任务11-1工程变形监测学习指导.

1、任务11-1:工程变形监测学习指南学习单元项目11:工程变形监测讲课2h，实作（课内2h課外35h） 任务11-1:工程变形监测学时学习目标通过案例教学使学生学会工程变形监测的流程、观测方法及要求，掌握变形监测数据的处理；会编写工程变形监测技术设计及技术总结。主要学习内容1. 高速铁路变形监测概述；2. 高速铁路变形监测网建立；3. 高速铁路路基变形监测；4. 高速铁路桥涵变形监测；5. 高速铁路隧道基础沉降监测；6. 高速铁路变形监测评估；教学参考资料 高速铁路施工测量西安交通大学出版社周建东编著 无砟轨道工程测量技术中国铁道出版社朱颖主编 某工程变形监测案例 工程测量规范 高速铁路设计文件

2、项目保障条件1、教学条件要求 多媒体教室； 任务11. PPT 工程监测处理软件 高速铁路施工测量规范 电子水准仪使用说明书及操作视频 高速铁路工程变形监测技术设计书（案例） 高速铁路工程变形监测技术总结（案例）2、实训条件 天玉或徕卡电子水准仪 4台； 高速铁路路基、桥梁、隧道模拟实训场学习重点与难点1. 学习重点： 高速铁路工程变形网得布置及要求 路基沉降点得布设、观测及技术要求 桥梁沉降点得布设、观测及技术要求 隧道沉降点得布设、观测及技术要求2. 学习难点： 线路控制桩的复测及加密计划及方案； 编写控制桩复测及加密报告。教学方法建议引导文法、头脑风暴法、讨论法、任务驱动教学法考核标准成

3、果评定：根据学生测量成果的精度评定成绩，占50%。学生自评：学生根据自己在项目实施过程中的作用及表现进行自评，占10%。小组互评：根据工作表现，发挥的作用，协作精神等小组成员互评，占15%。教师评价：根据考勤、学习态度、吃苦精神、协作精神，职业道德等进行评定；根据项目头施过程每个环节及结果经进仃评疋；根据实习报告质量进行评定；综合以上评价，占25%。作业1编写工程变形监测计划及方案；2撰写工程变形监测报告。第2页共34页二、工作任务书、任务单任 务11-1高速铁路工程变形监测1、变形观测网平面图S同仁得大桥1 1 、1 1 .SJJAFJ-17B5兵1L11、軸孤谕広厂)3JJAF2-15-3

4、111 H50SJJAP1-11-1Ml Ifi*SJJAP2-15-1101 mBS1-562-2111.109.5?2?Bsri-5Jla?, imBSII-5riL-Z1QM9SJJAP2-0MHL 1041SJJAF2-14-3loi mt.B8H-N3-11輒呦$KII-5i211OJMQ2路基监测点布置图沅降监濟中布蓋赤意国(0-31 )3.桥梁监测点布置图第4页共34页任务要技术要 求旦口 E丨勺口6人一组，每组在工程变形监测模拟实训场完成路基、桥梁、隧道变形监测任务路基沉降观测频次观测阶段观测频次一般1次/天填筑或堆载沉降量突变23次/天两次填筑间隔时间较长1次/3天堆载预压或

5、第1个月1次/周路基施工完毕第2、3个月1次/2周第6页共34页3个月以后1次/月架桥机（运梁车通过）全程前2次通过前后各1次;其后1次/天，连 续2次;其后1次/3天，连续3次;以后1 次/周无砟轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月312个月l次/3月墩台沉降观测周期与频次表观测阶段观测频次备注观测期限观测周期墩台基础施工完成设置观测点墩台混凝土施工全程荷载变化前后各1次或1次/周承台回填时，测点应移 至墩身或墩顶，二者高 程转换时的测量精度要 求不应低于首次测量要 求预 制 梁 桥架梁前全程1次/周预制梁架设全程前后各1次附属设施施工全程荷载变化前后各1次或1次 / 周桥 位

