文章编号: 0494-0911( 2012) 07-0065-03中图分类号: TU196 文献标识码: B

客运专线特大桥沉降变形监测研究

牛海鹏，谭志祥，邓喀中，郭 仓

( 中国矿业大学 国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室，江苏 徐州 221116) The Extra-large Bridge Monitor Research of Ballast Less Track for Passenger Traffic

NIU Haipeng，TAN Zhixiang，DENG Kazhong，GUO Cang

摘要:为获得有效的客运专线无砟轨道特大桥沉降数据，为客运专线建设中的无砟轨道铺设工作提供依据，在对客运专线特大桥 沉降变形观测特征研究的基础上，结合实例详述该特大桥沉降变形测量的布点及观测方法，并编制了三点法沉降评估的通用程 序，通过对沉降数据的处理与分析得出一些特大桥墩身沉降及梁体徐变的规律，为今后客运专线的施工管理和科学研究等提供可 靠的资料。

关键词:客运专线; 特大桥; 无砟轨道; 变形监测

一、引 言

近年来，高速铁路的兴建极大地便利了人们的 出行。然而，行车速度达 200 km / h 以上的高速铁路 与普通铁路具有本质上的差异。为满足高速列车 安全、舒适的要求，保证线路的高平顺性，无砟轨道 的铺设与运营对路基、桥涵、隧道等线下结构的工 后沉降要求均非常严格［1］。且无砟轨道具有建成 后不可调整的特点，要求线下工程沉降基本稳定或 达到无砟轨道铺设条件后才能开始进行无砟轨道 的铺设工作，因此在客运专线建设中必须对线下工 程进行沉降变形观测工作［2-3］。

不少学者与工程技术人员对特大桥沉降变形 观测与评估方法进行了研究。杨吉新［4］ 根据对哈 大客运专线中桥梁墩台的点位布置及观测方法进 行了研究，并采用灰色系统模型进行沉降预测，分 析了沉降规律。李明领［5］ 结合武广铁路客运专线 沉降变形评估工作探讨了工后沉降的预测方法及 评估条件与标准。秦国兵［6］ 结合沉陷性黄土地区 客运专线工程，系统地介绍了沉陷性黄土地区无砟 轨道桥梁沉降预测及铺设条件评估技术，并针对墩 台沉降曲线拟合回归的多种方法进行了分析对比。 刘伟［7］等从客运专线铁路桥台的设计方面进行了 研究，从设计的角度分析了桥台类型及构造特点。 以上工作为无砟轨道沉降变形观测与评估的开展 奠定了基础，然而无砟轨道沉降变形观测与评估毕

竟是近几年才开展的工作，目前国内对于客运专线

特大桥沉降变形监测的研究尚未有比较成熟的经 验，还有很多技术问题需要在工程实践中不断探 索，并加以完善。本文以河北某地客运专线为例， 在对客运专线特大桥沉降监测的特点进行分析后， 对该线路的特大桥沉降情况进行了监测和分析，研 究成果为无砟轨道客运专线的沉降监测具有一定 的借鉴作用。

二、工程概况

该客运专线特大桥位于河北某地，总长 3 409． 07 m， 地层为第四系全新统冲积层( Q4al + pl) 和第四系上 更新统冲积层( Q3al + pl) ，主要为黏土、粉质黏土、 粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂。地下水为第四 系孔隙潜水，地下水埋深 20． 0 ～ 26． 0 m，主要由大 气降水及侧向补给。 水位受季节影响，变化幅度

2 ～ 3 m。该区段有桥台 2 个，桥墩 102 个，连续梁 1

片，其中承台、墩身有 312 个观测点。

桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力 混凝土梁的徐变变形为主。根据《客运专线铁路无 碴轨道铺设条件评估技术指南》［1］ 的规定，桥梁基 础沉降观测标志的设置如下。

1．  承台及墩身观测标设置

路基上铺设无砟轨道的关键技术问题是沉降 控制，尤其是对不均匀沉降的控制。承台设置两个 观测标，一个设置于底层承台左侧小里程角上，另

收稿日期: 2011-06-28

基金项目: 国家自然科学基金( 41071273)

