1、運營高鐵沉降監測概述Last revision on 21 December 2020貴廣高鐵沉降監測實施方案湖北國鐵高科工程檢測有限公司2017年07月-31運營高鐵沉降觀測高速鐵路上高速運行的列車要求線路具有高平順性、高穩定性、高精度等特點。這 就要求高鐵在運營期間，不斷的對鐵路上的變形體進行變形觀測，數據采集，和變形分 析，鐵路工務部門根據監測結果，采取適當的措施才能保證列車高速、不間斷運行的安 全.平穩與舒適。運營過程中還要實現對軌道不平順的發生.發展、變化全過程的科學監測，才能確 保高速行車平穩和安全。所以運營高速鐵路的變形監測工作主要分為線上軌道平順性監 測和線下橋、隧、路基等的變

2、形監測。一、工程概況運營高鐵的沉降觀測，包括：路基、橋涵.隧道沉降觀測，高鐵控制網的復測及軌道 幾何形位檢測等工作內容。二.路基、橋涵、隧道及其連接過度段沉降觀測高鐵線下工程的監測包括橋梁、隧道、路基以及在這些工程的過渡段的沉降監測。橋涵自身與路基過渡段變形觀測點布設示意圖隧道進出口結構與路基過渡段變形觀測點布設示意圖橋梁自身結構與隧道結構過渡段變形觀測點布設示意圖路基自身變形觀測點布設示意圖路基、橋梁、隧道之間的過渡段最容易發生不均勻沉降，是最薄弱的環節，直接影 響到高速鐵路的營運安全。沉降監測的方法包括精密水準測量、精密三角高程測量、液 體靜力水準測量等。精密水準測量及精密三角高程測量精度

3、高，適應性強，缺點是工作效率較低。液體靜力水準測量，精度好，效率高，不受紀天窗點限制，缺點是成本高，控制范 圍小。兩種方法測量高鐵橋梁.隧道、路基等的沉降，敘述如下。1、精密水準、精密三角高程測S精密水準測量是目前高速鐵路主要采用沉降監測方法，精密三角高程測量是 精密水準測量的補充。精密水準測量及精密三角高程測量精度高，靈活多變，適應性 強，受限制的因素較少，應用廣泛。1) 沉降變形監測工作內容在線下精密工程控制網的基礎上，建立長期沉降變形監測工作網;、對全線路基、橋涵和隧道段進行沉降普查監測；一般沉降變形監測地段的監測點布設和連續沉降變形監測;重點地段的沉降變形監測點布設和連續沉降變形監測;

4、2) 沉降變形監測工作網測設根據高速鐵路運營沉降監測管理辦法(運基線路【2010】554號)及高 速鐵路工程測量規范(TB10601-2009)的技術要求，布設沉降變形監測基準點和工作 基點，建立全段沉降變形監測工作網。(1) 基準點、工作基點的布設 .基準點的布設在重點沉降監測段，應在線路水準基點的基礎上，按縱向距離不大于1km 的要求進行基準點加密。每個獨立的觀測網應設置不少于3個穩固可靠的基準 、工作基點的布設為滿足沉降變形監測點測量要求，在基準點的基礎上沿線路方向按間距不大于500m、距線路中心距離小于100m的范圍內布設沉降變形監測工作基點。工作基點應布設在穩定土層內，以便長期保存和

5、使用。工作基點布設時應充分考慮可能 的重點區域（如已知的沉降區、地質條件不穩定區域、采礦區、水網密集區.河道等） 和重點目標（如橋梁.隧道等）的監測需求，盡可能將橋梁、隧道的監測點納入工作網 中。當路基或隧道沉降監測段落較長且一個天窗點測量不完時，為了提高工作效率，可 在網內布設一些工作基準點，每300米至500米一個，布設在接觸網桿基礎上，可減少 與網外基準點的聯測次數，提高工作效率。由于網內工作基準點受到高速列車運營的影 響.每個頻次的沉降監測開始前都要和網外的基準點進行聯測，保證網內工作基準點高 程的準確性。（2）沉降變形監測工作網測S沉降變形監測工作網采取分段布設，分段測量的測量方法，

