【高速铁路区段中工程沉降观测及数据探析9000字（论文）】

高速铁路区段中工程沉降观测及数据分析摘要沉降观测属于精密工程测量，是高速铁路(客运专线)施工的重要组成部分，被铁道部视为重中之重，本文以郑济高速铁路区段中的濮阳段工程沉降检测为例详细阐述了高速铁路路基施工沉降观测沉降监测的内容及设置原则,沉降测试方案,测量频度和工后沉降的分析与评估,为解决高速铁路路基施工沉降问题提供了新的技术资料.关键词：铁路，沉降，郑济高速铁路目录TOC\o"1-3"\h\u7385第1章绪论 4200961.1项目概述 4176131.2沉降观测目的 410447第2章沉降观测的内容及要求 6117742.1沉降观测的内容 6145922.2观测要求 632189第3章沉降观测方案 776583.1垂直位移监测网建网 7212893.2沉降变形测量点的布置 739143.2.1路基沉降观测 8122163.2.2桥涵沉降观测 10221853.2.3过渡段沉降观测 12299773.3观测方法和精度 1372213.3.1路基沉降观测 13110213.3.2桥涵沉降观测 1340173.3.3过渡段沉降观测 1454203.4观测频次 14301293.4.1路基沉降观测频次 1481163.4.2桥涵沉降观测频次 1591283.4.3过渡段沉降观测频次 1691603.5测量工作具体安排 1624663.6沉降观测资料整理 1718134第4章数据分析与评估 1978424.1路基的分析与评估 1956254.2过渡段的分析与评估 19278874.3桥涵的分析与评估 1917806第5章质量要求及检验规定 2196925.1质量要求 21323475.1.1质量要求的规定 2184055.1.2监测点埋设与保护 21115065.2监测仪器控制 2119655.3工作人员的要求 21115795.4质量检验规定 2217026第6章安全与文明检测 23151816.1安全措施 2319776.2文明规定 237161结语 24

第1章绪论1.1项目概述本工程是郑济高速铁路区段中的濮阳段，郑州到济南高铁是一条从西北向东南方向的铁路，是国家重点建设项目，其中包括路基1.66km；双线特大桥2座38101.75双延米；框架小桥505.85顶平米；涵洞158.62横延米；无砟道床79铺轨公里，有砟道床1.38铺轨公里，全线轨道铺设80.38km;新建高速单道岔8组；道砟0.36万方。里程/范围：DK172+000～DK211+796.87。1.2沉降观测目的对铁路客运专线直达轨道结构物的变形进行了直接评价,为了满足铁路的需要，确定了轨道的铺设时间,另外,运营及维护、后期检测提供依据,因此，建立实体结构物变形监测网是实体结构物变形观测的需要。高速铁路旅客运输专线在其中所运营的良好平顺度和舒适感对于施工后的沉降物有着极为严格的控制;要求施工后纵向沉降小于等于15mm,公路桥梁和公路隧道结构过渡段的不均匀沉降小于等于5mm,纵向变形角小于等于1/1000[1]。无砟轨道经分析评价符合要求后方可进行铺设,铺设后宜再持续进行1-3年。变形观测与分析评价系统是集设计与对策与计算、施工过程实现监测、直接轨道铺设条件的评价、运行观察与验证于一体的综合性系统,在我国客运特别专线的建设中发挥着非常重要的作用。铁道部高度重视,要求所有双方“建设、设计、咨询、施工、管理”;统一思路,树立“零”的观念,确保施工后的沉降量符合规定。