作者简介: 牛海鹏( 1987—) ，男，河北保定人，硕士生，主要研究方向为变形监测。

一个设置于底层承台右侧大里程角上。承台观测 标为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台

表 2   预应力混凝土竖向变形观测频次

观测频次

观测标随基坑回填将不再使用，沉降变形观测点转

观测阶段

备注

观测期限  观测周期

移至墩身。

根据京津、武广客专经验，认为每个墩台的观

梁体施工完成 — — 设置观测点

测点可减少至 2 个，故墩身观测点数量每墩不少于

预应力张拉期间  全程 张拉 前 后 各一次

测试 梁 体 弹

性变形

2 处，且位于墩身两侧，桥墩标一般设置在墩底高出 地面 1． 0 m 左右。桥台观测标原则上设置在台顶 ( 台帽及背墙顶) ，测点数量不少于 4 处，分别设在

桥 梁 附 属 设 施 安装

预应力张拉期间

全程 安装 前 后 各一次

1 次 /1、3、

测试 梁 体 弹 性变形

台帽两侧及背墙两侧( 横桥向) ，从而方便了观测、

保证了精度。

至 无 砟 轨 道 铺

设前

无 砟 轨 道 铺 设

≥60 天

5 天 后 期

1 次 / 周

2．  简支箱梁变形观测

期间 全程 1 次 / 天

徐变是混凝土结构作为粘滞弹性体特有的性

无 砟 轨 道 铺 24

0 ～ 3 个月

1 次 / 月

残余 徐 变 变

质，对于简支梁桥而言，混凝土的徐变虽然仅引起

结构的变形，但对于采用阶段法施工的混凝土连续 梁桥而言，由于各部分混凝土的加载龄期不同且属

设完成后

个 4 ～ 12 个月 1 次/3 个月

月 13 ～ 24 个月 1 次/6 个月

形长期观测

于超静定结构，徐变不仅增加结构的变形，而且引 起结构的内力重分配［8］。这样就能对桥梁造成过 大的变形甚至倒塌，故必须对桥梁进行徐变观测。 按照要求对该梁对称布置了 14 个观测点。

三、变形观测精度及频度

根据《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规 定》［9］，路 基 观 测 桩、沉 降 板 及 桥 涵、隧 道 观 测 桩 ( 标) 均按二等变形测量( 即国家一等水准测量) 方 法进行测量。精度应达到 ± 0． 1 mm，故读数应保留

0． 01 mm。其限差规定及精度要求如表 1 所示。

表 1   沉降观测的各项限差规定及精度要求

四、沉降监测方法

沉降变形观测测量按《客运专线铁路无碴轨道 铺设条件评估技术指南》［1］、《客运专线无碴轨道铁 路工程测量暂行规定》［9］ 的要求执行，故该段在全 线二等精度高程控制测量布设的基岩点、深埋水准 点及一般水准点的基础上，按照国家二等水准测量 的技术要求进一步加密水准基点和设置工作基点 至满足工点垂直位移监测。根据京津城际沉降观 测经验，加密后的水准基点间距未超过 200 m。

沉降观测点的高程测量可采用从邻近水准基点 直接测至沉降观测点的支路线法，也可采用从邻近水 准基点测至沉降观测点，再闭合至临近另一水准基点

视线  每站前 长度  后视距

视距累 积差

视线  基辅分划 高度  读数之差

基辅分划 所测高差

的附合水准路线法。为保证测量的精度与准度在该 测段采取附合水准路线法。附合水准路线法往返测

/ m差 / m/ m

/ m/ mm

之差 / mm

的高差之差及附合路线闭合差均≤ ± 4

槡L mm( L 为

≤50 ≤1． 0≤2． 0≥0． 3≤0． 4≤0． 6

经计算得: 每测站高差中误差≤ ± 0． 5 mm; 每 测段往返较差或附合路线允许闭合差: ≤ ± 槡n mm 或≤ ± 4 槡Lmm( 注: n 为测站数; L 为水准路线长度，

单位为 km) ; 沉降观测点相对于水准基点高差中误

差≤ ± 1． 0 mm。

梁体徐变变形观测需在梁体施工完成后开始 布置测点，自梁体预应力张拉开始至无砟轨道铺设 前为主要变形阶段，故在张拉预应力前，进行** 观测。预应力混凝土竖 向变形观测频次如表 2 所示。

