沉降观测方案

新建南京大胜关长江大桥线下工程沉降变形观测方案1工程概况京沪高速铁路南京大胜关桥是铁道部铁路路网与枢纽规划之一，既是京沪高速铁路越江通道，也是沪汉蓉铁路越江通道，又是地铁越江通道。位于长江下游南京河段，在既有南京长江大桥上游20km，位于南京三桥上游1.5km。桥梁设计长度为10km，其中南岸引桥长约0.856km，主桥钢桁拱梁长约1615m，北岸引桥长约5559m。主桥设计为双线高速，双线Ⅰ级干线铁路桥梁，同时搭载双线地铁，主桥采用108+192+336+336+192+108m连续钢绗拱桥，采用三片主绗，桁宽2*15m，桥面为纵横梁体系、整体钢桥面板混凝土道碴桥面。南北岸引桥除三联预应力连续梁外，其余均采用高速双线32.7m预应力简支混凝土箱梁，四线分幅布置，采用无碴轨道技术。2变形观测的必要性无碴轨道是以钢筋混凝土或沥青混凝土道床取代散粒体道碴道床的整体式轨道结构具有维修方便，造价低等优点，但致命的是一旦基础沉降，修复困难，当线下工程为桥梁时，基础沉降、梁体的徐变引起的上拱度变化会引起桥面高程发生变化，尤其轨道扣件技术规定，高低调整量为-4mm～+26mm,施工误差的调整量非常小将直接影响高速列车运行的平顺性和舒适性。钢梁受日照、温度以及外界荷载的影响，其线性和高程会发生变化，尤其桥梁基础的不均匀沉降同样会影响高速列车运行的平顺性和舒适性。由此可见在南京大胜关长江大桥施工过程中，为满足对无碴轨道线下基础变形评估的需要，确定铺设钢轨的时机，并为运营维护、维修提供依据，必须对线下工程进行变形观测。3变形监测的原则和内容变形同样遵守“先整体后局部，先控制后变形”的测量原。首先逐级布测变形监测的基准控制桩、工作基点，再在基准点或者工作基点上观测桥梁承台或墩身等构筑物的沉降和水平位移。当观测条件比较好时，直接利用基准点测量变形观测点，提高测量成果精度。根据桥梁设计特点，地质条件和变形特征，南京大胜关长江大桥的变形监测以垂直位移监测为主，水平位移监测根据施工实际情况确定，在桥台施工过程中及台后路基施工时，必须进行水平位移监测。4变形观测的技术规范和标准《京沪高速铁路线下工程沉降变形观测及评估实施方案》2008年5月《客运专线铁路无碴轨道工程测量技术暂行规定》（铁建[2006]189号）《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南》（铁建[2006]159号）《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》（TB10054-97）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）《新建铁路工程测量规范》（TB10101-97）《中、短光电测距规范》（GB/T16818-1997）《精密工程测量规范》（GB/T15314-94）4变形观测仪器配置表1用于变形观测的主要测量仪器编号设备名称品牌型号精度等级1GPS接收机TrimbleTB57005mm＋1ppm(1+2)2GPS接收机(1+2)TrimbleTB57005mm＋1ppm3GPS接收机(2+2)南方测绘96005mm＋1ppmS8210mm＋1ppm4全站仪LeicaTCR1201R3001″，2mm＋2ppm5全站仪LeicaTCR1201R3001″，2mm＋2ppm6全站仪LeicaTCA20030.5″(1mm＋1ppm)7全站仪LeicaTCA20030.5″(1mm＋1ppm)8全站仪LeicaTC8022″(2mm＋2ppm)9电子水准仪TOPCONDL-111C0.3mm/km电子水准仪TrimbleDinil20.3mm/km水准仪苏一光DSZ2+测微器0.3mm/km5变形观测网的精度要求5.1沉降位移观测精度要求沉降观测时变形监测的重点，沉降变形测量等级及精度按表2规定进行：表2沉降变性测量等级及精度要求沉降变形测量等级垂直位移测量水平位移观测沉降变形点的高程中误差（mm）相邻沉降变形点的高程中误差（mm）沉降变形点点位中误差（mm）三等±1.0±0.5±6.0沉降位移监测网主要技术要求如表3表3沉降监测网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）检测已测高差较差（mm）使用仪器、观测方法及要求三等1.00.30.6n0.8nDS05或DS1型仪器，按《客运专线铁路无砟轨道测量技术暂行规定》二等水准测量的技术要求施测。