第2章沉降观测的内容及要求2.1沉降观测的内容本设计方案内容主要包含路基的沉降、桥涵的沉降、过渡段的沉降；其中路基的沉降分为地基和路基面，桥涵沉降分为墩台与梁体以及涵洞；过渡段有路桥过渡和路涵过渡等几个项目来进行研究以及观测记录数据。2.2观测要求本工程郑州到济南高速铁路线中主要对该沿线的桥梁，路基和桥涵等结构垂直位移的观测。郑济高速铁路工程在测量工程中需要采用1985国家高程系统[2]。在沉降变形监测的时候，对结构物来说不仅需要建立独立的变形监测网，而且水平位移监测网以及垂直位移监测网的工作基点要以CPI、CPII和水准基点为工作基点[3]。在本工程需要用到全球卫星定位系统，也就是GPS，它需要依照铁道部门规定的在铁路工程中GPS的相关规定进行检测。在建立监测网时所用到的坐标系以及高程基准在选取时需要符合下列要求准则：当测量中可变形体的变形范围较大且形状不规则时，可以使用现有的大地坐标系。优点在于，还可以在监视网络上检查已知系统的归化和投影校正公式。通过将监测网与现有的大地测量网络连接，或直接使用大地测量控制网作为参考点，可以确定监测网的坐标系和参考点。

第3章沉降观测方案3.1垂直位移监测网建网在客运专线工程中建立的垂直位移监测网需要按照一般的相关规定来进行。一般来说，需要按照三级沉降变形测量的基本要求，三级沉降变形量相当于国家二等水准测量的标准[4]。基本要求如表1、表2。表1沉降精度标准沉降变形测量等级垂直位移测量沉降变形点高程误差（mm）相邻沉降变形点高程误差（mm）三等±1.0±0.5表2垂直位移监测网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）检测已测高差较差（mm）三等1.00.30.6n0.8n3.2沉降变形测量点的布置沉降变形测量点包括三种，其中包括基准点，工作基准点和沉降变形观测点三种[5]。它们的位置设置需要满足：（1）基准点：需要把它的位置设置在沉降变形区以外的比较稳定区域中。需要在测量过程中稳定不变的地放埋设，对所建立的地方稳定性要求极高。设置基准点时，它在数量上要求应该在3个以上，这样才可以更加及时的保证它的稳定性。（2）工作基点:工作基点同样要保持绝对稳定的地方，在整个测量过程中具有传递高程信息的作用。根据国家规定必要时要加密水准基点，加密后，当水准基准点之间的距离约为200m时，要保证实际工程中符合垂直位移监测的相关要求。（3）沉降变形点:需要把它直接设置在需要测定的变形体上，设置的沉降变形点的位置能够表现出来沉降变形体的特征。它要求在安装时达到牢靠结实，方便测量员观察，要保持美观好看，设置合理，不要埋设在稳定性差的地方[6]。沉降变形点是根据路堤，桥梁和涵洞以及隧道等专业布局点的要求进行的。3.2.1路基沉降观测3.2.1.1观测断面的布设在需要观测的地方段由于各种方面引起的地质结构的不相同，在布置每一个观测断面的间距大小也不相同。路基观测断面间距应小于等于50m。在需要观测的路段在高度上不高于5米，路势比较平坦、比较稳定的情况下，在布置断面的距离在100米左右。在一些地形坡度变化较大以及地质条件变化较大的地方可以考虑布设小于等于25m的断面进行加密处理。每一段路基沉降观测区域内不应该低于两个观测断面。3.2.1.2观测点的布设（1）在一般路堤的地方的每个观测断面需要设置沉降观测桩3个，沉降板1个[7]。沉降观测桩的位置一般可以安置在路基的中心的位置和两侧的中心线两旁大概2米的位置，而沉降板它的位置可以设置在路基中心的地方。（2）在软土路堤的地方的每个观测断面需要设置沉降观测桩3个，沉降板1个[8]。