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1、中国铁道科学研究院蔡德钩01051874379 13810285950,无砟轨道线下工程沉降评估,1.工后沉降的概念和演化过程2.评估理念3.管理体系4.沉降观测方法、元件布设5.沉降观测数据曲线回归法6.实施过程中存在的问题和解决方案7.相关案例,1.工后沉降的概念和演化过程,1.1工后沉降概念1.1.1工后沉降量：在铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。(a)工后均匀沉降量：铺轨工程完成后，一定区域范围内路基沉降量的相同性及其分布。(b)工后不均匀沉降量：铺轨工程完成后，一定区域内不同测点路基沉降量的差异大小及其分布。不均匀沉降量大小直接影响到列车运行中的舒适度指标和安全性指标，尤其对于
2、无砟轨道直接影响到其安全使用寿命。路基与桥台、路基与隧道及路基及横向结构物过渡段、地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，是不均匀沉降容易产生的常见部位。1.1.2台后沉降量：铺轨工程完成后，桥台台尾过渡段路基工后沉降量。1.1.3差异沉降量：铺轨工程完成后，路基与桥(涵)、隧道等结构物间的沉降变形量差。,1.工后沉降的概念和演化过程,我国高速铁路科技攻关研究表明：高速铁路高安全性、高舒适性要求轨道结构在列车荷载长期动力作用下保持高平顺性，这就要求要严格控制路基、桥涵和隧道工程的工后沉降和不均匀沉降。从概念上来看，差异沉降包含在不均匀沉降中，不均匀沉降、均匀沉降则包含在工后沉降中。线路设计、施
3、工的目的就是要最大限度地减小工后沉降、消除不均匀沉降。从满足列车高速、安全、舒适度要求出发，控制线路的沉降满足规范要求是最终目标，追求差异沉降、不均匀沉降为零是线下工程的理想目标。,1.工后沉降的概念和演化过程,1.2线下结构工后沉降变形量限值,a路基工后沉降量控制标准演化过程,表1 不同速度目标值对应的路基工后沉降变形量限值,工后沉降标准与设计速度、轨道类型、施工工期、轨道维修养护标准和维修周期、工程投资大小等因素有关，同时也与地质勘察试验、沉降计算、沉降观测及工后沉降预测的方法和精度密切相关，表1所列正是上述思想的反映。,1.工后沉降的概念和演化过程,1.2线下结构工后沉降变形量限值,b桥
4、梁墩台沉降控制标准演化过程,表2 不同速度目标值、不同轨道类型对应的桥梁墩台沉降变形量限值,L50m预应力混凝土简支结构在无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于10mm；L 50m时，无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于L/5000，且不得大于20mm。,1.工后沉降的概念和演化过程,1.2线下结构工后沉降变形量限值,c隧道,仰拱工后沉降变形量小于15mm;隧道与其他结构间：差异沉降量不大于5mm，因沉降造成的折角不大于1;隧道断面收敛变形：满足衬砌混凝土收敛条件,1.工后沉降的概念和演化过程,1.2线下结构工后沉降变形量限值,由于沉降控制的要求已完全超出了处理方法的计算精度，因此，从概念上讲，规定
5、的工后沉降已不再是最初设计的预留值，是一个允许出现的误差值。工后沉降实际上是零沉降控制基础上的允许偏差。目前，基于地基勘察资料进行的沉降计算精度是不够精确的，不足以控制无碴轨道的工后沉降。为保证精度和有效的控制，应进行系统的观测与分析评估。,2.评估理念,2.1进行无碴轨道铺设条件分析、评估的意义,无碴轨道系统以其少维修、免维修、耐久性强、生命周期长，在现代高速铁路中得到迅速推广、运用，是现代高速铁路建设、发展的必然趋势；影响无碴轨道铺设及其耐久性和生命周期的关键条件之一是线路的沉降变形稳定性。除加强设计、施工过程控制工作外，加强无碴轨道线路沉降变形观测、预测，评估线路的沉降变形发展趋势，提出
6、相应的改进措施，确保满足铺设无碴轨道的需要是目前无碴轨道建设过程中着力控制的关键工序。即沉降变形观测、分析、评估是无碴轨道铺设过程控制中的关键工序！,2.评估理念,2.2主要依据,客运专线无碴轨道铁路设计指南（铁建设函2005754号）客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2006158号）客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设2006189号）部颁相关文件和会议纪要。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,a路基,表3 路基工后沉降变形量控制标准,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,墩台均匀沉降量不大于20mm，相邻墩台的沉降量差不大于5mm。涵洞工后沉降量应与