6、應布設成附合水 準路線。沉降變形監測工作網按三等垂直位移監測網的精度要求進行測設，具體 精度要求如表二等水準測量精度耍求測量等級二等每公里水準測量的偶然中誤差Mo1, 0mm每公里水準測量的全中誤差Mw2. Omm工作基點應定期與基準點進行校核，當對沉降觀測成果發生懷疑時，也應隨時進行相應復測校核。3）沉降變形監測網點的布設（1）路基段沉降變形監測點的布設路基一般地段沉降變形監測點采用建設期間已有的沉降觀測點。也可以按需要加密。般每200m布設一個監測斷面。路基重點沉降監測地段沿線路方向每50m布設一 個監測斷面。每個監測斷面布設3個監測點，如下圖。地基條件復雜、地形起伏大應不大于25m布設一

7、個斷面。每個監測斷面布設6個監 測點，增加鋼軌頂高程的觀測，如圖33所示。另外，一個沉降觀測單元(連續路基 沉降觀測區段為一單元)應不少于2個觀測斷面。路基地段監測斷面監測點布設位g示毎圖(2) 過度段沉降監測點的布設過渡段的沉降變形監測以路基面沉降和不均勻沉降觀測為主，應在結構物上 布設不少于1個觀測點、路基過渡段布置不少于2個監測點。(2) 橋涵沉降變形監測點的布設.承臺測點布設設置2個觀測標觀測標1設置于底層承臺左側小里程角上觀測標2設置于底層承 臺右側大里程角上。.墩身沉降點布設觀測標點數量1 2處.當墩臺高度小于14 m時，設置1個觀測標，位于墩身中線左側1 m小里程距地面0.5 m

8、處。當墩臺高度大于14 m時，設置2個觀測標位于墩身兩側中心距地面0.5 m處。見圖。 涵洞的沉降監測點布設每座涵洞均要進行沉降觀測，監測點布設在在涵洞進出口及涵洞中心線上，每座涵 洞布設3個監測點。(3) 隧道沉降變形觀測點的布設隧道一般地段沉降變形監測點的建議采用建設期間已有的沉降觀測點，布設 原則如下: 隧道的進出口進行地基處理的地段，從洞口起每5()in布設一個斷面。隧道洞口至 分界里程范a內應至少布設一個觀測斷面。 每個觀測斷面在相應于兩側邊墻處設一對沉降觀測點，原則上設于高于蓋 板0. 3m處，如下圖所示©隧道觀測標布設示意圖隧道結構沉降觀測標現場埋設照片隧道重點沉降監測

9、地段從洞口起每25in布設一個監測斷面，明暗交界處、 圉巖變化段及變形縫位置兩側各布置一個斷面。每個斷面布設6個監測點，布設方式與 路基段一致。4) 沉降變形監測網的測量(1) 主要技術要求沉降變形監測網測量釆用三等垂直位移變形測量精度要求實施，具體精度要 求和觀測方法如下表所示。(2) 路基段、過度段.橋涵沉降變形監測點測量路基段沉降變形監測點測量利用布設在靠近監測路段(區間)的工作基點或 基準點構建二等附合水準路線進行觀測，沉降觀測點位布設及水準路線觀測示意圖如下 圖所示。路基段沉降監測點測fi水準線路示；g圖變形測量一般利用晚上天窗點進行，做到一個天窗點完成一段監測。路基觀 測段落較長時

10、增加網內觀測基準點。(3) 橋梁段沉降變形監測點測量橋梁墩臺水準利用布設在黑近監測路段(區間)的工作基點或基準點構建.1 等附合水準路線進行觀測，沉降觀測點位布設及水準路線觀測示意圖如下圖所示。橋梁墩(承)臺沉降監測點測址水準線路示慈圖重點地段橋上沉降變形監測斷面點測量作業方法與路基段相同。為便于與線 下工作基點和基準點聯測，在高架橋梁上應按1公里左右距離設置高程輔助點(傳遞點)，將地面對應的工作網中水準點高程傳遞到橋梁上設置的高程輔助點 上來，釆用“中間法三角高程測量”方法施測，如圖所示。三角商程聯測示意圖(4) 隧道段沉降變形監測點測量隧道段沉降變形監測點測量方法同路基段，即利用布設在靠近

11、監測路段（區 間）的工作基點或基準點構建二等附合水準路線進行觀測，具體觀測方法同路基 段。2、液體靜力水準測量液體靜力水準儀可以全天候24小時，自動采集.處理、存儲數據，不影響列車正常 運行，在有些有特殊要求的地段，應用廣泛。1）靜力水準儀測*沉降的原理靜力水準自動化監測系統以液體連通器原理為基礎，通過不同測點的靜力水準儀對 液面高度差的測量.實現對基準點與被測點相對沉降的監測!在實際應用中，相關測點 的靜力水準儀通過通液管道彼此相連，其中一個或部分靜力水準儀作為基準點，其他的 靜力水準儀作為觀測點，協同完成相關測點的沉降測量。設基準點與參考液面（儲液箱液面）之間的高度差為H0 ,觀測點與參考

