高速铁路900t箱梁架梁过程中桥墩沉降监测

鲁科学

(中铁十五局集团，河南洛阳 471002)

1 工程概况

京沪高速铁路是我国目前投资规模最大、技术含量最高的铁路工程，也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，正线全长约1 318 km，与既有京沪铁路的走向大体并行，全线为新建双线，设计时速350 km，初期运营时速300 km，最高运营速度达380 km。桥梁长度约1 140 km，占正线长度86.5%。其中DK781+833.00～DK832+348.00段为京沪高速铁路土建四标内的淮河特大桥部分，桩基础设计全部为摩擦桩，桩基数一般为8～12根，桩长为44～59m。

2 架梁过程中对桥墩进行沉降监测的意义

京沪高速铁路线下、轨道工程设计行车速度目标值均为350 km/h，采用双线无碴轨道，正线轨道按一次铺设跨区间无缝线路设计。无碴轨道对桥梁等线下工程的工后沉降要求非常严格，工程在设计中虽然对每个桥墩进行了沉降量的估算，但是沉降变形是一个很复杂的过程，单靠理论计算很难满足无碴轨道对工后沉降的要求。而900t箱梁架设时，桥墩所承受的荷载最大，通过对架梁过程中桥墩的沉降情况进行监测和研究，可以更直接地掌握桥墩在不同荷载工况下的实际沉降情况，找到荷载与沉降的直接关系，为验证和修改设计估算沉降量，分析、预测桥墩最终沉降量，都能提供有价值的参考。

3 架梁过程中桥墩沉降监测网设计

本沉降监测网只用于架梁过程中桥墩的沉降监测，观测时间较短(一般1～2 d)。此时桥梁的线下沉降监测网早已投入使用，本监测不需要专门建立监测网，可采用线下监测网。由于观测时间短，所以实施时只需要工作基点和监测点，高程系统可以每个工作基点分别采用独立高程(例如，假定所有工作基点高程都为10.000 0m)，也可以采用线下沉降监测网的高程系统。

3.1 工作基点的建立(线下工程沉降监测网建网时埋设)

本次监测采用桥梁线下工程沉降监测网:工作基点沿线路前进方向按每8个墩埋设一个，间距约250m，布设在施工便道右侧。为了保证工作基点的相对稳定，工作基点应在2个墩的中间埋设，编号为工作基点+小里程桥墩编号。这里要注意，工作基点要尽量埋设在二个桥墩的中间，而且埋设深度一定要满足要求，埋设完成后的标志表面不能高于原地面的高度，标志一定要采用不锈钢。埋设标准同高铁规范。

3.2 墩身观测标的布置(线下工程沉降监测网建网时埋设)

墩身观测标一般设置在墩底高出地面或水位1.0m左右，每个桥墩埋设2个观测标，编号为XXXX号墩墩身标－3、XXXX号墩墩身标－4(XXXX表示桥墩编号，－3、－4接承台观测标编号)，其中XXXX号墩墩身标－3观测标设置在墩身的左侧，XXXX号墩墩身标－4观测标设置在墩身的右侧面。

4 架梁过程中桥墩沉降监测的精度及控制标准

架梁过程中对桥墩的沉降监测，均参照二等水准要求进行。

5 沉降监测的实施

5.1 沉降监测的仪器设备

沉降监测统一使用天宝DINI12T型电子水准仪及配套的铟瓦尺，仪器标称精度为每公里高差中误差0.3 mm。仪器使用前必须经过具备相应检定资质部门的检定，使用时必须在检定有效期内。

5.2 沉降监测的频率

沉降监测的频率按表1要求进行观测。

表1 沉降监测频率

5.3 观测工作的实施

根据现场实际架梁进度选择所要观测的桥墩，按设定的观测路线，按规定的频率，测量对应的桥墩上的沉降监测标。为了提高观测精度，观测时采用固定的仪器，前后视水准尺号固定(或采用同一把水准尺)，每次观测均按照固定的观测线路和观测方法。一般情况下每个工作基点只用于观测前后相邻的2个桥墩，如图1。

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、人为因素的破坏等，观测标位置应做醒目标识等措施，以保证观测标的功能及安全要求。

观测数据中应将各荷载阶段标识清楚，避免数据分析时造成误判。

图1 架梁过程沉降监测示意

首次观测时应对观测标的完好性进行检查，如出现观测标松动、丢失等情况，应及时采取补救措施。

随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，不得中途停止。

每次变形观测时，严格遵守以下列规定:

①采用相同的图形或观测路线和观测方法，在置镜处设标志桩;

②使用同一仪器和设备;

③固定观测人员。

5.4 沉降监测数据的处理

采用电子水准仪，观测时数据不需要人工记录。每天观测完成后将仪器中的观测数据传输到电脑中，利用软将仪器中的原始数据转换成需要的格式。将转换好的数据进行处理，求算出各观测点的高程。将本次观测高程与前次观测高程进行比较计算，从而得出本次沉降量、累计沉降量等沉降指标。

6 实测数据分析

根据工程现场实际情况，本次共选择26处具有代表性的52个桥墩进行了架梁过程沉降监测的数据分析。

6.1 各荷载阶段沉降量分析

通过对56个桥墩的观测数据进行统计分析，各阶段沉降情况如表2所示，表中数据均为56个桥墩的平均值。

表2 架梁过程沉降监测各阶段沉降量及荷载情况统计

6.2 荷载情况分析

各阶段荷载主要包括三个方面:梁体、架桥机、运梁车自重，其中32m简支梁自重约840 t，架桥机自重约500 t，运梁车自重约380 t。结合架梁的施工工艺，各观测阶段的荷载如下。

架桥机上墩:该阶段主要荷载为架桥机的自重，分配到观测墩上的荷载约为250 t;

第一片梁架设:该阶段主要荷载为第一片梁的自重和架桥机的自重，分配到观测墩上约为670 t;

第二片梁架设:该阶段主要荷载为第一、二片梁自重以及架桥机、运梁车的自重，分配到观测墩上约为1 280 t;

第三片梁架设:该阶段主要荷载为三片梁的自重总量和运梁车的自重，分配到观测墩上约为1 450 t;

架梁完成(恒载):两片梁的自重，分配到观测墩上约为840 t。

7 总结

通过以上分析结果可以看出，桥墩在架梁过程中，随着荷载的不断增加，其沉降量也在不断地增加，直到运梁车托载第三片梁经过的时候荷载达到最大值，桥墩沉降量约为1.5 mm。通过回归分析，在架梁过程中，桥墩沉降量与荷载的对应关系式为:h=0.001T－0.11。当运梁车和第三片梁卸载(恒载)后，由于桥墩荷载减少，桥墩会产生0.2mm左右的回弹现象。

从无砟轨道系统的结构设计来看，虽然桥梁在线路开通运营时还会产生其他荷载，如桥面附属工程自重、无砟轨道自重、列车运行产生的荷载等，但是这些荷载总量远达不到架梁沉降监测过程中的荷载。通过长期观测，由后期荷载以及桩基残余沉降所引起的桥墩沉降量约为0.5 mm。

［1］GB/T 12897—2006 国家一、二等水准测量规范［S］

［2］TB 10601—2009 高速铁路工程测量规范［S］