7、路基一致。即不大于15mm。L50m预应力混凝土简支结构在无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于10mm；L 50m时，无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于L/5000，且不得大于20mm。,b桥涵,隧道基础工后沉降量不大于15mm，隧道与其他结构物间因差异变形造成的折角不大于1。,c隧道,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,单元划分原则：依据路基结构与桥梁、隧道、涵洞等的关系确定，分别分为基本单元、组合单元和集成分析单元，如表4所示。,d路堑、路堤、涵洞、桥梁、隧道、过渡段等单元划分,表4 线路系统沉降单元划分,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,e线路整体变形观测、分析,在取得基
8、本单元沉降变形观测成果的基础上，综合分析基本单元和组合单元的沉降变形量及其分布特征，沿线路纵向方向对各单元及其接口段的沉降变形进行系统分析评估，当各组合单元及其接口满足铺设无碴轨道的基本条件后，可进行铺设无碴轨道施工。若不同单元的沉降变形量过大或单元间的沉降变形不能满足限值要求，则应根据预案采取相应的优化措施，保证工后沉降变形量和差异沉降变形量满足设计要求。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,f沉降变形观测、评估的阶段划分,其主要阶段包括：设计阶段；沉降变形测点布设和实施观测阶段；沉降变形数据采集、分析、评估阶段；沉降观测数据评估结果应用阶段。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本
9、条件,设计阶段 设计阶段进行控制断面沉降分析是实施观测工作的基础阶段，通过该阶段的工作，可分别确定出测试工作的重点区域，为观测断面的设置和元器件布设打下基础，为平行观测断面选择提供依据。根据工程地质勘察资料和技术标准进行设计，其主要内容如表5。,表5 变形控制的基础设计阶段-控制断面变形分析,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,沉降观测点布设和实施观测阶段,根据设计要求，在施工阶段开展相应的观测区段、不同观测断面沉降变形观测装置布设工作，并根据施工进度和气候条件变化情况，在观测期内进行变形观测，其实施标准、技术要求详见客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2006158号）（
10、以下简称“评估指南”）和客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定（铁建设200189号）（以下简称“测量暂规”）。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,沉降变形数据采集、分析、评估阶段,沉降变形预测分析的目的根据沉降变形预测结果推断预计铺设无碴轨道的时间点。当预测结果不能满足需要时，确定应采取的技术对策。预计运营开始的时间点。对特殊工点，继续预测无碴轨道运营后可能的沉降变形趋势，确定相应的维修预案。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,沉降变形数据采集、分析、评估阶段,沉降变形数据采集建立沉降变形数据库，统一归档管理沉降变形观测数据。数据观测单位依据“评估指南”和“测量暂规”的要求
11、进行沉降变形数据观测，观测数据经监理签认后纳入数据库。评估单位依据“评估指南”要求和建设单位要求进行平行观测并将观测数据纳入数据库。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,沉降变形数据采集、分析、评估阶段,分析、评估 观测数据分析、评估单位依据“评估指南”技术要求，对入库的数据进行分析、评估，并预测未来一定时间段相应的沉降变形量，并根据满足最终评估条件的观测数据预测最终沉降变形量和工后沉降变形量。提出实际观测沉降变形曲线。当沉降变形监测数据满足监测沉降变形量S(t)/计算最终沉降变形量S(end)大于75%、监测数据回归曲线的相关系数大于0.92、且间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差
