浅谈高铁沉降监测在107辅道下穿郑徐高铁工程中的应用

李隆坤 郭旭平 田春阳 王鹏辉

（河南东网信息技术有限公司，河南 郑州 450000）

1 引言

2012年11月，国务院正式批复《中原经济区规划（2012—2020年）》，其中高铁方面，要建设郑州至徐州、商丘至合肥至杭州、郑州至万州等铁路，规划研究郑州至济南、郑州至太原、郑州至合肥等快速铁路通道，加快构建高效连接的“米”字形铁路网络。

如今已过去五年，作为“米”字形高铁网的组成部分，郑徐高铁已于2016年9月全线开通运营；郑万高铁河南段正线全长350.825公里，新建郑州南、长葛北、禹州、郏县、平顶山西、拐河北、方城、南阳南、邓州东9座车站，已于2016年4月全线开工；郑阜高铁河南段正线全长201.522公里，新建许昌北、鄢陵南、扶沟南、西华、周口东、淮阳、沈丘北7座车站，于2016年7月全线开工；郑济高铁河南段正线全长197.279公里，新建平原新区、卫辉南、滑县浚县、内黄、濮阳东5个车站，于2017年6月开工建设；商合杭高铁河南省境内正线47.99公里，设商丘、商丘新区两站，于2017年7月全线开工建设；郑太(太焦段)高铁河南省境内33.4公里，新建博爱车站1座，改建焦作车站1座，于2016年10月开工建设。

根据工期要求，郑万、郑阜和商合杭高铁将于2019年建成，郑太(太焦段)高铁和郑济高铁将分别于2020年、2021年建成，规划中的“米”字形高铁网络正从规划蓝图一步步走进现实，建成通车指日可待。

为了进一步巩固和提升郑州的综合交通枢纽地位，郑州又开启“四环快速化”时代。城市快速路建设过程中，新建道路下穿高速铁路的建设工程，都会对高铁桥墩的稳定性造成一定影响，因此，高铁变形监测尤为重要。本文以郑州市107辅道下穿郑徐高铁项目为例，采集施工期间的数据，分析各监测点的数据变化原因，以期为以后类似的开挖回填工程提供借鉴。

2 107辅道下穿郑徐高铁工程案例分析

2.1 工程概况

郑州市107辅道快速化工程下穿郑徐高铁及疏解线工程项目位于郑州市东北部，下穿点位于郑徐高铁跨连霍高速公路特大桥第51～56号墩、南东疏解线特大桥50～55号墩、东南疏解线特大桥50～55号墩之间，下穿点处郑徐高铁铁路里程为DK6+994.188，道路里程为K5+152.055，铁路与道路夹角为37.1度；下穿点处南东疏解线铁路里程为SEDK2+263.611，道路里程为K5+030.791，铁路与道路夹角为40.77度；下穿点处东南疏解线铁路里程为ESDK2+274.247，道路里程为K5+109.924，铁路与道路夹角为48.55度。新建107辅道快速路采用高架形式，桥面宽度32.5m，根据全线统一设置，采用单幅桥形式。

2.2 数据采集与分析

2016年4月至2017年9月，在项目施工期间进行沉降监测，数据变化均在可控范围之内。2017年9月1日至9月7日，郑州市石武高铁景观绿化工程项目在郑徐高铁51、52、56号桥墩，东南疏解线50、51号桥墩附近进行大范围堆土，施工范围位于107辅道东西两侧。其中，东侧土堆位于郑徐高铁南侧，距离东南疏解线50号门式墩约20米，土堆最大高度约8米；西侧土堆位于郑徐高铁西南侧，距离郑徐高铁56号墩约15米，土堆最大高度约3米。2017年9月6日对东南疏解线、郑徐高铁进行正常周测时，监测数据发生突变，经过一周时间的连续加密监测，堆土前后变化较大的桥墩数据如下：东南疏解线50号门式墩（如图1所示）沉降量为2.18mm，51号墩沉降量为0.95mm；郑徐高铁51号墩沉降量为1.95mm，52号墩沉降量为1.64mm，56号墩沉降量为0.92mm。