12、液面之間高度為Hi.分別測出HO與Hi的值，Hi .HO的值為觀測點相對于基準點的高度當觀測點的高度發生變化時，本次測量的!值也相應的變化，兩次值的差即是沉降 值!測量原理如圖2）系統組成自動化監測系統由沉降感應部分數據采集傳輸部分”客戶端以及配套附厲等部分組成, 如圖所示。沉降感應部分由靜力水準儀和管線組成，管線包括液管，通氣管和電纜等。數據采 集傳輸部分包括采集器.數據傳輸設備。采集器定時對傳感器進行數據采集，數據通過 有線或無線設備傳輸到接收服務器并實時保存.配套附厲部分包括設備箱.參考液面箱 和系統供電。設備箱內部安放有采集器和蓄電池等，均布設在電纜槽溝內。參考液面箱 是由儲液腔、液管

13、和氣管端口等組成。系統供電由蓄電池和太陽能電池板、充電控制器等組成。用戶通過客戶端軟件，連接到服務器，可實時接收監測數據，并根據數據可模 擬出沉降曲線圖等相應成果。系統為模塊化設計，可進行獨立更換，對整個系統不產生 影響。3) 靜力水準儀測點布設觀測點沿線布設，每個觀測點設置一個靜力水準儀，靜力水準儀固定在金厲防護盒 內，防護盒使用膨脹螺栓固定在路基段或隧道穩固位置。安裝主要技術要求如下:(1)測點布設要牢固可靠，日常要進行測點巡視，避免測點松動給列車運營造成危害。(2)該系統布設在露天環境.要考慮到夏季蒸發，冬季冰凍影響，在進行液體灌注時要加入適當的防凍液并進行油封。建議夏季對靜力水準儀采取

14、一定的遮蓋措施!如 確實因為其他因素使液體明顯減少，影響系統工作，則應在保留之前隆沉值后，在最短 的時間內對整個管路重新注入液體，并調整系統重新工作。(3) 由于系統布設在鐵路路基上，既受露天環境影響，又受列車運營震動影響,故在工程施工影響前，應持續觀測天，以便掌握外界環境帶來的數據變化規律;然 后以數據變化相對穩定的時間段采集的數據作為修正參考，重新輸入每個儀器計算參數 作為初始值，下次測量選取在相同的時間段內進行。(4) 建議在每個靜力水準墩臺上設置一個人工沉降測點，以便在天窗時間內進行人工復核。應經常性地比較與另一套自動化系統智能型電子全站儀監測的數據，以便相互佐 證，尤其是在不允許人工

15、上道復核的時間內。4) 自動化監測軟件及數據分析處理軟件經過DTU數據無線傳輸終端發送到服務器的數據，必須經過軟件進行數據處理, 方可上報*實有效的監測數據。自動化監測軟件是自動采集模塊相配套的使用軟件，提供3中通訊模式：短信.有 線和GPRS網絡。軟件可對采集模塊進行設置及數據采集，同時可對多個模塊或不同地 方的多個項目進行無人值守全自動實時采集自動將數據保存進入數據庫及TXT文 檔.并具有實時預警的功能。軟件對采集的數據可進行查詢、刪除、作圖、導出的處 理。三、CP I . CPII的復測進場后首先對CP1、CPH控制點就行調查，對丟失或破壞的CPU點進行補設，一 般埋設在離線路中線不大于

16、200in,且不易破壞的范圍內，間距控制在1公里內。CPI1埋 石如下圖控制網平面復測首級施工控制網CPI、CP11平面復測釆取GPS靜態測量方法。全網采用5臺雙頻GPS接收機觀測。根據全球定位系統(GPS)鐵路測量規程(TB10054-97)平面控制測量等級規定和本項U實際情況，平面控制網按分級布網原則，分為基礎平面控制網(CPD 和線路控制網(CPU),復測精度分別為B級和C級。為與相鄰標段銜接，需聯測相鄰標 段兩個CPI平面控制點，兩個CPU平面控制點。1) 平面復測精度控制B級點(CPI)最弱邊相對中誤差小于1 / 170 000,基線邊方向中誤差不大于 1. 3”； C級點(CPU)