12、值不大于8mm时，认为沉降观测数据满足评估要求，沉降预测成果可靠、可行，可给出预测沉降变形量。当预测工后沉降变形量在设计工后沉降变形包络线内时，认为满足相关单元铺设无碴轨道的基本条件要求。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,沉降变形数据采集、分析、评估阶段,当预测工后沉降变形量高于设计工后沉降变形量包络线，但在工后沉降变形量限值内时，认为无碴轨道相应评估单元满足铺设无碴轨道要求，例如，路基的工后变形量限值为15mm，若预测工后沉降变形量均在15mm限值以内，则认为满足铺设无碴轨道的条件，如图1所示。根据“评估指南”，观测期内，路基、桥涵等结构沉降实测值超过设计值20%及以上时，应及时
13、会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。,图1 工后沉降变形量和设计控制包络线关系示意图,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,线路变形分析系统评估阶段沉降观测数据评估成果应用阶段,桥梁、隧道等单元工程及其组合单元工程的沉降变形评估后进行沿线路纵向的综合评估，对线下工程各结构物间的变形量大小、分布及变形协调性进行系统评估。绘制沿线路纵向的沉降-距离曲线，并沿线路纵向标示出不同的结构物及其相应的工后沉变形量，并与沉降设计控制线绘制在同一图中，如图2所示。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,线路变形
14、分析系统评估阶段沉降观测数据评估成果应用阶段,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,线路变形分析系统评估阶段沉降观测数据评估成果应用阶段,当满足铺设无碴轨道的各项技术要求后，批准铺设无碴轨道。在综合评估分析过程中，若发现部分单元、单元接口间沉降观测数据异常或不能满足调整轨面高程后的圆顺竖曲线半径需要，则应按预案进行处理。当预测工后沉降变形量高于沉降变形量限值时，应针对相应单元进行轨道圆顺性评估，若不能满足圆顺性要求时，应按设计预案采取相应的措施。其流程图如图3所示。,2.评估理念,2.3无碴轨道铺设的基本条件,成果应用阶段,3.管理体系,3.1 沉降变形观测、评估管理体系,沉降变形观测、
15、评估管理单位应包括建设、设计、评估、观测、施工、监理单位，各单位应确定工作组织，指定工作负责人，在此基础上，全线建立沟通联系工作制度，保证沉降观测工作协调、有序开展。,3.管理体系,3.2各单位管理职责,委托咨询单位或专业队伍进行无碴轨道铺设条件的评估工作，确定评估单位和沉降变形观测单位。根据本线设计要求及铁建设2006158号的相关规定，制订无碴轨道铺设条件-沉降变形观测及评估实施细则（以下简称细则）。负责观测及评估人员的技术指导和培训。对观测数据的真实、可靠性负责，并建立变形观测和评估数据库。负责组织对沉降观测技术方案、精度标准及最终沉降观测成果报告进行审核确认，总体协调沉降变形观测及评估
16、工作中的组织协作问题。组织阶段评估工作，并及时将阶段评估结果提交勘察设计、施工、监理和咨询等单位。审核评估报告，确认实施铺设无碴轨道时间节点。,a客专公司,3.管理体系,3.2各单位管理职责,评估单位是细则实施的牵头单位。负责本线沉降观测方案设计，提出测量精度标准和要求，解决沉降观测过程中出现的技术问题，并与公司沟通一致；负责培训、指导各施工单位的沉降观测测量工作；负责收集、汇总全线各施工单位沉降观测资料，对沉降观测资料进行分析和趋势预测，根据分析和预测结果提出相应的工程措施；负责沉降变形观测中的平行监测工作；负责提交各规定阶段的沉降观测成果评估报告；合同中约定的沉降观测资料移交职责，统计整理
17、满足“沉降变形评估”需要的观测资料，并按规定时间移交咨询单位。,b沉降变形评估单位,3.管理体系,3.2各单位管理职责,提交线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书；线下工程变形观测断面、观测点布置等要求；变形计算报告，包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线等;对变形观测的设计要求进行技术交底;参与制订变形观测及评估工作实施方案;根据变形观测结果，对设计预测沉降进行实时修正，并将设计预测的结果提交建设单位。,c勘察设计单位的主要职责,3.管理体系,3.2各单位管理职责,观测单位是细则方案的具体实施者。负责配备、组织沉降观测仪器和人员；负责沉降观测点及观测断面的布设、观测、观测数
18、据的预处理及观测质量评估；负责施工过程中的观测点及观测元器件保护；负责按规定时间提交满足要求的沉降观测资料给评估单位；配合、接受观测测量检查及统一协调工作。,d沉降变形观测单位,3.管理体系,3.2各单位管理职责,监理单位是细则和方案实施的监控单位负责配合设计单位牵头的沉降变形观测工作；负责检查督促细则和方案在各施工单位的落实，保证按计划开展观测工作，督促施工单位按时提交观测资料；负责监控各施工单位观测工作的规范性，开展必要的符合性观测测量，对拟提交观测资料进行初审，确保观测资料数据的准确。,e监理单位,3.管理体系,3.2各单位管理职责,监理单位是细则和方案实施的监控单位负责配合设计单位牵头