沉降观测桩的位置一般可以安置在路基的中心的位置和两侧的中心线两旁大概2米的位置，而沉降板它的位置可以设置在路基中心的地方。位移观测桩需要和沉降板以及沉降观测桩在同一个观测断面上，设置在两侧的坡角外的2米和10米处的地方。（3）在路堑的地方需要在每个观测断面上设置3个沉降观测桩[9]。它的位置可以设置在路基的中心的位置和在左右两边的路基面上距离两侧的中心线大概2米以外的位置。3.2.1.3观测元件的埋设沉降板是一种更简单，更实用，更安全可靠经常被使用的方法。在用于路基面的沉降观测的时候，利用沉降管的方法以及利用位移计的方法都没有利用沉降板观测的优势更加明显。沉降板是通过三部分组合而成的。分别包括了尺寸大小为50cm×50cm×3cm的钢筋混凝土材料制成的底板、半径大小为20毫米的金属材质制成的测杆、质地为塑料的保护套管。其中保护套管尺寸大小需要依照测杆半径的大小制作，能够更好、更稳固的让保护套嵌入在测杆上。沉降板通常设置在路线中心，根据观测内容，将沉降板埋入在路基的基地部分。沉降板在埋设的时候需要保证测杆和地面的角度保持在90°。沉降板在埋入路基的位置如图1。图1沉降板埋设的位置示意图沉降观测桩通常安放在基础绝对稳定的两边的路基面上和挡土墙等稳定性强的结构物上。根据测量的精度以及频率等的相关的要求，定期观察路肩设置的观测桩的顶部的测量点的高度。观测方法可以采用水准测量。沉降观测桩在路基面两边的埋设位置如图2。图2观测桩埋设的位置示意图3.2.2桥涵沉降观测3.2.2.1观测点的布置观测桥梁变形是主要从桥台，墩柱和梁体徐变变形进行变形观测。观测涵洞变形主要从整个涵洞、涵洞的上部顶方两部分来进行变形观测。桥梁观测标埋设原则桥梁基台观察标记应设置在平台的顶部（平台盖和后壁的顶部），测量点的数量应大于4，分别在平台盖和后壁的两侧（横向桥梁方向）。图3横向布置示意图图4纵向布置示意图桩帽观察标志是临时观察标志。在正常使用墩台观察标志时，不将盖观察标志用于基坑回填。桩帽的观察标志分为观察标志1和观察标志2。将桩帽观察标记1设置在下盖左侧的小距离角处，将桩帽观察标记2设置在下盖右侧的大里程角处。墩身观察标记被掩埋，当墩高不小于14m（指墩顶至墩垫石顶）时，需掩埋两个墩台观察标记；当墩台高度小于或等于14m时，将掩埋一个墩台观察标记。图5墩身沉降观测标埋设示意图在进行墩台观测标记时通常安放在墩台底部，离水平线50cm左右。当墩台较短且梁底与地面之间的间隙较小时，不方便观察垂直标尺，可以选择把墩身的观测标设置在墩台嵌入标记位置的顶盖上。在特殊情况下，可以根据保证观测精度的原则确定对应位置，这样可以更加方便观测，更加有利于保护测点。梁体变形观测点的布设规定：在大量生产预应力预制梁体时受材料稳定性，和制作方式稳定的缘故，前3根梁通过孔组观察，每30根梁中选择1根钢筋组观察标记，当测得弹性梁的拱度大于设计值时，未加梁的观察应以前后观察为标准[10]。为了验证预设的支撑拱的精度，对梁的前6个孔的观测则非常重要。当精度满足了设计要求后，在每十个孔中间选择其中的一个孔进行观测标埋设。当对于梁体进行观测的时候，观测得的梁的弹性在与设计值相比时上弯曲度较大时，应在观察前后添加观察标记，并在每个孔上做观察标记。在观测钢桥的梁体变形时，要布置6个左右的观察记号在每个梁孔中，并且要分布在支点与跨度中间的地方是为了方便观察其变化情况。在观测大跨径的梁体变形时，设计方和施工方要根据相应的情况来制定相应的方案来观测记录变形点的变化情况[11]。