17、最弱邊相對中誤差小于1 / 100 000,基線邊方向中誤差不大于2) 平面復測主要技術要求3) 復測實施復測必須做好嚴格的作業計劃，分配好作業時間，精心組織。同時山于線路較長而 曲折，工期緊，任務重，一般首級施工控制網CPI、CP11復測難度較大。(1)基線組網 .依據相關網型和連接數的規范要求，對平面控制網進行基線組網，優化技術設 計方案，在外業觀測和內業基線數據處理過程中，嚴格按照設計優化方案執行。 、平面拎制網復測構網原則與勘測設計院相同。采用邊聯式構網，以大地四邊形 和三角形為基本圖形。組成帶狀網。 .復測CPI首級施工控制網，并將聯測的CPO控制點作為CPI點處理，進行CPI 組網

18、觀測（當聯測CPO站點時，根據聯測基線長度，適當延長同步觀測時間）。 、復測CPII首級施工控制網，需聯測所有與CPII相鄰的CPI控制點，并將這些CPI控制點視作CPU點進行CPU組網觀測。4）復測注意事項 、遵循基線組網設計所確定的作業模式，并在接收機或控制器上配置相同的外業 觀測參數。、檢査GPS電池容量是否滿足作業要求。接收機的電源電纜、天線電纜等連接是 否正確。數據存儲設備是否滿足存儲空間。 、檢査確認天線安置基座對中器是否合格。如天線有指北定向標志，則應借助指 北針或羅盤保持接收機天線指北標志指向正北方向。 、雷雨季節架設天線時，注意防靂擊。雷雨過境時，立即停止觀測，并卸下天 線。

19、 、觀測組嚴格遵守調度命令，按規定時間同步觀測，不得擅自更改觀測訃劃。 、每時段觀測前后分別量取天線高，丈量誤差W2mm,取兩次丈量平均值作為最 終結果。 接收機開始記錄數據后。將測站名、測站號、時段號、天線奇等信息完整地記錄 于觀測手簿。 、1個時段觀測過程中嚴禁進行以下操作：關閉接收機重新啟動、進行自測試、 改變接收設備預置參數、改變天線位置、按關閉和刪除文件功能鍵等。 .嚴禁在天線附近使用無線電通訊設備。使用對講 機、電話等應距天線10 m以上，車載電臺應距天線50 m以上。 、每天完成外業數據釆集，內業數據處理人員釆用商用軟件進行基線檢査。如果發現有不能通過基線檢査的數據，先進行分析處

20、理，兩次分析處理還不能通過的基線 數據，第二天應組小網重新補測。5) CPI數據平差處理及分析CPI復測基線解算采用廣播星歷，用商用軟件按靜態相對定位模式進行，采用雙差固定解，求解S線向量。以大地四邊形作為基本構網圖形，對觀測基線進行處理和質量 分析，檢査基線質量是否符合規范要求，刪除工作狀態不佳的衛星數據，觀察衛星殘差 圖某個衛星在某時段殘差是否過大，是否有明顯的系統誤差，否則刪除該時間段。不讓 其參與CPI平差?；€向量異步環閉合差是檢驗基線向量網質量的一項重要技術指標。在解算出每一 時段CPI基線向量后。以三角形作為構環圖形，不同時段組成異步基線環。并計算異步 環坐標分量閉合差。CPI基

21、線向量異步環閉合差應符合下式規定:6)CPI平差及精度分析約束1個CPO基站點WGS 一 84空間直角坐標，進行CPI基線向量網空間三維自山網平差，從而得到自山網平差后各CPI點WGS-84三維空間直角坐標，并檢査GPS基線 向量網本身的內符合精度，判定基線改正數是否符合規范要求。2高程復測實施高程復測宜優先采用滿足精度的電子水準儀。 應進行測段往返測，測站觀測宜采用下列觀測順序: 往測：奇數站釆用“后-前-前-后”，偶數站釆用“前后-后-前"O 返測：奇數站釆用“前-后-后-前”，偶數站采用“后-前-前-后”山往測轉返測時，兩根標尺應互換位置。四.cpin控制網復測運營中的鐵路，對