19、的沉降变形观测工作；负责检查督促细则和方案在各施工单位的落实，保证按计划开展观测工作，督促施工单位按时提交观测资料；负责监控各施工单位观测工作的规范性，开展必要的符合性观测测量，对拟提交观测资料进行初审，确保观测资料数据的准确。,e监理单位,3.管理体系,3.2各单位管理职责,3.管理体系,3.3技术培训,参加人员：主管沉降观测评估工作的管理人员和技术人员。培训内容：路基、桥梁、隧道观测元器件布置，沉降观测技术标准，数据库管理、维护标准，数据评估与分析，过程控制过程中相关异常数据的处理等。主管单位：建设单位负责组织实施。,3.管理体系,3.4 观测设施及仪器设备的落实,观测单位按无碴轨道铺设条
20、件评估实施方案要求布设沉降观测点及观测断面，埋设观测元器件，配备满足测量精度要求的仪器设备。观测工作启动前，观测单位应报请设计及监理单位对测点布置、元器件埋设、测量仪器等准备工作进行检查验收，以确保观测测量工作具备合格的工作基础。观测仪器包括：水准仪、全站仪、铟钢尺，观测精度二等。观测元器件：用于路基的剖面沉降管、沉降板等；用于桥梁的沉降变形观测标等。,3.管理体系,3.5施工期内的沉降变形观测及评估,评估单位应根据实施方案要求，建立沉降观测评估数据库。观测单位按实施方案实施沉降观测工作，按要求格式汇总观测资料，并于次月2日前提供上月汇总资料(纸质及电子文档各1份)给评估单位。资料应得到监理单
21、位的初步审核确认。评估单位收到各观测单位沉降观测资料5日内完成全线汇总，并将评估成果以纸质及电子文件(各1份)形式提交给咨询单位。评估单位应根据系统的沉降观测资料独立进行工程稳定分析和趋势预测，根据分析和预测结果提出相应的工程措施建议，按公司要求整理形成沉降观测成果报告提交给咨询公司和客专公司。当月观测成果报告应于次月10日前提交。,a工作程序,3.管理体系,3.5施工期内的沉降变形观测及评估,沉降观测起测基准点及观测线路应相对固定，严格按观测周期和观测精度要求进行观测。沉降观测工作必须做好原始记录，坚持复核签认制度。沉降观测各项资料按实施方案要求形成，必须齐全完整。为确保沉降观测工作顺利进行
22、和测量成果的连续性，必须对沉降观测标志和标桩妥善保护，发现破坏，应及时恢复。,b沉降变形观测工作基本要求,3.管理体系,3.5施工期内的沉降变形观测及评估,观测单位在沉降观测过程中应建立严格的误差和错误报告制度。监理单位负责检查把关。观测单位确认沉降观测资料有误或精度不符合规定要求时，应及时报设计和监理单位协调解决。评估单位实施平行检测和复查时，应会同观测单位及时解决评估过程中出现的数据异常、不闭合问题。,c误差和错误报告的处理,3.管理体系,3.6 沉降变形观测及评估报告,评估单位应按施组中的各分段无碴轨道工期要求统筹安排评估工作，根据观测单位按月移交的沉降观测评估资料，逐步深入、分段推进线
23、下工程稳定性评估，适时提出各分段无碴轨道施工前的评估报告，确认无碴轨道施工的开始时间。最终评估报告应包含本段工程所含路基、桥梁、隧道及过渡段等单元工程的分报告和对本线全部工程结构沉降变形的系统集成分析总报告。最终评估报告应在不少于计划开工前15天提出。客专公司应对最终报告组织审核，确定无碴轨道施工时间节点。,3.管理体系,3.7 无碴轨道铺设后的沉降变形观测及评估,本线正式验收通过后，评估单位应提交全线沉降变形观测综合评估报告。报告应包括观测方案设计、基础观测资料、各阶段评估报告、过程讨论会议纪要、综合评估分析及建议等。报告内容、提交方式等按相应的“合同”约定执行。,4.沉降观测方法、元件布设
24、,路基桥涵隧道过渡段,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,a观测的内容路堤、路堑全部路段；桥、涵两端的过渡段、路隧过渡段及堑堤过渡段等。路基沉降观测分为路堤和路堑两个类型。A路堑沉降观测部位为基床表层的底面处。B路堤沉降是由基本体和地基组成，基床底层顶面的路基总沉降和地基面处地基部分总沉降。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,b观测断面布置一般情况下沿线路方向每50m布设一个观测断面，地基条件复杂、地形起伏大（以设计文件为准）应适当加密，25m布设一个断面。一个沉降观测单元（连续路基沉降观测区段为一单元）应不少于2个观测断面。每个路桥过渡段设置2个观测断面，分别设置于距离桥台5m及2