6、施 工 桥制梁前全程1次/周上部结构施工全程荷载变化前后各1次或1次/周附属设施施工全程架桥机运梁车通过全程前2次通过前后各1次， 其后1次/天，连续2次，至少进行2次通过前后的观测桥梁主体工程完工无砟轨道铺设前 6个月1次/周岩石地基的桥梁，一般不宜少于2个月无砟轨铺设期间全程1次/天无昨轨道铺设完成后24个 月0-3个月1次/月工后沉降长期观测4-12个月1次/3月13-24 个1次/6月隧道沉降观测周期与频次表观测频次观测阶段观测期限观测周期隧底工程完成后3个月/1次/周01个月无碴轨道铺设完成后3个月13个月1次12周第8页共34页第#页共34页基本工 作步骤仪器与 工具考核标准成果评

7、定：根据学生测量成果的精度评定成绩，占50%。学生自评：学生根据自己在项目实施过程中的作用及表现进行自评，占10%。小组互评：根据工作表现，发挥的作用，协作精神等小组成员互评，占15%。根据考勤、学习态度、吃苦精神、协作精神，职业道德等进行评定;1. 制定工程变形监测作业指导书2. 路基、桥梁、隧道变形监测点布设3. 路基、桥梁、隧道变形监测点测量数据获取4. 工程变形监测数据处理5. 工程变形监测评估6. 工程变形监测预报7. 工程变形监测技术报告电子水准仪、条形码铟钢尺、记录板、计算器第#页共34页教师评价:25%。根据项目实施过程每个环节及结果经进行评定； 根据实习报告质量进行评定；综合

8、以上评价，占三、教学内容1高速铁路变形监测概述1.1沉降变形观测的必要性(1) 客运专线高速行车要求轨道具有高平顺性。(2) 无碴轨道铺设后线下构筑物发生不均匀沉降，将导致线路维修成本的增加； 当线下构筑物发生不均匀沉降超出无碴轨道扣件可调范围而无法通过扣件进行调整时，将导致不得不对线下构筑物进行维修。(3) 线下构筑物不均匀沉降还会导致轨道板开裂，将引起轨道构件的更换或维修。 1.2无砟轨道平顺性、舒适性对线下工程沉降要求 工后沉降不应大于15mm； 各种结构物过渡段差异沉降不大于 5mm； 沉降引起沿线路方向的折角不应大于 1 %。1.3高速铁路变形监测的主要内容路基、桥梁、涵洞、隧道、结

9、构物过渡段及车站、道路两侧高边坡、滑坡地段的垂直 位移监测和水平位移监测。1.4高速铁路变形监测的工作流程1.5高速铁路变形监测的时间要求无昨轨道施工期间至交付运营前，施工单位应继续按规定频次进行观测，交付运营后, 由运营单位接收观测元件及资料继续观测。1.6高速铁路变形监测的职责及要求1.6.1建设单位职责(1) 制定沉降变形监测及评估工作实施细则；(2) 负责观测及评估人员的技术指导和培训；(3) 采取有效措施，确保观测数据的真实、可靠，并委托评估单位建立变形观测和 评估数据库；(4) 组织评估单位对变形监测进行阶段评估工作，并及时将阶段评估结果反馈给咨 询、设计勘察、施工及监理等单位；评

10、估工作完成后，由评估单位提交评估报告；(5) 检查、监督、协调、处理变形观测及评估工作中的有关问题。162勘察设计单位职责(1) 提交线路设计总断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书；明确线下工程变形观测断面、观测点布置及要求；各观测断面点的设计变形计算报告，不同阶段的设 计沉降值与时间的关系曲线。(2) 对变形观测的设计要求进行技术交底。(3) 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。(4) 参与制定沉降变形观测及评估工作实施细则。1.6.3施工单位职责(1) 施工单位是变形观测工作的责任主体，要认真、详细地做好观测记录，为无咋轨道铺设条件评估提供