涵洞观测标布设的原则：观测涵洞的沉降时需要在涵洞的出入口的地方、涵洞的中心位置、涵洞的两旁的边墙的位置设置观测标，并且在设置观测标的时候设置的数量每个地方都不应该少于6个。观测涵洞时应该设置的观测标的位置如图6。图6涵洞观测标埋设示意图3.2.2.2观测元件桥涵沉降选用观测桩是应选择尺寸长0.3m和R=20mm的棒状物体，要求不易生锈，顶面削圆，沉降观测桩上部要画上十字线便于观察的标记。用C20混凝土在周长15cm之内固定桩。埋入完成后，根据沉降监测的要求，把观测桩顶部的高程作为初始数据进行观测。图7观测元件埋设示意图3.2.3过渡段沉降观测过渡段应对不同线路的纵向行驶舒适性和差异沉降进行观察和评估。观测断面在布置时它的位置需要在不同构筑物的起点，距离起点5米到10米的间隔，距离起点20米到30米。每个横向结构沿涵轴都有一个观察段和一个路基观察段，在每个观察区的观察点处都设有参考路堤。观测断面在设置的时候需要安放在路堤和路堑两者之间相邻的边界的地方，基准路堤可以安置在观测点的地方。3.3观测方法和精度3.3.1路基沉降观测在对路基变形测量时重点从路基面、地基基础、路基墩的位移以及过渡段的沉降这几个方面来进行测量观测[12]。观测方法:a.根据测量精度和频率的要求，按照水准测量的方法需要对沉降板测杆顶面测点的高程进行定期的观测；b.当观测沉降板时，应在测量杆的头部设置专门的测量帽；c.测量帽的下端最好能够套进测杆并且测量帽的上端需要有一个中心为半球形的测量点；d.在测定沉降板的测杆的接高时，同时也需要测定接高前后的沉降板测杆的高度。该线在测量过程工对于沉降变形测量所需要的一些相关的要求要按三等规定进行。对于特别复杂的技术工作点，要求进行二等规定。在测量路基的沉降变形的时候观测的线路趋势如图8：图8路基观测水准测量路线图3.3.2桥涵沉降观测变形观测点埋设的位置可以根据埋设要求进行确定它的埋设的地方。要根据现场情况来建立起一条固定的观测时的路线，同时，要在仪器站的位置做好标记，避免其前后观测路线产生偏离的现象发生，导致观测结果不准确的情况出现。观测地点确定后，应当及时进行首次观测。第一次观察应连续进行两次。变形观测中应符合以下规定:●在进行观测工作中，严格按照规范标准，进行施工，同时在观测时要保证按照一定的路线来观测，不得随意变换观测路线。●在进行观测过程中不能随便的间断，一定要做到检测毕验算毕，减少不必要的误差，确保数据的准确性和严谨性。●要及时检查雨季前后水准点高程的变化情况。桥涵在沉降变形监测的观测线路如图9：图9桥涵观测水准路线图3.3.3过渡段沉降观测过渡段在观测点的设置上与路基相同。3.4观测频次3.4.1路基沉降观测频次

表3路基沉降观测表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/2周3个月以后1次/月无砟轨道铺设后第1个月2周/次第2、3个月1月/1次3~12个月3月/1次在沉降观测过程中，要时刻关注地基的沉降数据变化情况及时调整观测频率。当两个连续观察之间的沉降差小于或等于4mm时，应增加观察频率。在突然下陷，在外界条件不理想的情况下例如地下水出现大幅度增幅时，雨水量大的地方和其他外界自然环境变化下，要加大观测的频率，并应继续观察，直到该项目被接受并移交给运营管理部门进行进一步观察。