沉降观测方案

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]1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》（GB127-91）

《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

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

  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：

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5   CPⅡ导线测量水平角观测技术要求

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=L0.5/206265可以得出，引起的高差变化为4.8/。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

   表8  梁体徐变观测频次

  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。

                新建南京大胜关长江大桥

       线 下 工 程 沉 降 变 形 观 测 方 案

编制： 

审核：

    批准：

    中铁大桥局南京大胜关长江大桥工程项目经理部

                     2008年五月