11、依据。(2) 成立沉降观测组，明确专人负责，沉降观测责任到人，保证人员相对固定。(3) 负责变形监测网的建立，元器件埋设及线下工程变形观测。(4) 根据建设、勘察设计等单位及相关规范的要求，设置变形观测点，按时进行观测， 及时整理沉降观测、测量等观测资料，并及时提交观测数据及初步成果资料。对观测数据 的真实、可靠性负责。(5) 负责观测设施的保护，确保施工过程中不受扰动或破坏。(6) 参与制定沉降变形观测及评估工作实施细则。1.6.4监理单位职责(1) 对全过程变形观测的重要环节进行旁站监理，并责任明确。(2) 监督、检查观测设施的保护，以确保其不受施工或外界的扰动和破坏。(3) 对施工单位的

12、观测数据及时签字确认。(4) 参与制定沉降变形观测及评估工作实施细则。(5) 监理单位是平行观测的责任主体， 应全过程对变形进行平行观测，并将路基作为监测的重点。平行观测的数量，不少于总测点的20%。1.6.5评估单位职责(1) 参与对施工单位的观测及对评估人员、监理人员进行技术指导和培训；(2) 负责建立沉降变形观测和评估数据库，统一全线变形观测数据的统计整理形式，制定相关记录表格；编制分析、评估计算机软件；(3) 对线下工程各阶段沉降变形观测及时进行分析、预测、评估，并将各阶段分析评估 报告提交各方；(4) 全过程对变形监测进行平行观测， 并将路基作为监测重点，平行观测的数量一般地 段应不

13、少于总测点的30%，对于地质复杂、沉降变化大以及过渡段等区段，平行观测的数 量不应少于50%；(5) 进行沉降变形分析、评估，预测工后沉降，提出无昨轨道铺设时间报告；(6) 负责评估报告的编制工作。1.7测量仪器水准仪及水准尺。2高度铁路变形监测网建立2.1变形监测网的基准变形监测网(水平位移监测网、垂直位移监测网)可采用独立坐标和高程系统； 按工程需要的精度等级建立，并与施工控制网联测，一次布网完成。2.2变形监测网的等级划分和精度要求高速铁路变形监测的精度应按测量的中误差小于允许变形值的1/101/20的原则进行设计，变形监测等级划分和精度要求如下表所示。 一等适用于高精度变形监测项目；二

14、、 三等适用于中等精度变形监测项目；四等适用于较低精度的变形监测项目。表1变形监测等级划分和精度要求单位：mm变形测量垂直位移测量水平位移测量等级变形观测点的高程中误差相邻变形观观测点的咼差中误差变形观测点的点位中误差一等0.30.11.5二等0.50.33.0三等1.00.56.0四等2.01.012.02.3变形监测网的布设2.3.1高速铁路变形测量点分类及布设要求1、高速铁路变形测量点分类基准点、工作基点、变形观测点2、基准点选设（1）基准点选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置；（2）独立的监测网应设置3个稳固可靠的基准点；（3）基准点间距不宜大于1 km ；（4） 一般以CPI

15、、CPII控制点及线路水准基点作为基准点；（5）当设计控制点间距较长时可按线路水准基点的要求增设基准点。3、工作基点选设（1）工作基点选在比较稳固并且便于观测变形观测点的位置；（2）由于铁路线路施工区域是一个狭长的带状地形，基准点与观测点之间的距离较 短，对观测条件较好或观测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测量 变形观测点。4、变形观测点选设变形观测点设在变形体上能反映变形特征的位置并与结构物稳固地连接成为一个整 体。基准点和工作基点应定期进行复核、校正。2.3.2水平位移监测网的布设（1）水平位移监测网利用CPI和CPII控制点实现水平位移监测网坐标与施工平面控 制网坐标的相互

16、转换；（2）变形控制点宜埋设为有强制归心装置的观测墩；（3）照准标志应采用强制对中装置的觇牌或红外线测距反射片，平均边长约400 m。2.3.3垂直位移监测网的布设（1）垂直位移监测网可根据需要独立建网；（2）高程应采用施工高程控制网系统；（3）在施工阶段至少应与一个施工高程控制点联测；（4）使垂直位移监测网与施工高程控制网高程基准一致；（5）全线二等水准贯通后，应将垂直位移监测网与二等水准基点联测；（6）将垂直位移监测网高程基准归化到二等水准基点上；（7）垂直位移监测网应布置成闭合环状、节点或附合水准路线等形式；（8）水准点设置在变形区以外的基岩上或原始土层上也可以利用稳固的建筑物设立 墙上