5.2水平位移监测网的精度要求水平位移监测基准网应满足二等水平位移监测的精度要求，工作基点应满足三等水平位移监测的精度要求，变形观测点应满足四等水平位移监测的精度要求。具体指标参数见表4：表4水平位移监测网精度要求等级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一等±1.5＜300±0.7≤1/250000按国家一等平面控制测量要求观测＜150±1.0≤1/120000按国家二等平面控制测量要求观测二等±3.0＜300±1.0≤1/120000按国家二等平面控制测量要求观测＜150±1.8≤1/70000按国家三等平面控制测量要求观测三等±6.0＜350±1.8≤1/70000按国家三等平面控制测量要求观测＜200±2.5≤1/40000按国家四等平面控制测量要求观测四等±12.0＜400±2.5≤1/40000按国家四等平面控制测量要求观测6水平位移监测6.1监测网的选择水平位移监测控制网在主桥控制网的基础上一次布置完成，并采用统一的坐标系统。施工控制网控制点位密度满足变形监测的需要，观测点埋设在帽梁的上下游侧。6.2监测方法主要采用全站仪极坐标观测方法观测，通过数据分析，在500m观测范围内，其精度满足水平位移监测的精度要求，也可以采用贯通测量的方法。贯通测量布设附合导线，起闭于主桥控制网CPⅡ控制点DSG1、DSG2，按照CPⅡ测量技术标准进行测量。《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》，CPⅡ导线采用的全站仪标称精度不低于2、2+2ppm，本次测量采用徕卡TCA2003（0.5、1+1ppm）全站仪满足规范要求。导线水平角和距离测量的技术要求如表5、表6：表5CPⅡ导线测量水平角观测技术要求仪器等级测回数半测回归零差2C较差同一方向各测回间较差DJ14696DJ268139表6CPⅡ导线测量距离观测技术要求仪器精度等级测距中误差同一测回各次读数互差测回间读数较差往返测平距较差差5Dmmm5mm5mm7mm2Dm注：DmabD，为全站仪标称精度。式中a为标称精度中固定误差(mm)，b为比例误差系数（mm/km）；D为测距边长度（km）。7沉降位移监测7.1沉降观测点布置南京大胜关长江大桥沉降观测点分为基准点、工作基点和观测点三种。其中基准点用于建立水平、垂直位移监测网；工作基点用于直接观测构筑物的沉降；观测点代表观测对象的变形特征点。7.1.1基准点的设立南京大胜关长江大桥主桥水平位移基准点选择桥轴线的上下游稳定的控制点。沉降监测网可以采用施工高程控制网中稳定的点为基准点。南岸以QBM4（在试桩基础上建立的基岩桩）及QBM2为基准点。北岸以QBM3（在试桩基础上建立的基岩桩）、QBM1、国家点Ⅱ蒲黄5及GPS16为基准点。为了保证基准点的准确性，每6个月联测一次。7.1.2工作基点的建立水平位移工作基点是在主桥控制网的基础上加密形成。其点位密度和点的稳定性满足沉降观测的要求。高程控制网中，高程点的布设距离大多在400m内，采用施工高程控制点为工作基点。但由于长江两岸地质条件差，容易产生沉降和受施工的影响，在进行沉降观测过程中，定期对工作基点与基准点之间进行二等水准联测，一般为三个月。7.1.3观测点的布置桥梁承台基础浇筑混凝土时，在承台的左侧小里程角上、右侧小里程角上布设沉降观测点，随着墩身的施工，每浇筑一次混凝土，即每增加一次荷载，观测一次。当承台需要回填时，在上下游墩身（距离地面0.5m）各埋设一个观测点，并将沉降观测量转换到墩身沉降观测点上。梁体因梁体张拉和混凝土徐变引起的上拱度的观测点应为永久性标志，布设在梁体支座对应的断面、1/2断面，每个断面三个点。