22、軌道的檢測主要是對軌道平順性的測量分析。軌道兒何形位的調 整前提是客觀上其兒何形位發生了改變，這種改變應當是建立在嚴格的測量基礎之上 的，而測量的依據是根據軌道CP1【控制點和該區段線路的設計坐標。所以檢測的前提 是，CPII控制網必須符合精度要求對于需要進行軌道精測、精調的路段首先應檢査原有的CP1【埋設的測量標志是否完 好，并®埋己破壞的CP1【的測量標志；然后采用邊長測量、高差測量或自山設站方法檢 測施工期CP1【控制網點的坐標、高程是否有變動。如相鄰的CPII點間的距離和高差與 原有觀測值之差部分大于3nmb或者部分自山設站的點位中誤差都大于1mm,說明CPI11 控制網點位

23、已有較大變化，需對CP1【控制網進行重新測量。cpin平面控制網測量1）儀器設備盡量釆用CP1【控制網初測時相同的全站儀、棱鏡和測量標志。全站儀的基本精度要求為.測角精度± “或± 1 測距精度 ± 1mm +lppin 或土 2mm +2ppin.全站儀應具有自動u標搜索、自動照準、自動觀測、自動記錄功能。如 Leica TCRA1201、 Leica TCA2003. TrimbleS6> S8配套棱鏡及測量標志 每組需要配備12個棱鏡并編號棱鏡要經過專業機構進行測 定常數各棱鏡常數互差不得大于0. 2mm。全站儀應定期在具有測繪儀器檢定資質的部門進行檢

24、定每年檢 定一次檢定合格的儀器方可使用。在每次項U開工前要進行 以下項U的常規檢驗和校正使儀器處在良好狀態。2）cpm控制點測量方法采用自由設站法測fiCPI1控制網平面觀測采用自山測站邊角交會的測量方法每次置鏡自山測站以前后各3對共12個CP1【點為測量U標每個自由站與上站重疊觀測4對CPII點、遞進2對CPI】點以保證每個CP1【點被測量3次其測量網形式見下圖3）因遇施工干擾或觀測條件稍差時情況CPIII平面控制網可釆用下圖所示的構網形式平面觀測測站間距應為60111左右每個CPIII控制點應有四個方向交會。4）cpin控制點測量方法及與上一級控制網的關系在自山站上測量CP1【的同時，將靠

25、近線路的全部CPH點進行聯測，納入網中。CP1【1點與CPU聯測聯測長度控制在150-200米之內。聯測方式有以下三種:聯測CPI、CPII采用的網形優先順序為當采用在自山設站置鏡觀測CP1、CP 控制點時，應在2個或以上連續的自山 測站上觀測CP I、CP 控制點如下圖。當釆用在CP1、CP 控制點置鏡觀測CPHI點應在CPI、CP U控制點置鏡觀測三個以上CPIII控制點如下圖。 也可自山設站釆用下圖形式聯測CPIII點。5）外業觀測T儀器及配套棱鏡狀態良好方可進行外業測量儀器的測量模式、單位、取位、限差溫度.氣壓改正加乘常數改正等均要正確設置。2CPIII平面網水平方向應采用全圓方向觀測

26、法進行觀測如采用分組觀測應采用同一歸零方向并重復觀測一個方向。水平方向觀測應滿足下表的規定CPIII平面網距離測量應滿足下表的規定測量時應同時進行三角高程測量，以便平差計算時對投影高程的歸化改正，豎直角 觀測應符合下表的規定2、CPIII控制網高程測量CPIII控制網高程測量現在用的比較成熟的方法是矩形法，也可以采用自由設站三角高程法。1）矩形法CPIII高程網測量方法形成的四邊形閉合環（圖中空心箭頭組成的圖形）為規則的矩形，因此簡稱此方法為矩形法。矩形法CPIII高程網測量可只進行單程觀測。2）自由設站三角高程測量法單個測站CP III控制網自由設站三角高程網示意圖多個測站CPIII控制網自由設站三角高程網示意圖精密水準測量采用滿足精度要求的電子水準儀，配套因瓦尺。并按規范要求精度要 求施測。五、軌道幾何形位測量。當CP1II控制點的精度滿足要求后，就可以進行軌道兒何形位測量了。通過軌道檢査車會給出的線路檢測報告和軌道檢測波形圖資料，分析確定需要進行 檢測的區段，然后利用CP1I控制網和軌道兒何狀態監測儀采集需檢測區段的兒何數據, 通過與設訃值的比對，來確定軌道兒何形位的改變。在軌道兒何狀態測量儀釆集數據之前，將CP1【網測量成果及軌道線型數據導入軌道工程業績表兒何狀