变形监测技术方案

根据《高速铁路工程测量规范》的有关规定，为满足对无碴轨道线下基础工程变形评估的需要，确定无碴轨道的铺设时机，应对本线桥梁、路基、隧道等线下工程进行变形监测。开展桥梁变形监测和分析研究，对确保桥梁施工质量和安全运营、延长桥梁的使用寿命、验证工程设计与施工的效果具有重要意义。铜陵长江公铁两用大桥的变形监测包括桥梁基础、承台、墩身以及梁体的水平位移和垂直位移监测等内容，其中，桥梁基础变形监测可在施工期间由施工单位完成，本方案重点针对工程施工及验收期间桥梁承台、墩身及梁体的变形监测，其主要任务是指导桥梁基础和无碴轨道安装施工。

监测方案设计的总体思路是：依照“先整体后局部，先控制后变形”的原则进行，即首先逐次布测变形监测的基准控制网、工作基点，再在基准点或工作基点上观测桥梁承台和墩身等的沉降和水平位移。当观测条件较好时，尽可能少设或不设工作基点，直接利用基准点测量变形观测点，以降低工作量和提高变形测量精度。

监测方案包括监测精度设计、基准网及工作基点布测、观测点布设、监测周期及频次的确定、观测方法的选择、监测数据的采集、处理、分析及整理等内容。根据桥梁结构特点、地形地质条件和变形特征，本工程变形监测将以垂直位移监测为主，水平位移监测视工程需要和施工实际情况而定。

　监测精度设计和监测方法选择

依据《高速铁路工程测量规范》进行本项目变形监测的精度设计，包括垂直位移监测基准网及其观测点精度设计、水平位移监测基准网及其观测点精度设计。

(1)　垂直位移监测精度设计

垂直位移监测是本工程的重点，根据《高速铁路工程测量规范》制定其精度要求。表2-1、2-2分别为垂直位移监测网和垂直位移观测点的精度要求。

表2-1　垂直位移监测网精度要求

其中承台沉降观测点可采用四等垂直位移观测等级进行观测，墩身和梁体观测点应按三等垂直位移观测等级观测。

(2)　水平位移监测精度设计

水平位移监测基准网及工作基点主要用作水平位移监测的控制基准。水平位移监测基准网应符合《高速铁路工程测量规范》中二等水平位移监测网的技术要求，工作基点应符合三等水平位移监测网的技术要求，其精度应符合表2-3的规定。变形观测点参照国家四等平面控制测量要求观测。

表2-3　水平位移监测网精度要求

变形监测网包括基准点和工作基点，它们是变形监测的基础，因此监测网点应选设在变形区域外、地质情况良好、不易发生变形的地段。基准网点是变形监测的首级控制点，应选在土质坚硬、安全隐蔽和便于长期保护的地方埋设。当基准点的数量和密度不能满足对变形体进行直接观测的需要时，应在基准网的基础上加密设置工作基点。工作基点一般应设在离观测点较近且稳定可靠的地方。一般而言，基准点、工作基点到桥址中线的距离分别宜为100～200m、50～100m。

考虑到“三网合一”的设计理念，本工程变形监测网将充分利用已建立的桥梁精密施工控制网进行扩展。

3.1　高程基准网及工作基点

利用精测网布设的精密高程控制网点来建立变形监测高程基准网和工作基点，加密后的水准基点（含工作基点）间距不大于200m时，可满足垂直位移监测需要。使用高精度数字水准仪或其它同精度水准仪，按照《国家一、二等水准测量规范》中二等水准测量的技术要求进行观测，其精度要求见表3-1。

表3-1　高程工作基点观测限差要求

利用精测网建立的施工平面控制网（B级GPS）作为平面基准网，利用加密的高程工作基点兼作平面工作基点，平面基准点（含工作基点）间距满足不宜大于200m。

3.3　监测网的复测

为了确保变形观测成果的可靠性，必须定期或不定期地对基准网和工作基点网进行复测。监测网复测周期根据控制点稳定情况和变形观测的精度需要来确定。原则上规定：在基准网建成后3个月进行第一次复测，此后每隔6个月复测一次；工作基点的复测周期原则上应为每月至少一次。实施过程中根据控制点的稳定性调整复测周期，也可根据各点稳定情况和实际需要采取全面复测与局部复测相结合的方案进行监测网的复测。

　变形观测点布设

4.1　变形观测点设置

为满足桥梁变形观测的需要，应在每个桥墩承台、墩身及梁体上设置观测点。观测点具体埋设原则如下：

(1)　承台观测点为临时观测点，当墩身观测点正常使用后，承台观测点随基坑回填将不再使用。承台观测点分为观测点-1、观测点-2，前者设置于底层承台左侧小里程角上，后者设置于底层承台右侧大里程角上。