路桥连接处布置同于梁体布置，在路基段纵向距离为5m。7.2沉降变形观测方法7.2.1引桥部分采用水准测量方法（1）为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观测应使用同一台仪器和设备，前后视观测最好用同一水平尺，必须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。即坚持五固定的原则，后视尺固定、测站位置固定、仪器固定、观测人员固定、转点固定，消除观测中的系统误差。（2）观测时要避免阳光直射，且在基本相同的环境和观测条件下工作。成像清晰、稳定时再读数。（3）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中断。（4）对工作基点的稳定性要定期检核，在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。（5）数据计算方法和计算用工作基点一致。7.2.1主桥部分采用三角高程法每个帽梁沉降观测点与南岸水准基点QBM2、北岸水准基点QBM1构成附合水准线路，按照二等水准测量规范要求施测。数据采集采用TCA2003全站仪三角高程测量方法。通过对三角高程测量误差来源分析，其测量成果质量主要受竖直角测量精度的影响、地球曲率和大气折光改正后残差的影响、仪器的标称精度、仪器的轴系误差和目标瞄准误差的影响等。TCA2003全站仪测角标称精度为0.5，通过秒差公式△h=L0.5/206265可以得出，引起的高差变化为4.8mm/km。为了削弱其影响，测量时采用盘左、盘右观测，增加竖直角的测回数，消除竖轴指标差对竖直角测量的影响。TCA2003全站仪具有液态双轴补偿器，其竖轴补偿器精度为0.1″。观测前必须检查测试各项轴系误差，并根据实际作业需要进行改正设置，观测时启用TCA2003自动捕捉瞄准功能，减少人为的瞄准误差，提高测角精度。为了削弱地球曲率和大气折光的影响，精确测定气压和温度，并采用对向观测法，而且要尽量在短的时间内完成，避免对向观测时，往测和返测气候条件的变化引起大气折光K发生明显变化。观测时选择阴天或上午10点之后，下午4点之前，大量实践表明，这段时间大气折光K相对比较稳定。8、观测频率表7墩台沉降观测频率观测阶段观测频次备注观测期限观测周期墩台混凝土施工全程荷载变化前后各一次或1次/周承台回填，测点转移到墩身或墩顶时，二者高程转换时测量精度不应低于首次测量精度预制梁桥架梁前全程1次/周预制梁架设全程荷载变化前后各一次附属设施施工全程荷载变化前后各一次或1次/周桥位制梁前全程1次/周施工桥梁上部结构施工全程荷载变化前后各一次或1次/周附属设施施工全程荷载变化前后各一次或1次/周架桥机（运梁车）通过全程前后各一次至少进行两次测量桥梁主体工程完工到轨道铺设前不小于6个月1次/周岩石基础的桥梁不小于2个月无碴轨道铺设期间全程1次/天无碴轨道铺设完成后24个月0～3个月1次/月工后沉降长期观测4～12个月1次/3月13～24个月1次/6月表8梁体徐变观测频次观测阶段观测周期预应力张拉期间张拉前、后各一次预应力张拉完成至无碴轨道铺设前预应力张拉完成第1天预应力张拉完成第3天预应力张拉完成第5天预应力张拉完成1至3月，每周观测一次桥梁附属设施安装张拉前、后各一次无碴轨道铺设期间1次/天无碴轨道铺设完成后0～3个月1次/月4～12个月1次/3月13～24个月1次/3月9数据处理对采集的数据及时整理分析，绘制单墩、单跨的变形曲线，绘制多个墩台的变形曲线，以便了解掌握变形趋势。计算工后沉降是否满足无碴轨道的铺设要求，确定铺轨时机。要求墩台自无碴轨道铺设完成后，墩台的均匀沉降不应超过15mm，相邻墩台的沉降量差不应超过5mm；箱梁在终张拉60天后，梁长L≤50m，梁体跨中徐变上拱度不应大于7mm，梁长≥50m，梁体跨中徐变上拱度不应大于L/7000或14mm；路桥连接处沉降量差异造成的错台≤5mm，且由于不均匀沉降造成的折角应≤1/1000，保证无碴轨道满足高速铁路的运营要求。新