京石客專運營期精測網複測及結構變形監測介紹
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1、項目背景

1.1 京石客專概況

京石客運專線,是中國四縱四橫客運專線網絡中京廣客運專線的組成部份,正線全長281公裏,其中京石客專正線大、特大橋54座計224公裏;隧道15公裏;路基6054公裏。設計速度350公裏/小時,初期運營最高速度310公裏/小時,投資估算總額為438.7億元,共設北京西站涿州東站高碑店東站保定東站定州東站正定機場站石家莊新客站7個車站。2008107日開工建設,2012725日,京石客運專線全線鋪軌完成,初期運行最高速度為310公裏/小時,20121226日正式通車。

為保證京石客專運營期間安全性與平順性,實施精測網複測及沉降監測工作,對高速鐵路工程測量控製網CP0CPICPⅡ、CPⅢ及線路水準基點控製網進行複測,以保證精測網的高精度和可靠性。對京石客專在運營期實施沉降監測對其運營的安全、舒適性,以及線路的維護有重要意義。

2、技術方案簡介

2.1 運營期精測網複測

2.1.1水準基點複測

2.1.1.1精度指標

高程控製網複測數據處理與評定指標執行表2.1.1-1的要求。

2.1.1-1水準測量精度要求表(mm

水準測量

   

每千米水準測量偶然中誤差M

每千米水準測量全中誤差MW

       

檢測已測段高差之差

往返測不符值

附合路線或環線閉合差

二等水準

1.0

2.0

6

4

4

注:表中L為往返測段、附合或環線的水準路線長度,單位km

2.1.1.2數據處理

a)    外業高差數據采集完成後,利用隨機軟件進行數據傳輸和預處理;

b)    測段往返測高差不符值計算,各段水準測量往返測高差不符值均滿足4的要求;

c)    計算整個水準線路的偶然中誤差;

d)    複測高差與原測高差比較計算,如果高差較差不超過的限差,說明該測段點間相對穩定。

2.1.2 CPⅢ高程控製網複測

CPⅢ高程複測采用的網形和精度指標與原測相同。CPⅢ點複測與原測成果的高程較差≤±3mm,且相鄰點的複測高差與原測高差較差≤±2mm時,采用原測成果。較差超限時應分析判斷超限原因,確認複測成果無誤後,應對超限的CPⅢ點采用同級擴展方式更新成果。

當橋麵與地麵間高差大於3m,線路水準基點高程直接傳遞到橋麵CPⅢ控製點上困難時,可采用不量儀器高和棱鏡高的中間設站三角高程測量法傳遞。高程傳遞應進行兩組獨立觀測,兩個組高差較差不應大於2mm,滿足限差要求後,取兩組高差平均值作為傳遞高差。

2.1.2.1 外業測量

京石項目部CPⅢ高程控製網複測采用幾何水準測量方案,CPⅢ控製點水準測量矩形環單程水準網構網觀測。CPⅢ水準網與(加密)線路水準基點聯測時,按精密水準測量要求進行往返觀測。

外業測量時,左邊第一個閉合環的四個高差由兩個測站完成,其他閉合環的三個高差由一個測站按照後---後或前---前的順序測量。

CPⅢ控製網水準測量應對相鄰4CPⅢ點所構成的水準閉合環進行環閉合差檢核,相鄰CPⅢ點的水準環閉合差不得大於1mm

由於作業基本在夜間進行,在水準尺上安置自動照明設備,如采用LED設備。

2.1.2.2 數據處理

CPⅢ高程網外業觀測成果的質量評定與檢核的內容包括:測站數據檢核、水準路線數據檢核,當CPⅢ水準網的環數超過20個時還要進行每千米水準測量的高差全中誤差的計算。CPⅢ高程網內業平差計算和基礎控製資料的選用滿足下列原則:

1CPⅢ高程網水準測量的外業觀測數據全部合格後,方可進行內業平差計算;

2CPⅢ高程網采用聯測的穩定線路水準基點的高程作為起算數據進行固定數據平差計算。平差後的各項精度指標滿足下表規定。

2.1.2-1 CPⅢ自由測站三角高程測量平差後的精度指標

高差改正數

高差觀測值的中誤差

高程中誤差

平差後相鄰高差中誤差

1mm

0.5mm

2mm

0.5mm


2.2 運營期結構變形監測

建設期間與運營期間荷載的性質變化、監測環境的變化、監測重點與範圍的變化、以及監測目的及服務對象的變化決定了運營期間沉降變形監測與建設期間沉降變形監測在技術路線上的差異。但在監測測點的設置上,運營期的沉降變形監測測點應盡可能利用既有的建設期保留下的測點,需要重新埋設測點時也應盡量在建設時期設置測點的附近布置,以便建設期和運營期沉降曲線分析保持延續性,從而有利於沉降趨勢和規律的驗證。