25、0m处。路基与横向结构物过渡段中部设置1个观测断面。路隧、堑堤过渡段在分界线两侧510m，各布置一个观测断面。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,c观测点布置每个路堤观测断面应布设两组沉降板，即在线路中心线布1组，在一侧轨道板外侧1组（每组包括观测内容中要求的深度上的不同部位），路基两侧坡脚布设水平和竖向变形观测桩。路堤、路桥过渡段和路堤与横向结构物过渡段，设置沉降板。有预压土路堑地段，每个路堑断面在线路中心设沉降板一组，两侧路肩各设观测桩1个。无预压土路堑地段，每个路堑断面在两侧路肩各设观测桩1个。每个涵洞设两个观测断面，每个断面设3个观测点，原则上设在涵洞结构上。,4.沉降观测方法、
26、元件布设,4.1路基,路基面沉降观测点采用图示方法布设路基面沉降观测点，完成埋设后采用水平仪按二等测量标准测量桩顶标高作为初始读数。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,沉降观测板：用于测量路基面或基底的沉降变形量 由钢底板、金属测杆（40mm镀锌铁管）及保护套管（75mm PVC管）组成。钢底板尺寸为50cm50cm，厚1 cm。采用水平仪按二等测量标准测量沉降板标高变化。按设计位置放好沉降板后，回填一定厚度的垫层，再套上保护套管，保护套管略低于沉降板测杆，上口加盖封住管口，并在其周围填筑相应填料稳定保护套管，完成沉降板的埋设工作。采用水平仪按二等测量标准测量埋设就位的沉降板测杆杆顶标高
27、作为初始读数，随着路基填筑施工逐渐接高沉降板测钢和保护套管，每次接长高度以1m为宜，接长前后测量杆顶标高变化量确定接高量。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,剖面沉降管可采用专用塑料硬管，其抗弯刚度应适应被测土体的竖向位移要求，导管内十字导槽应顺直，管端接口密合。剖面沉降测量是将剖面沉降仪探头导轮卡至于预埋剖面沉降管的十字导槽内，从一端按一定间隔依次读数，起始端管口标高采用水平仪按二等测量标准进行测量，再通过数据处理计算求出不同位置处地基的沉降量。剖面沉降管埋设在基底碎石垫层中间的土工格栅上，复合地基平面应布置在观测断面附近加固孔之间中心处，埋设剖
28、面沉降管的上下各垫10cm左右的砂垫层，中部填砂尽可能抬高，使剖面沉降管埋设呈向上拱的圆顺弧线状，但上拱高度不超过计算沉降量的一半。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,不同土层的沉降变形测量 磁敏感探针低于测量带。当探针通过磁环时，会产生光和声音。在测量带上可以读出磁环的深度。环与磁铁读数的差异为沉降值。精确度为3mm。,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,路基变形监测应分四阶段进行。第一阶段：路基填筑施工期间的监测，主要监测路基填土施工期间地基土的沉降以及路堤坡脚边桩位移；第二阶段：路基填土施工完成后，自然沉落期及摆放期的变形监测，该阶段应对
29、路基面沉降、路基填筑部分沉降以及路基基底沉降进行系统的监测，直到工后沉降评估满足铺设无碴轨道要求为止；第三阶段：铺设无碴轨道施工期的监测；第四阶段：铺设轨道后及试运营期的监测。,d观测阶段,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,所有元件埋设后，必须测试初始读数，在路堤正式填筑前，必须对所有埋设元件进行复测，作为正式初始读数。在路基填筑期间，应每天监测一次，各种原因暂时停工期间，前2天每天监测一次，以后每3天测试一次。填筑施工完成后至铺设无碴轨道期间，第1个月内每5天监测一次，第23个月内每10天监测一次，第46个月内每15天监测一次，以后每个月监测一次，雨后应加密监测。无碴轨道铺设后至试运营
30、期间每月监测一次。具体应根据监测数据的变化情况，调整监测频度。测试过程中发现异常必须及时查明原因，尽快妥善处理。,e观测频度要求,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,所有标高测量应达到二等测量标准，测量精度应达到1mm。边桩位移采用全站仪或经纬仪进行测量。剖面沉降采用剖面沉降仪进行测试。,f观测方法,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,各工程项目部应成立专门试验小组，进行元器件的标定、埋设、测量和保护工作，小组人员应分工明确，责任到人。元件埋设时应根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基坡脚观测箱内。凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压，不得采用大型机械推