3.4.2桥涵沉降观测频次表4墩台沉降观测频次观测阶段观测频次观测期限观测周期墩台混凝土施工全程荷载变化前后各1次或1次/周预制桥架设前全程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架桥机(运梁车)通过全程前后各1次梁体施工完成~轨道施工完成前≥6个月1次/周无砟轨道铺设期间全程1次/天无砟轨道铺设完成后24个月0~3个月1次/3月1次/6月在墩台的沉降变形测量的过程中，各个结构物的荷载的变化情况、周围环境条件的变化、当天的气温变化以及太阳光照射强度的变化的情况都需要记录。表5梁体变形观测频次观测阶段观测频次观测期限观测周期预应力张拉期间全程张拉前、后各1次桥梁附属设施安装全程安装前、后各1次预应力张拉完成到轨道铺设期间≥6个月张拉完成后第1、3、5天无砟轨道铺设期间全程每天1次无砟轨道铺设完成后第0~3个月每1个月为一测量周期第4~12个月每3个月为一测量周期第13~24个月每3个月为一测量周期在梁体的沉降变形测量的过程中，各个结构物的荷载的变化情况、周围环境条件的变化、当天的气温变化以及太阳光照射强度的变化的情况都需要记录。表6涵洞沉降观测频次·观测阶段观测频次观测期限观测周期涵洞基础施工完成//涵洞主体施工完成全程荷载变化前后各1次或1次/周涵顶填土施工全程架桥机（运梁车）通过全程前后各1次涵洞完工~无砟轨道铺设前≥6个月1次/周无砟轨道铺设期间≥6个月1次/天无砟轨道铺设完成后24个月1月/次在涵洞的沉降变形测量的过程中，各个结构物的荷载的变化情况、周围环境条件的变化、当天的气温变化以及太阳光照射强度的变化的情况都需要记录。3.4.3过渡段沉降观测频次在过渡段的沉降观测的频率可以参考路基观测时的频率。3.5测量工作具体安排对要用到的设备要及时校核，在每个观察周期之前，要及时检查和调整所用到的机器和设施，及时记录监测数据并储存。每周期变形观测时，宜按下列规定执行:●使用同一仪器和设备;●固定观测人员;●固定基准点和工作基点;●在基本相同的环境和观测条件下工作。由于自然条件的变化和人为破坏，监测网络的参考点和工作点将不可避免地发生一些变化，为了验证监测网络的参考点和操作点的稳定性，有必要进行定期检查。本工程中在对所用到的垂直位移监测网进行观测时，需要对其进行第一次观测和按时复测,复测的时间通常把握在半年一次。精密测量网也需要和垂直位移监测网复测一起进行。在每个监测网络中需要设置能够在测量过程中长期使用的参照点，它要在稳定不易变动的地方设置并且设置的个数需要在3个或者超过3个。沉降观测要使用电子水准器，不要使用光学水准器。尺垫的重量不低于2.5kg,并且要踩实。在本工程的观测工作的进程中，变形观测所用到的观测要求一般可以按照水准测量的二等要求，它们的标准分别如表7：表7二等水准测量要求等级视距(m)前后视的视距差(m)前后视的视距差的累积(m)视线的高度(m)测站间的限差(mm)两次高差之间的差值(mm)检测间歇点之间的高差(mm)二等≤50≤1.5≤6.0≥0.5≤0.4≤0.6≤1.0当观测的测站是偶数的时候，观测的时候可以按照前后后前顺序；奇数的时候，观测以后-前-前-后的顺序进行，每一个测段都为偶数站。在观测过程中仪器不能在阳光下照射，在必要时需要对仪器利用遮阳伞等其他可以遮挡阳光的手段进行遮光处理。3.6沉降观测资料整理对于在桥涵处的沉降观测所记录的一些数据，应该使用统一的表格进行记录与整理。观测数据不仅要求完整和详细，而且要符合规范。测出数据是要及时绘制载荷-时间-沉降曲线。无砟轨道在桥涵处两个桥墩的墩台间沉降量的差值累积起来不能够超过5毫米。对于测量过程工所测出的沉降数据不仅需要及时的收集起来对其进行分析、汇总，而且需要按照相关规定递交给相关的部门单位来进行对数据的分析处理。