两相邻水准基点间的水准路线长度，单位为 km) 。

五、观测结果及预测

通过对该铁路线多次观测，获得了大量有效的 实测数据。预测铁路线的后续沉降量对铁路路线 的施工和运营安全至关重要。该客运专线施工已 经完成，经过不同阶段的观测，并将观测数据进行 整理分析，可以阶段性地了解路基的变形情况和总 结各个观测点的沉降变化情况。由于变形观测点 比较多，故只选取其中变形**和*小的观测点进 行分析。根据实测观测沉降量推算*终沉降量方 法主要有规范双曲线法、修正双曲线法、固结度对 数配合法( 三点法) 、指数曲线法、Asaoka 等 8 种方

法［10］，此次使用三点法。

笔者根据观测数据采用三点法进行沉降分析 与预测，并将预测值与实际观测值进行对比，得到 时间-沉降实测曲线及沉降变形评估曲线。

1．  桥墩**与*小沉降点分析 架梁后该区段**沉降发生于 45 号墩，沉降量

为 3． 03 mm，预测*终沉降量为 3． 53 mm。*小沉 降发生在 10 号墩，沉降量为 2． 04 mm，预测*终沉 降量为 2． 19 mm。区段平均沉降量为 2． 55 mm，且 沉降量均在 1 ～ 4 mm 范围，后期沉降趋于稳定状 态。对该点的沉降数据进行分析，列出该点的实测 沉降与评估沉降对比曲线图，如图 1、图 2 所示。

件评估技术指南》［1］对沉降预测时间的要求。

2．  现浇梁徐变分析

现选取区段中的部分现浇梁徐变汇总信息列 于表 3。由于混凝土徐变的影响，轨道梁的变形随 时间不断发展，而高速客运专线对轨道的平顺性要 求很高。且由于没有道砟来调节轨道的高程，故需 对桥梁的徐变进行控制。由表 3 可知连续梁体跨中 实测徐变上拱量为 19． 88 mm、19． 39 mm、19． 78 mm， 且后期变形趋于稳定。扣除弹性变形、终张拉 60 天 后的徐变上拱量预测值为 1． 79 mm、1． 02 mm、

1． 86 mm，小于文献［1］对梁体后期徐变的限值( 跨 度 L≤50 m 时为 7 mm) 。故梁体徐变符合要求。

表 3   现浇梁徐变汇总信息

跨度 终张拉 梁号

/ m日期

当前 当前梁体 观测 上拱值 日期 / mm

终张拉后

60 天徐变 上拱量

/ mm

图 1  45 号墩沉降评估曲线

图 2  10 号墩沉降评估曲线

由以上两图可以看出，墩身观测标反映的墩身 沉降变化趋势与理论沉降变化趋势基本一致，表明 墩身的竖向沉降变化很小。且在预应力张拉期间 和桥梁附属设施安装期间沉降很不稳定，预计不太 准确，但是用于预计该点的*终沉降量所得结果与 观测值相差较小。笔者编制了三点法沉降评估的 通用计算程序，经计算该点*终沉降量与预计沉降 量分别相差 0． 5 mm 和 0． 15 mm。桥梁施工完成后， 预测时的沉降观测值与预测的*终沉降量( 不包含 结构层 引 起 的 沉 降 量)  之 比 大 于 75% ，即 s ( t ) /

s( ∞ ) ≥75% ，满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条

六、结 论

1) 客运专线特大桥承台及墩身沉降观测是客 运专线建设的重要内容，本文在对客运专线沉降变 形观测特点研究的基础上，结合实例详述了客运专 线特大桥承台、墩身、简支箱梁变形观测标的布点 及监测方法，这对今后的施工具有指导作用。

2) 作出了三点法沉降评估曲线，并与实测曲线 进行对比，得出了三点法沉降评估曲线与实测曲线 的差异。

3) 采用三点法进行沉降评估，计算出了该点* 终沉降量与预计沉降量的差值，得出了该点预测时 的沉降观测值与预测的*终沉降量之比大于 75% 的结论，这对今后的施工进程具有指导作用。

4) 由于对特大桥沉降及徐变规律的认识及研 究的不足，观测成果的运用存在一些不足之处，本 文对特大桥沉降及现浇梁徐变特性进行了研究，对 今后研究特大桥沉降及梁体徐变规律具有一定的 参考价值。

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