 8mm。两次预测的时间间隔一 般不少于 3 个月，

51、对于岩石地基等良好地质的涵洞不应少于 30 天。 隧道主体结构完工至无砟轨道铺设前，沉降预测的时间应满足以下条件： s (t)/s(t=)75 % 式中： s(t)：预测时的的沉降观测值； s(t=)：预测的最终沉降值2。 5.4 暗挖段 鞍山隧道位于辽宁省鞍山市宁远镇，是为满足军方要求而设的钻入地下的隧道， 隧道全长 2440 米，为双线隧道。起讫里程为改 dk284+100改 dk286+540。鞍山隧道 位于冲积平原区，地形平坦、开阔。地表略有起伏，大部分为玉米地。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第24页 隧道在改 dk284+994.8 下穿部队铁路专用线,专用线与线路中线交角为 62，

52、为了部 队专用线的安全运营，改 dk284+970改 dk285+020 段共 50m 暗挖段采用暗挖施工、 复合式衬砌，结构形式为曲墙带仰拱。开挖方式采用双侧璧导坑法施工，为了控制隧 道施工期间地面尤其是部队专用线的沉降，隧道内开挖正面采用 50 玻璃纤维注浆锚 杆加固10。 5.4.1 监控量测类型 本段暗挖段监测分洞外和洞内监测，洞外设地表监控量测，主要设地表下沉和轨向 偏差监测；洞内主要设拱顶下沉和水平收敛监测。 5.4.2 监控量测测点设计布置及示意图 地表监控量测设地表下沉 63 个，轨向偏差 13 个点。地表下沉量测从明暗衔接段基 坑施工开始，直至衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止

53、。 浅埋段纵向每 5m 设一个监控量测断面，每断面布置 17 个测点，在隧道两侧各 20m 范围内沿既有铁路线每 5m 设置一个轨向偏差量测断面，及时观测发现因地表沉 降引起的轨向偏差；地表监控量测面应与洞内监控量测断面相对应，这样有利于数据 分析及时效性。 洞内沿隧道纵向每 5m 设一个监控量测横断面，根据掌握了一定数据资料后可放大 到 10m 一个断面，本段暗挖段在隧道中心及双侧壁顶部设拱顶下沉测点，每个断面共 3 个拱顶下沉测点（共设拱顶下沉 27 个测点）；在拱脚及最大跨附近设置水平收敛量 测测线，其中最大跨处测线根据双侧壁分为三段（共设水平收敛测点 72 个）。同样洞 内监控量测应与

54、地表监控量测相对应，从而有利于分析监测数据9。 在改 dk284+990 和改 dk285+000 处设置围岩压力量测、支护与二次衬砌应力量 测断面，见图 5.1 暗挖段地表监控量测测点布置平面。暗挖段地表监控量测测点布置 横断面见下图 5.2，暗挖段洞内监控量测测点布置横断面见下图 5.3。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第25页 暗挖段地表监控量测测点布置平面 123456897 大连 沈阳 左线线路中线 隧道中线 右线线路中线 暗挖段起点 改dk284+970 暗挖段起点 改dk285+020 部队铁路专用线 改dk284+994.8 地表监控量测断面 铁路专用线轨道高程检测 图 5.1

55、暗挖段地表监控量测测点布置平面 图 5.2 暗挖段地表监控量测测点布置横断面 辽宁科技大学本科生毕业设计 第26页 图 5.3 暗挖段洞内监控量测测点布置横断面 5.4.3 设备配置 配置天宝电子精密水准仪 1 台套，标称精度 0.3mm/km，直接读数为 0.1mm，最 小读数 0.01mm；一台尼康 2mm+1ppm 的全站仪，一台水平收敛仪。水准标尺采用条 形码式铟瓦合金标尺（2m 两把），以满足国家一、二等水准测量规范（gb12897- 91）有关规定要求，所有设备均检定合格在有效使用期内。 5.4.4 测点埋设及施测方法 首先要进行洞内、洞外观察：开挖工作面应在每次开挖后进行，及时描

56、述工作面地 质情况，并与设计相比较；已施工段的应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬 砌等的工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、 边坡或者仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面的铁路专用线进行观察。 1变形监控量测主要采用接触量测和非接触量测 目前接触量测主要采用收剑计进行观测，非接触量测主要采用全站仪进行观测。 地表沉降监控量测采用天宝精密电子水准仪和铟钢尺进行观测，观测用基准点均设置 在地表沉降影响范围之外，且埋设稳固，地表沉降监测点埋设采用按挖孔埋设砼包钢 筋；轨向偏差监测点也采用挖孔埋设砼包钢筋，钢筋顶面刻十字丝，刻槽深度约 3mm，以保证测

57、点的准确性和长时间使用有效。轨向偏差采用全站仪固定设站法，观 辽宁科技大学本科生毕业设计 第27页 测用基点与施工控制网同步，且埋设稳固远离轨向偏差监测点。当地表沉降监控量测 用水准仪有困难时，也可以用全站仪代替观测。 隧道净空变化量测宜采用收敛计进行,测点埋设在规定的测线两端,测点需用焊接或 者钻孔预埋，用收剑计进行隧道净空变化量测方法比较简单，即通过布设于洞室周边 的两固定点，每次测出两点的净长 l，求出两次量测的增量（或减量）l，即为此处 净空变化值。量测读数时须读取三次，取其平均值，如有困难或者是与施工工序冲突 多的情况可以采用全站仪进行观测,测点就可以选用膜片式回复反射器作为测点靶标

58、， 靶标粘附在预埋件上，当用全站仪进行观测时，采用自由设站方法比较适合施工现场。 拱顶下沉监控量测采用全站仪进行现场观测，比用精密水准仪和铟钢挂尺方便、 简单、经济、适用、安全。拱顶下沉量即通过全站仪在不同时间测得的三维坐x(t),y(t), z(t)，就可获得该测点在该时段的三维位移变化量（相对于某一初始状态下），在三维 位移失量监控量测时，必须保证后视基准点位置固定不动，并不定期校核，以保证其 测量的精度。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或者钻孔预埋测点，然后将反射膜片粘附 于预埋件上（注意施工时要保护好测点标志不被破坏），如有破坏及时埋设原测点附 近,则当天数据不用,待稳定监测后另作初始数据与

59、原测数据加以整合,采用测点必须与隧 道外监控量测基准点进行联测，同样以自由设站方式观测。 洞内接触压力量测包括围岩与初期支护之间接触压力，初期支护与二次衬砌之间 接触压力的量测，压力量测可采用振弦式传感器。要求传感器与接触面紧密接触，与 围岩及支护要相适应。 2监控量测数据分析与信息反馈 监控量测数据取得后,应及时进行校对和整理,同时应注明开挖方法和施工工序以及 开挖面距监控量测点距离等信息。 每次观测后立即对观测数据进行校核，如有异常及时进行补测。 每次观测后及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第28页 每次观测后应对观测数据进行分析

60、，根据量测值绘制时态曲线，对支护及围岩状态、 工法、工序进行评价并及时反馈评价结论。 施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析：每天根据监控量测数据 及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；按周、月进行阶段分析， 总结监控量测数据的变化规律，对施工的情况进行评价以指导后续施工。监控量测数 据分析主要采用散点图法绘制相关线型图。 信息反馈主要以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩的稳定性、支护 结构的工作状态、对周围环境及构筑物的影响程度进行判定，来对设计参数进行验证 和更好的优化，同时也要保证监控量测信息传递渠道畅通、反馈及时有效，进而用于 指导施工，提高工程质量和工