第4章数据分析与评估4.1路基的分析与评估在对路基的沉降进行评估的时候，可以利用双曲线的方法、指数曲线的方法来进行。路基曲线回归的相关系数≧0.92。在两次观测的数据进行分析时，它们之间的相差结果应该小于或者等于8毫米，两次观测的观测期的时长应该大于六个月。S(t)S(t)--预测时的沉降观测值；S(t=∞)--预测的最终沉降值。在进行路基沉降数据的评估的时候，需要根据在路基上的每一个观测断面预测出来的沉降变形的结果相结合进行分析评估，路基工作在完成之后沉降量的值应该低于15毫米。4.2过渡段的分析与评估过渡段在项目完成后，对其沉降测量数据进行分析以及评估的时候，应该综合考虑每一个观测面与每一种结构物之间的关系。当过渡段是由于地基条件的不同、地基处理方法的不同、基础结构物的不同这些原因而形成的过渡段时候，需要对这些过渡段的沉降的差异量进行重点分析与评估。4.3桥涵的分析与评估采用曲线回归的方法进行分析。对桥涵工程进行回归分析时，需要依据桥涵的荷载状况和观测的数据。桥涵曲线回归的相关系数≧0.92。在桥涵项目工程完工后，在两次观测的数据进行分析时，它们之间的相差结果应该小于或者等于8毫米，两次观测的观测期的时长应该大于六个月。在桥梁部分施工完成时直到在铺设轨道工程前，需要符合下面的条件:S(t)其中：S(t)--是在预测时的沉降观测值；S(t=∞)--是在进行桥涵沉降数据的评估的时候，通过测量得到的数据进行预测的沉降量和设计预测的沉降量两者之间相差的数值应该低于10毫米。

第5章质量要求及检验规定5.1质量要求5.1.1质量要求的规定无砟轨道铺设后，路基的施工后检测结果要达到规范要求，施工后的沉降要控制在15mm以内。在对不同结构物的交界的地方，比如路桥、桥涵、两个衔接的墩台之间，进行沉降观测的时候，它们之间的沉降差异量应该在5毫米的范围以内。过渡段在不同的结构物之间它们的折角不应该大于1‰[13]。5.1.2监测点埋设与保护要安排专门人员负责各类监测点的安装和维护工作，做到安装及时准确性，要确保大自然，人为等因素对观测元件的破坏，监测点埋设周围要设置警示标示，并把附近的土壤进行压实密集，以保证监测点不被破坏。5.2监测仪器控制为了达到沉降变形测量的精度标准施工单位所有参与测量施工人员都必须要装备精准的监控仪器和相应能用到的测量仪器，以确保数据的准确性，同时对所有在观测中能使用到的仪器设备与相应的资料，在进行施工前要做好检查工作，达到使用标准时才能进行工作使用，还要不同的人员对同一个仪器设备进行复检，以确保工作能够顺利进行。5.3工作人员的要求各建设单位和监理单位应当遵守郑济沉降评估规则的有关要求，并结合其投标段的实际观测工作量。在对参与施工的工作人员要求上需要满足：在岗的工作人员需要参加过专门的作业操作训练，能够很熟悉的运用测量的相关知识并且结合实际工作进行操作仪器，并且也能够在面对各种突发情况采取相应的解决办法，在施工的过程中对每一次的作业都能够及时和准确的完成。5.4质量检验规定本工程所有沉降观测过程，所用到的设施、仪器、材质、尺寸等一定要符合设计要求，不能有观测精度不精确的情况发生，并对本工程用到的观测设备进行检查，监理单位对所有的设备进行10%的抽查。

第6章安全与文明检测6.1安全措施只要是需要进入施工现场的人员必须全部佩戴安全帽，并且衣着要统一，标识要显眼。对于配电箱要加强保护，增加保护措施，安全警告标识贴在容易发现的地方，附近不得挂有其他阻碍视野的物体，维修时一定要先断电源，不要用带水的物品接触电源插座，避免触电危险，坚决杜绝使用生产不