31、土及碾压，并配备专人负责指导，以确保元器件不受损坏。各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏。元器件埋设后，制作相应的标示旗或保护架插在上方。路堤填筑过程中，派专人负责测试断面的填筑。,g观测元件现场管理、保护,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,g观测元件现场管理、保护,4.沉降观测方法、元件布设,4.1路基,资料整理要求,所有测试数据必须真实准确，不得造假；记录必须清晰，不得涂改；测试、记录人员必须签名。测试数据必须当天及时输入电脑，核对无误后在计算机内保存。对于自动采集的数据采集后应进行核实，核对无误后在计算机内保存。按照提交资料要求及时对测试数据
32、进行整理、分析、汇总，及时绘制路基面、填料及地基各项监测的荷载时间沉降过程曲线。所有观测数据均需监理工程师现场确认、审核。观测数据作为铺设无碴轨道前评判路基工后沉降是否满足要求及作为工程竣工验收的依据。,4.沉降观测方法、元件布设,4.2桥涵沉降变形观测,桥墩、桥台、框架桥、涵洞各个阶段的沉降变形。简支梁生产阶段和架设后的梁体徐变变形观测。连续梁的徐变变形,4.沉降观测方法、元件布设,4.2桥梁沉降变形观测,a桥梁墩身沉降变形观测 为满足桥梁变形观测的需要，应在梁体及每个桥梁承台及墩身上设置观测标。墩身观测标埋设：观测点设在墩身两侧上，分别设在每个墩的墩身四角，每墩设4处，观测点距地面（水面）
33、高度应在1m左右，特殊情况可按照确保观测精度、方便观测、利于测点保护的原则根据具体情况确定。当墩高小于等于4m或梁底距离地面净空较低不便于立尺观测时，墩身观测标可设置在对应墩身埋标位置的顶帽上。,4.沉降观测方法、元件布设,4.2桥梁沉降变形观测,4.沉降观测方法、元件布设,4.2桥梁沉降变形观测,桥台观测标埋设：观测点设在台顶（台帽及背墙顶），每个台设4处，分别设在台帽两侧及背墙两侧（横桥向）。,4.沉降观测方法、元件布设,4.2桥梁沉降变形观测,b梁体徐变变形观测 对原材料变化不大、预制工艺稳定、批量生产的预应力混凝土预制梁，徐变变形观测可每30孔选择1孔进行；其余桥梁变形应逐跨布置测点。
34、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。（根据需要，可设9个点或15个点，一般以绘出梁体徐变曲线为主，图示应至少为10个点，对称分布）,4.沉降观测方法、元件布设,4.3框架及涵洞沉降观测,需要在框架边墙两侧及中墙和框架中心布置沉降观测点，测点数量不少于9个。涵洞变形观测包括涵洞自身及涵顶填土沉降观测两部分组成。涵洞自身沉降观测需要在涵洞边墙两侧和涵洞中心布置沉降观测点，测点数量不少于6个。桥涵主体工程完工后，架桥机及运梁车将在部分桥涵上通过，并对观测结果造成一定扰动。因此，规定在架桥机、运梁车通过前后应进行基础的沉降观测。考虑测试工作量等因素，应至少进行架桥机及运
35、梁车初期通过23次前后的沉降观测，当确认架桥机及运梁车造成的基础沉降稳定后，可不再进行观测。,4.沉降观测方法、元件布设,4.3框架及涵洞框架沉降观测,4.沉降观测方法、元件布设,桥梁墩台变形观测频次,4.沉降观测方法、元件布设,梁体竖向变形观测频次,4.沉降观测方法、元件布设,涵洞沉降观测频次,4.沉降观测方法、元件布设,主要观测内容：隧道工程沉降观测是指隧道内线路基础的沉降观测，即隧道的仰拱部分。其它如洞顶地表沉降、拱顶下沉、断面收敛变形等不列入本沉降观测的内容。观测时间：隧道主体工程完工后，变形观测期原则上不应少于3个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。观
36、测仪器、精度：沉降观测采用水准测量法，仪器宜采用精密水准仪。测量用基准点应定期与二等或二等以上水准网进行联测，确保基准点稳定可靠。隧道内沉降观测点每次观测均须从洞口或斜井口水准基点引入引出形成封闭测环。隧道洞口或斜井口应至少设置3个水准基点，以满足隧道内沉降观测需要。,隧道基础沉降观测,4.沉降观测方法、元件布设,隧道的进出口进行地基处理的地段，从洞口起每25m布设一个断面。隧道内一般地段沉降观测断面的布设根据地质围岩级别确定，一般情况下级围岩每400m、级围岩每300m、级围岩每200m布设一个观测断面。地应力较大、断层破碎带、膨胀土、湿陷性黄土等不良和复杂地质区段适当加密布设。隧道洞口至分
37、界里程范围内应至少布设一组观测断面。即过渡段范围设一组，路隧分界点至洞门口设一组观测断面。隧道主体工程完成后，每个观测断面在相应于两侧边墙高于沟槽盖板0.3m处设一对沉降观测点。明暗交界处、围岩变化段及变形缝位置观测断面前后应设置两对观测点，以观测和评估该处可能存在的沉降差。,(4)沉降观测点的布置,4.沉降观测方法、元件布设,4.沉降观测方法、元件布设,隧道基础沉降观测频次,4.沉降观测方法、元件布设,隧道地段的线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、地质勘查报告、设计图纸和说明书。施工报告，包括：隧道开挖地质描述及开挖围岩分级记录、IV-VI级围岩地段基底承载力检测情况、施工监控量测资料、仰