京石客專建設階段沉降變形監測方式以二等水準觀測為模板,采用的精度指標也參照二等水準測量標準。

2.2.1 重點監測區段劃分

結合京石客專線下工程特點及評估狀況,根據構築物變形特點和工點的重要性,確定京石客專運營期沉降重點監測區域。

在運營階段檢查發現的異常地形地段(如出現邊坡溜坍、軌道支撐層與路基間出現脫縫、橋台台尾路基與橋台間存在脫縫、水溝等附屬構築物存在變形等地段)也將作為重點監測區域。

運營期間監測區域的選取應結合動、靜態檢測數據資料。當列車動檢數據顯示該區段平順性較差或出現他異常時,應將此區段增補為重點監控段落。

根據工程、地質特點及沉降特性,為節約沉降監測成本,使運營期間沉降變形監測高效、完善,確保運營安全與舒適,對於重點監測區域附近工程實施延伸性監測,即當重點監測區域沉降變形活躍並接近或達到預警值時,在其附近延伸區段增設測點並開始實施沉降變形監測,否則不需監測。

2.2.2 路基結構變形監測方案

2.2.2.1觀測頻次

根據《高速鐵路運營沉降監測管理辦法》的要求,重點路基區段運營初期監測頻次為每年十五次,可根據沉降情況適時調整觀測周期。

2.2.2.2測點布設與監測技術

路基段運營結構變形監測盡可能利用線下現有的沉降觀測標誌。路基沉降板反映的是路基基底沉降,尤其需要重視,監測中應重點觀測以監控、檢測路基基底沉降量。

綜合考慮監測頻次、監測成本及天窗時間等相關問題,路基監測段麵采用二等水準測量方法進行測量。具體觀測時,以隔離區內方便到達的二等水準點(加密水準點)或CP控製點為基準控製點,以線路中心沉降板為主線路,兩側路肩觀測樁進行間視測量。同時,考慮路基段的安全性要求(高壓電網)及夜間觀測環境,用於夜間觀測的水準儀及水準尺必須經過改進以適應觀測環境。觀測水準路線如圖2.2.2-1

2.2.2-1路基段水準觀測路線示意圖

2.2.3橋梁結構變形監測方案

2.2.3.1觀測頻次

根據《高速鐵路運營沉降監測管理辦法》的要求,重點橋梁區段運營初期監測頻次為每年十五次,可根據沉降情況適時調整觀測周期。

2.2.3.2 測點布設與監測技術

橋梁運營沉降監測以下部結構墩身的沉降為主,充分沿用線下工程變形監測的觀測標誌。

橋梁段觀測標誌布置於墩身上,其沉降監測同鐵路運營之間的相互影響較小,測量作業時間不受維護天窗時間限製,因此可靈活選擇作業時間。選用建設階段的觀測標誌進行測量保證了運營階段數據可同線下沉降觀測數據相聯係,以便於從整體上對橋梁觀測數據進行分析。因此,橋梁段落采用傳統的二等水準觀測方法進行觀測。


3、特點總結

京石客運專線運營期結構變形監測有如下特點:

1、靈活性強:經過多種方式論證,最終采用以常規二等水準監測為模板改進而來的路基、橋梁和凍脹結構變形監測,實際測量中遇到較難施測的情況,還可以靈活調節。除了觀測方式的靈活性外,觀測頻次也可以根據觀測數據情況、沉降季節性規律適當調整,保證變形監測的精度。

2、測量精度高:線下水準點複測及結構變形監測采用二等水準測量技術,CP高程控製網複測采用精密測量技術,測量精度高,技術人員要求嚴格,采用高精度的測量儀器設備,嚴格按照相關規範要求進行施測。

3、觀測周期長,針對性強:京石沉降變形觀測項目前後持續進行了3年,並且還要繼續進行觀測,觀測周期長;主要針對重點監測段落進行觀測,對普通段落觀測頻次低或者不觀測,針對性較強。正是由於觀測周期長,針對性強,才能更加準確的把握運營期結構變形規律,為運營維護單位的日常維護提供科學支持。