(2)　墩身上埋设2个观测点。墩身观测点一般设置在墩底部高出地面或常水位0.5m左右的位置，亦可根据需要设置在对应墩身埋点位置的顶帽上。

(3)　根据本桥梁施工的特殊情况，可按每10孔选择1孔的近似比例进行徐变变形观测，重点桥跨部分应逐跨布置测点进行观测。梁体变形观测点应设置在支点和跨中截面，每孔梁的测点数量应不少于6个。

4.2　变形观测点规格

(1)　承台观测点

参照《高速铁路工程测量规范》附录中的规定，按图4-1标准埋设承台观测点。

图4-1　桥梁承台观测标埋设尺寸示意图(略)

(2)　墩身观测点

墩身观测点采用不锈钢材质，详见图4-2。

图4-2　墩身观测标构造及埋设尺寸示意图(略)

　监测周期及频次

5.1　桥梁墩台沉降变形观测

在每个桥梁墩台的承台施工完成后进行首次沉降观测，以后根据表5-1要求的时间间隔进行观测。

表5-1　墩台沉降观测频次

梁体徐变变形观测需在梁体施工完成后开始布置测点，并在张拉预应力前进行首次观测，各阶段观测频次要满足表5-2要求。

表5-2　梁体徐变观测频次

1.　建立固定的观测路线

依据变形观测点的埋设要求或图纸设计的变形观测点布点图，确定变形观测点的位置。在控制点与变形观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处作好标记桩，保证各次观测均沿同一路线进行。

2.　观测方法

根据施测方案及确定的观测周期，变形监测应在观测点稳固后及时进行首次观测，每个观测点首次坐标或高程应在同期观测两次后决定。

应使用高精度测量仪器，采取适当的方法和措施，依照相关技术规范的要求进行外业观测。对于陆地部分的垂直位移观测点，可采用常规水准测量或光电测距三角高程测量方法观测；对于水中桥墩垂直位移观测点，应按跨河高程测量方法进行观测。水中墩的水平位移观测亦应根据实际条件采取相应的技术措施。

3.　观测中的注意事项

(1)　严格按测量规范的要求施测；

(2)　水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为变形分析的参考点；

(3)　每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，并保留检验记录；

(4)　水准测量中，前、后视观测宜使用同一水准尺；

(5)　各次观测必须按照固定的观测路线进行，使用同一台仪器和设备以及固定观测员；

(6)　观测时要避免阳光直射，且各次观测环境基本一致；

(7)　随时观测，随时检核计算，观测要一次完成，中途不中断；

(8)　在雨季前后要联测，检查水准点的高程是否有变动。

4.　变形监测的平行检测

根据《高速铁路工程测量规范》的有关规定，在上述变形监测工作的基础上，还将组织不少于监测工作总量30%的平行检测工作，以确保线下工程变形监测工作质量满足无碴轨道评估技术要求。

　监测数据的采集、处理、分析及整理

7.1　监测数据采集

数据采集要求真实，杜绝弄虚作假。应按照观测时间的要求，及时进行沉降和徐变观测，各次观测宜在当日相同或相近时间进行。观测数据应按照统一的表格形式填写，现场测量原始记录要建档保存，每月将采集数据整理，以书面及电子两种形式同时报送相关单位，报送的数据采用电子表格记录，数据格式统一。

7.2　监测数据分析处理

(1)　墩台或梁体变形曲线分析

对采集数据及时整理，绘出变形观测曲线。通过绘制的单墩或梁跨的变形曲线，可以直观地看出每个阶段墩台基础及梁跨的变形过程。

(2)　对多个墩台沉降归纳、分析

对多个桥墩沉降进行整体分析，由单墩沉降曲线绘制出多个桥墩的沉降曲线，以便了解和掌握相邻桥墩的不均匀沉降趋势。

(3)　计算变形与实际变形的比较分析

对于高速铁路，控制桥梁沉降，主要是工后沉降。计算工后沉降的值，由于受到各种因素的影响往往偏差很大，因此有必要对理论计算的沉降值与实际观测值进行对比分析。

根据《高速铁路工程测量规范》中对预应力混凝土桥梁上部结构的变形的规定：“终张拉完成时，梁体跨中弹性变形不宜大于设计值的1.05倍；扣除各项弹性变形、终张拉60d后，L≤ 50m梁体跨中徐变上拱度实测值不应大于7mm；L>50m梁体跨中徐变变形实测值不应大于L/7000或14mm；不能满足上述要求时，应根据梁体变形的实测结果，确定梁体的实际弹性变形及徐变系数，并估算无碴轨道的铺设时间。”

(4)　对桥梁沉降的判断

根据沉降观测及其对比分析结果，对全线桥梁是否满足现行的规范、标准要求进行判断，确定桥梁沉降是否满足设计要求，最终确定铺设无碴轨道时机，及时采用措施确保列车运营的安全和舒适。

7.3　数据汇总、管理

对测量数据建立管理档案，由专人负责，统一管理。