38、拱施工分项工程验收记录等。隧道工程监理报告，详细描述施工质量控制过程和抽检情况。,评估时具备的其他资料：,4.沉降观测方法、元件布设,根据观测数据拟合曲线的回归相关系数应不低于0.92。一般观测时间不少于三个月。对于岩石地基上的观测时间不少于30天。利用两次回归结果预测的最终沉降的差值不应大于8mm。两次预测的时间间隔一般不少于3个月，对于岩石地基等良好地质的隧道不应少于30天。隧道主体结构完工至无碴轨道铺设前，沉降预测的时间t应满足以下条件：s(t)/s(t=)75%式中：s(t)：预测时的的沉降观测值；s(t=)：预测的最终沉降值。地质条件较好、沉降趋于稳定且设计及实测沉降总量不大于5mm
39、时，可判定沉降满足无碴轨道铺设条件。,隧道内无碴轨道铺设条件的评估应根据有关设计、施工和监理的资料及交接检验和复检的结果进行综合分析。,4.沉降观测方法、元件布设,过渡段工后沉降的分析评估应沿线路方向考虑各观测断面和各种结构物之间的关系综合进行。对线路不同下部基础结构物之间以及不同地基条件或不同地基处理方法之间形成的各种过渡段，应重点分析评估其差异沉降。观测点布置与观测频次 过渡段沉降观测应以路基面沉降和不均匀沉降观测为主，可在线路两侧设置地基和路肩观测桩，或在线路中心设置沉降板；在过渡段范围宜沿线路斜向对角线布置剖面沉降管，并在管口设置沉降观测桩。不同结构物的起点应设置沉降观测断面，距结构物
40、起点510m处、2030m、50m处应分别设置观测断面。剖面沉降宜沿线路斜向连续观测。沉降观测装置的具体埋设位置应符合设计要求，且埋设稳定。观测期间应对观测装置采取有效的保护措施。沉降水准的测量精度为1mm，读数取位至0.1mm；剖面沉降观测的精度不低于8mm/30m。,4.4过渡段沉降变形观测,4.沉降观测方法、元件布设,4.4过渡段沉降变形观测,过渡段路基沉降观测频次,5.沉降观测数据曲线回归法,曲线回归法有：规范双曲线；扩展双曲线；三点法；抛物线法；指数曲线法；Asaoka法；沉降速率法；灰色系统算法；Verhulst算法；,5.沉降观测数据曲线回归法,5.1规范双曲线法,式中 s0初期
41、沉降量（t=0）；stt时刻沉降量；、变以后的实测数据经过回归求得的系数。,(1)确定起点时间（t=0），可取荷载施工结束日为t=0;(2)根据实测结果计算t/(St-S0);(3)绘制t与t/(St-S0)的关系图，并确定系数、;(4)计算St；(5)由双曲线推算出沉降S-时间t曲线。,1、初始时间的选择对计算结果影响很大，一般恒载期取3个月后为宜。2、双曲线法中恒载时间的长短对最终结果的影响也很大，推算所用的恒载期越长，其推算值越接近实测值。,5.沉降观测数据曲线回归法,5.2拓展双曲线,式中 t-自土方工程开工以来时间；st-t时刻沉降量；-t时刻的荷载；max-设计最大荷载；,h-填方
42、高度；r-填方重度；,可以利用直线的斜率计算出最大沉降：smax=1/b。可以计算在任意最大荷载下产生的沉降。,拓展双曲线法在规范双曲线基础上引入了荷载系数的概念，在假定荷载增量加载速率变化不大的情况下，沉降变形的增量与荷载增量成正比。该方法与传统方法的最大差别在于其填筑期观测数据纳入分析时间段内，而传统方法一般要求利用恒载期以后的观测数据进行预测。,5.沉降观测数据曲线回归法,5.3指数法,式中 st-t时刻沉降；sm-最终沉降；,指数曲线法和双曲线法简单实用，但是前提是假定荷载一次施加或者突然施加的，这与实际情况不符，因此其方法尚待改进，下面的修正指数曲线法将路堤荷载分为若干个加载阶段，将
43、各级荷载增量所引起的沉降叠加。,实测沉降曲线自拐点 点开始，近似采用指数曲线延伸。,5.沉降观测数据曲线回归法,5.4修正指数或修正双曲线法,式中：m为加荷的总级数；t为沉降预测时刻ti 到第k 级荷载施加时刻tk的时间间隔；Sk为第k 级荷载增量所引起的最终沉降量，当加荷速率与土层状况不变时，不考虑地基土的非线性特性，Sk与荷载大小成正比，则有 Sk=C Pk，Pk为第k级荷载增量；A，B，C均为反应土体固结性质的参数，设其与荷载的施加无关，视为常量。,根据沉降实测值，采用试算法确定式中的参数A，B，C、；将已确定出的参数带回，分别计算各级荷载在ti时刻所引起的沉降量，将各级荷载在ti时刻所
44、引起沉降量进行叠加，即得ti 时刻总沉降量。,加荷与沉降发展曲线,5.沉降观测数据曲线回归法,5.5固结度对数配合法(三点法),式中 sd-瞬时沉降；sc-固结沉降；s-最终沉降；Uz-竖向排水的平均固结度；,从实测的早期st曲线上选择停止加荷后的三个时间t1、t2、t3，要求并且t2-t1和t3-t2尽可能大些，同时，t3应尽可能取在st曲线的末端。这样可得最终沉降量。,1、三点法推算值与修正时间零点0的选取没有关系，一般以沉降曲线的发展趋势来确定。2、沉降计算点的选取对结果影响很大，t取值越大，计算结果越接近实测值；随t1的取值越远离停载时间，计算的结果越接近实测值。,5.沉降观测数据曲线