17、水准点；（9）为满足沉降变形观测的精度要求，在沿线已设水准基点的基础上，两工作基点 间距宜小于300 m；（10）工作基点距路基中心的距离应小于 100 m；（11）隧道垂直位移监测网应以闭合环、节点或附合水准路线等形式设置在隧道进、出口稳固且便于联测的地方，每个洞口应至少设置2个工作基点。2.3.4垂直位移监测网布设示意图SJJATMe*常解垮大梯- ;-SJJAK-11 -17 L . . 1.1囂网卜5*1 .3J-P1P2-12-A1昭卜环卜1(DSJJXR-L5SJJAPM2A S鹏I号音卷SJJAP2-15-31119251sjjm-n-2iol m3JJAP2-15-MQ. 01

18、17KII-5SL-1LU?. 572?KII-SW107.5570BSII-51-2108.248?SJJAPH9-1lOf.JWSSJJAB-14-1砒啊5BSI1-56211013641SIJAK-13 匕【恥AH2.4变形监测网的主要技术要求1水平位移监测网的主要技术要求等级相邻基准点 的点位中误差(mm)平均边长(m)测角 中误 差()测边中误差(mm)水平角观测测回数0.5仪器1仪器2仪器一等1.5 300O. 71.0912 2001.01.069二等3.0 4001.02.069 2001.82. 0469三等6.0 4501.84.0469 3502. 54.0346四等12

19、.0 6个月1次倜岩石地基的桥梁，一般不宜少于2个月无砟轨铺设期间全程1次/天无昨轨道铺设完成后24个月0-3个月1次/月工后沉降长期观测4-12个月1次/3月13-24个月1次/6月梁体徐变变形观测周期与频次观测阶段观测周期备注预应力张拉期间张拉前、后各一次测试梁体弹性变形桥梁附属设施安装安装前、后各一次测试梁体弹性变形张拉完成后第1天预应力张拉完成-张拉完成后第3天预应力张拉完成无砟午轨道铺设前张拉完成后第5天无砟轨道铺设前张尺拉完成后13月，每7天为一测量周期无碎轨道铺设期间每天1次第O3个月，每1个月为一测量周期残余徐变变形观测（长期观测）无昨轨道铺反完成第骂412个月，每3个月为一测

20、量周期后第骂1324个月，每6个月为一测量周期涵洞沉降观测周期与频次观测阶段观测频次备注观测期限观测周期涵洞基础施工完成设置观测点涵洞主体施工完成全程荷载变化前后或1次/周观测点移至边墙两侧洞顶填土施工全程荷载变化前后或1次/周架桥机（运梁车）通过全程前 2次通过前后各1次其后每1次/天，连续2次，其后1次/3天，连续3次，以后1次/ 周至少进行2次通过前后的观测涵洞完工无砟轨道铺设前 6个月1次倜岩石地基的涵洞，一般不宜少于2个月无昨轨道铺设期间全程1次/天无砟轨道铺设完成后24O3个月1次/ 月4个12个月1次/3个月1324个月1次/6个月4.5桥涵变形监测数据采集与整理4.5.1桥变形

21、监测数据采集 沉降水准测量的测量精度为士1 mm,高程取位至0.1 mm,采用二等水准测量的技术要求进行观测； 宜采用电子水准仪进行变形观测数据的采集； 梁体徐变观测时，应采用闭合环路线进行观测，见下图；梁体徐变观测值为梁体中间观测标与两端观测标之间的高差，例如图中2-1、2-3、5-4、5-6之间的高差，O观测点不测站梁体徐变观测路线示意图每期徐变量为前期观测高差与本期观测高差之差，左右两侧观测点徐变平均值即为该 片梁的观测徐变值，由于梁体在存梁台座上产生的倾斜或由于线路纵坡使架设在桥墩上的梁体产生的倾斜对徐变观测值的影响可以略去不计。 连续梁徐变观测与简支梁类似，也按闭合环路线进行观测，根