图1 东南疏解线50号墩

根据监测，东南疏解线50号门式墩，2017年9月1日堆土前南侧DN0501沉降量为1.28mm，DN0502沉降量为1.18mm，北侧DN0503沉降量为1.12mm，DN0504沉降量为1.04mm；9月14日堆土后南侧DN0501沉降量为4.6mm，DN0502沉降量为4.2mm，北侧DN0503沉降量为2.39mm，DN0504沉降量为2.13mm。数据显示，50号墩有不均匀沉降趋势。堆土停止后，沉降数据趋于平稳。由图2可知，距离土堆较近的DN0501、DN0502监测点沉降量明显大于稍远的DN0503、DN0504监测点。

图2 东南疏解线50号墩累积沉降量（荷载变化前后）

南东疏解线52号墩位于新建107辅道正下方，从项目施工之初到项目完工，52号墩经历建设材料堆放、土方开挖、桥墩钢筋绑扎、混凝土浇筑、桥梁浇筑、沥青铺设等众多施工工序，荷载变化起伏较大，图3可明显表现出各施工阶段对应的桥墩沉降变化量。

南东疏解线55号墩位于新建107辅道东侧，处于施工受影响区域最外侧。从图4可以看出，从2016年5月首期监测至2018年1月末期监测，55号墩监测点平均沉降量为1.42mm，沉降量曲线总体趋势较为平缓，受施工因素影响较小。

3 高铁沉降监测中的问题及解决办法

（1）高铁变形监测是一项高精度测量作业，测量工期贯穿工程始末，并且与施工流程紧密相关，具有精度高、时效性强的特点。为确保监测数据真实有效，反复测量是一种原始但很有效的方法，尤其在数据变化较大的荷载变化期间，通过反复监测可以消除测量过程中的系统误差和人员操作不当引起的误差。

图3 南东疏解线52号墩（临近施工区）累积沉降量（施工全过程）

图4 南东疏解线55号墩（远离施工区）累积沉降量（施工全过程）

（2）根据前期的沉降变形观测与评估经验，观测数据的可靠性非常重要。各相关单位需严格工程管理，在沉降变形观测方面投入足够的人力物力，确保数据真实可靠[1]。根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》规定，下穿工程施工应建立畅通的监测信息报送机制。数据突变时，要在第一时间通知设计、施工、监理等相关单位，并组织各单位开会制定详细的应对措施[2]。

（3）气温变化对电子水准仪的读数有明显影响，阴天是最好的观测条件，测量时段尽可能在早晨和正午之前。正午后和傍晚前，阳光较强时务必使用遮光罩削弱强光对读数的影响。

（4）施工现场经常有大型机械施工，例如打桩机、破碎机、挖掘机等设备，作业时常伴有剧烈震动，这些震动对数据质量的影响是致命的。对于这种情况，要与施工方协商让其暂停施工，待完成测量作业后再恢复工作。无法协调时需分段作业，即作业暂停于附近固定点上，待震动停止后再进行补测，切不可在震动区域进行测量，那样费时费力又事倍功半。

（5）工作基点的定期校准。一个测量项目的作业流程是从整体到局部，先控制后碎部，实际工作中又要从碎部点反映控制点，从每天的监测成果中分析工作基点及控制点的稳定性，一旦工作基点或控制点高程值发生变化，需及时对控制网进行复测并更新工作基点或控制点高程值。

（6）特殊区域测量。在控制网测量中，有时候需要穿过河流或桥梁，在河流较宽或桥跨较大时很难保证测量精度，主要影响因素为气候条件和车辆通行。跨河测量时，尽量避开强光时段，测量视线尽可能为顺光，视线尽量与水面保持一定高差，这样可以削弱大气折光对读数的影响；过桥测量时，应避开车辆较多时段，在桥梁两端布设固定点，先测桥梁之外测段。在早晨或晚上车辆较少时段补测桥梁测段。

4 结语

通过对郑州市107辅道下穿郑徐高铁工程施工前后的持续监测，研究分析监测数据得出以下结论：高铁桥墩临近施工与桥梁墩台的竖向位移存在正相关关系，即开挖深度越大，桥梁墩台的竖向位移变化越大；越靠近施工区域的桥墩，竖向位移变化越大。对此，施工单位在高铁下方实施大范围土方开挖作业时，可采用分层分段开挖方式，避免桥墩竖向位移变化过大，确保高速铁路安全运行。