45、回归法,5.6Asaoka算法,式中(t，z)竖向应变；t时间；z距粘土层顶面的深度；cv固结系数,在预测沉降量时，为计算方便，仅取一阶方程,当观测时间等距离时，对上式离散化，可以得到,取加荷结束后恒载期的等时沉降观测序列作si与si-1拟合直线，可以求出截距0和斜率1，进而求出最终沉降,5.沉降观测数据曲线回归法,5.7遗传算法双曲线,遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种适应全局优化概率搜索算法。具有思想简单、易于实现、应用效果明显等优点。目标函数采用双曲线沉降预测模型。,具体步骤,(1)初始化：种群规模n、染色体长度L、搜索空间、交叉概率pc、变异概率pm；(2)产生
46、新个体：按交叉概率pc随即选择两个个体交叉；(3)评价新个体：计算各个新个体的适应度，选择最佳个体；(4)评价新种群：计算新种群的整体适应度；(5)重复迭代；(6)输出优化后的沉降预测结果。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.1实施过程中存在的问题,（1）观测元器件和观测桩（标）埋设不够规范。剖面沉降管导槽方向埋设错误，接头连接不合适，端头没有固定和未设观测标高点。沉降板外套塑料管接头没有采取套管连接，挤压造成外套塑料管与钢管密贴，影响沉降观测精度。观测桩（标）端头没有按标准磨端，埋设随意。（2）现场观测元器件和观测桩保护措施不到位。观测元器件和观测桩时有被破坏，难以恢复而造成观测数据的
47、不连续。常见的现象有：沉降管顶部外套塑料管被破坏粒料及水进入或被撞歪，路面观测桩没有设明显标识而被机械或汽车破坏；剖面沉降管牵引绳丢失、观测池被埋或破坏。水准基点被破坏或因地面沉降下沉。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.1实施过程中存在的问题,（3）部分地区受地形、环境等条件限制难于全部做到按技术标准进行测量，缺乏测量闭合环节，影响观测精度。（4）原始观测数据不能及时整理和录入，存在的问题不能及时发现和改正。（5）受外界环境影响，剖面沉降检测仪和单点沉降计部分监控数据波动较大或失真没有得到及时校整。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.1实施过程中存在的问题,（6）“零观测”理念不
48、强、观测数据不连续路基已填筑到位，桥涵、隧道结构已施工到相应位置却未能及时埋设观测桩（标）和观测元器件。没有按规定进行“零观测”，造成观测不连续，影响预测结果精度。受运梁车通过影响，部分地段只填筑到基床表层第一层，而第二层铺设时可能需要间隔数月（一般35月），期间没有埋设路面观测桩，造成观测的不连续，不利于沉降变形规律的分析，也影响预测沉降结果的可靠性，可能造成路面观测桩埋设后6个月观测期不够，而影响铺轨。（7）数据异常现象处理不及时观测数据出现异常现象及异常点不能及时分析和记录在案一些特殊荷载变化、天气、气温变化及特殊地段地下水的变化不能很好的记录，缺乏观测过程中的一些重要信息，不便于沉降分
49、析预测中重要参考。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.2对策,严格管理、加强培训建立专门沉降变形观测领导小组和观测小组，并明确各自职责，分工负责，各施其责。加强沉降变形技术标准和实施操作观测培训。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.2对策,强化观测元件埋设路基面观测桩、桥涵承台观测桩应采用钢筋，端部应磨成园端型并露出适当的长度；桥墩台身观测桩应制成一个立测尺的端点。沉降板周围填料碾压方式应适当且应密实，采取适当措施防止沉降板倾斜和钢管与塑料套管密贴，影响沉降精度，在过程中及时纠正，沉降板套管顶部应加封帽，防止粒料和水进入管内，影响自由沉降和精度；沉降板塑料套管应采用壁厚不应小于4m
50、m的硬质套管以防止破损和老化。剖面沉降管露出坡脚不宜过长，端部应采取适合方式进行固定和保护，并设立端部标高固定测定点；剖面管设置后及时测定其端部标高及整个剖面管的初始读数，作为“零”观测。有沉降板的断面应在统一观测断面、位置布设路面观测桩，以便分析路基部分的压缩变形。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.2对策,加强观测元件保护应制定切实可行的元器件和观测桩的保护措施和制度。如路基面观测桩、沉降管应做明显标识和护栏。制定保护奖罚措施，现场每个元件和观测桩保护责任到人，确保观测元件得到有效保护。,6.实施过程中存在的问题和解决方案,6.2对策,确保观测精度定期复核水准基点和工作基点，变形测量