22、据跨中观测点与中跨 支点观测点观测值计算徐变量。4.5.2涵洞变形监测数据采集 涵洞一般在边墙两侧设置48个观测点； 测量时，水准仪宜架设在相邻4个观测点的中间位置，既可以保证附合观测路线又 能保证前后视距相等；56780KDK)4.6桥涵变形监测数据整理桥涵变形监测需要及时整理以下图表资料： 桥梁墩台沉降观测汇总表； 涵洞沉降观测汇总表； 桥梁梁体徐变观测汇总表。5:高速铁路隧道基础沉降监测5.1隧道基础沉降监测的一般要求隧道主体工程完工后(即隧底和二次衬砌完成后)，变形观测期一般不应少于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。5.2观测断面的布设(1) 一

23、般情况下，川级围岩每 400m、W级围岩每300m、V级围岩每200m布设一 个观测断面。地应力较大，断层破碎带，膨胀土等不良和复杂地质区段适当加密布设。(2) 隧道洞口至分界里程范围内应至少布设一个观测断面。(3) 隧底工程完成后，每个观测断面在相应于两侧边墙处设一对沉降观测点(两侧水沟电缆槽未施工前，宜设置在隧底填充层顶面7080cm位置，施做后，最后移设到距盖板顶面以上50cm)。观测点的埋设参照桥墩身观测标进行埋设。5.3隧道变形观测点的埋设沉降观测工作开展前，根据设计图纸，对施工范围内所有观测断面进行统计，沉降变 形观测断面统计表的内容包括：断面序号、断面里程、观测元件的埋设数量，并

24、填写沉降观测断面、点布置统计表隧道二次衬砌完成后，根据监测断面的里程，将监测点埋设于在仰拱填充面距离水沟 电缆槽侧壁10Cm处，左右两侧各设一个点，同一断面共计设置 2个监测点。5.4隧道基础沉降观测的频次隧道基础沉降观测的频次不低于下表的规定，沉降稳定后可不再进行观测观测阶段观测频次观测期限观测周期隧底工程完成后3个月/1次/周无碴轨道铺设完成后3个月01个月1次倜13个月1次/2周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，直到工后沉降评估满足铺设无昨轨道要求为止。5.5隧道变形监测数据采集与整理5.5.1隧道变形监测数据采集1、测量精度要求：采用二等水准测量的技术要求

25、进行观测，沉降水准测量的测量精 度为士 1mm，高程取位至 0.1 mm。2、测量初始值获取隧底工程结束前埋好观测点，隧底工程结束后立即观测初始值。3、水准路线（1）短隧道隧底工程结束时隧道已经贯通，沉降观测时可通过隧道进出口两端的二 等水准点形成附合水准路线进行观测；（2） 长大隧道洞内的水准路线长，且在隧道贯通前不能构成附合水准线路，随开挖面的不断掘进，沉降观测工作也随之展开。鉴于长大隧道沉降观测的特殊性，洞口建立沉降观测网后，洞口先行结束隧底工程的段落以洞口沉降观测网为基准采用闭合水准路线 进行观测。当观测3个月后，对观测数据进行分析，若该区段隧道沉降已经收敛稳定，则后续区段以稳定区段的

26、水准点作基准点进行观测，随掘进和二衬的逐渐推进，依次类推。5.5.2隧道变形监测数据整理隧道变形观测资料的整理包括以下内容：(1) 采用统一的隧道沉降观测记录表格，做好观测数据的记录与整理，观测资料应齐全、 规范；(2) 及时绘制每个观测标志的荷载-时间一沉降曲线；(3) 及时整理隧道沉降观测汇总表。任务6:变形监测评估6.1变形监测评估单位工作流程偏制钱下程轨即变卅亠_评怙实施细则6.2变形监测评估内容高速铁路变形监测主要针对结构物垂直位移进行评估，主要内容有(1) 路基沉降板观测资料评估；(2) 沉降监测桩观测资料评估；(3) 剖面沉降管观测资料评估；(4) 承台、墩身沉降观测资料评估；(

27、5) 预应力梁梁体竖向徐变观测资料评估；(6) 涵洞沉降观测资料评估；隧道基础沉降观测资料评估。6.3沉降观测评估单元的划分评估单元的划分应结合线下工程的施工进展及CPIII测量评估统筹规划；密切结合轨道 板铺设施工组织设计进行划分；一般情况下，将评估时间接近的相邻路基、隧道、桥梁合并在一起作为一个评估单元.6.4路基沉降观测分析与评估6.4.1路基沉降观测分析评估要求 观测和调整期：在路基填筑完成或施加预压荷载后，应有 69个月观测和调整期，且需至少经过一 个雨季。观测数据不足以评估时，应继续观测。工后沉降评估不能满足设计要求时，应采取必要的加速或控制沉降措施。 动态分析绘制沉降与路堤填高及

28、时间的关系曲线，并与设计进行对比分析。 数据综合分析根据沉降变形观测数据，采用双曲线函数或指数函数法等进行综合分析，预测工后残余沉降，考虑列车动荷载作用下的累积塑性变形，推算地基最终沉降量； 对路基沉降变形预测评估完成后， 绘制区段或全线的沉降预测变形曲线，进行综合评估，分析评估工后沉降满足设计标准要求后方可铺设无碴轨道。6.4.2计算和实测沉降的比较略堤煎筑高度.米(1) 在此基础上估计各观测面的最终沉降。对每一路基工点应制作沉降计算和测定结果 比较表。(2) 比较计算的总沉降量与实测总沉降如果施工期观察到的沉降明显大于计算沉降量， 超过设计值20%及以上时，而且经过 检查排除测量仪器和人为

29、错误，可尽早检查修改设计，保证路基的工后沉降满足要求。643推导各观测断面沉降变形拟合曲线(预测曲线)(1) 为了尽可能准确的预测工后沉降，应对基床表层顶部(沉降观测桩或在超载预压时为沉降板)观测的沉降进行曲线拟合，曲线拟合一般以中心观测桩结果为主，路肩观 测桩为参考。对路基横断面不对称区段(例如基底地面横坡1: 5)应相应考虑路肩观测桩测定结果。(2) 拟合曲线的推导 在路堤完成填筑、安装沉降观测桩后，按规定的周期测定三个月后可根据三个月测 定的沉降观测结果推导第一个拟合曲线 S1(t); 根据这个沉降拟合曲线可外推(预测)六个月后的沉降 S1 (t=6个月)； 继续观测三个月，并检查第一次

30、预测结果是否合理； 然后根据总共六个月观测的结果推导第二个更接近时间的沉降拟合曲线S2 (t)，以这种方式不断逼近真实的路基变形发展。(3) 通常采用的沉降拟合曲线有以下几种 指数函数s(t)二s： 1 -ebt双曲函数644各观测断面工后沉降的预测(1) 在观测沉降三个月后(以完成路堤填筑埋设沉降观测桩为始点)，即完成第一个 拟合曲线推导后可进行第一次工后沉降预测。为了进行工后沉降预测，除了对路基工点各观测断面以迭代方式确定相应的沉降拟合 曲线s(t)外，还应根据具体施工组织计划确定以下时间点：预计铺设无碴轨道时间点T 0预定运营完成的时间点 T3 (60年)工后沉降sR (不包括交通荷载引起的附加沉降)由两部分组成，见图Sr 二 s T3 - T 0sst其中：s(T3-T0):为路基在铺轨后发生的沉降；s st:铺设无碴轨道结构自重发生的沉降，一般很小，影响深度很浅，而且完成较快。可根据传统方法计算确定。如果实测总沉降明显小于计算值可相应提高路基压缩模量 计算值。路基各工点每个观测断面的工后沉降可由 s