京石客专运营期精测网复测及结构变形监测介绍
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1、项目背景

1.1 京石客专概况

京石客运专线,是中国四纵四横客运专线网络中京广客运专线的组成部份,正线全长281公里,其中京石客专正线大、特大桥54座计224公里;隧道15公里;路基6054公里。设计速度350公里/小时,初期运营最高速度310公里/小时,投资估算总额为438.7亿元,共设北京西站涿州东站高碑店东站保定东站定州东站正定机场站石家庄新客站7个车站。2008107日开工建设,2012725日,京石客运专线全线铺轨完成,初期运行最高速度为310公里/小时,20121226日正式通车。

为保证京石客专运营期间安全性与平顺性,实施精测网复测及沉降监测工作,对高速铁路工程测量控制网CP0CPICPⅡ、CPⅢ及线路水准基点控制网进行复测,以保证精测网的高精度和可靠性。对京石客专在运营期实施沉降监测对其运营的安全、舒适性,以及线路的维护有重要意义。

2、技术方案简介

2.1 运营期精测网复测

2.1.1水准基点复测

2.1.1.1精度指标

高程控制网复测数据处理与评定指标执行表2.1.1-1的要求。

2.1.1-1水准测量精度要求表(mm

水准测量

   

每千米水准测量偶然中误差M

每千米水准测量全中误差MW

       

检测已测段高差之差

往返测不符值

附合路线或环线闭合差

二等水准

1.0

2.0

6

4

4

注:表中L为往返测段、附合或环线的水准路线长度,单位km

2.1.1.2数据处理

a)    外业高差数据采集完成后,利用随机软件进行数据传输和预处理;

b)    测段往返测高差不符值计算,各段水准测量往返测高差不符值均满足4的要求;

c)    计算整个水准线路的偶然中误差;

d)    复测高差与原测高差比较计算,如果高差较差不超过的限差,说明该测段点间相对稳定。

2.1.2 CPⅢ高程控制网复测

CPⅢ高程复测采用的网形和精度指标与原测相同。CPⅢ点复测与原测成果的高程较差≤±3mm,且相邻点的复测高差与原测高差较差≤±2mm时,采用原测成果。较差超限时应分析判断超限原因,确认复测成果无误后,应对超限的CPⅢ点采用同级扩展方式更新成果。

当桥面与地面间高差大于3m,线路水准基点高程直接传递到桥面CPⅢ控制点上困难时,可采用不量仪器高和棱镜高的中间设站三角高程测量法传递。高程传递应进行两组独立观测,两个组高差较差不应大于2mm,满足限差要求后,取两组高差平均值作为传递高差。

2.1.2.1 外业测量

京石项目部CPⅢ高程控制网复测采用几何水准测量方案,CPⅢ控制点水准测量矩形环单程水准网构网观测。CPⅢ水准网与(加密)线路水准基点联测时,按精密水准测量要求进行往返观测。

外业测量时,左边第一个闭合环的四个高差由两个测站完成,其他闭合环的三个高差由一个测站按照后---后或前---前的顺序测量。

CPⅢ控制网水准测量应对相邻4CPⅢ点所构成的水准闭合环进行环闭合差检核,相邻CPⅢ点的水准环闭合差不得大于1mm

由于作业基本在夜间进行,在水准尺上安置自动照明设备,如采用LED设备。

2.1.2.2 数据处理

CPⅢ高程网外业观测成果的质量评定与检核的内容包括:测站数据检核、水准路线数据检核,当CPⅢ水准网的环数超过20个时还要进行每千米水准测量的高差全中误差的计算。CPⅢ高程网内业平差计算和基础控制资料的选用满足下列原则:

1CPⅢ高程网水准测量的外业观测数据全部合格后,方可进行内业平差计算;

2CPⅢ高程网采用联测的稳定线路水准基点的高程作为起算数据进行固定数据平差计算。平差后的各项精度指标满足下表规定。

2.1.2-1 CPⅢ自由测站三角高程测量平差后的精度指标

高差改正数

高差观测值的中误差

高程中误差

平差后相邻高差中误差

1mm

0.5mm

2mm

0.5mm


2.2 运营期结构变形监测

建设期间与运营期间荷载的性质变化、监测环境的变化、监测重点与范围的变化、以及监测目的及服务对象的变化决定了运营期间沉降变形监测与建设期间沉降变形监测在技术路线上的差异。但在监测测点的设置上,运营期的沉降变形监测测点应尽可能利用既有的建设期保留下的测点,需要重新埋设测点时也应尽量在建设时期设置测点的附近布置,以便建设期和运营期沉降曲线分析保持延续性,从而有利于沉降趋势和规律的验证。

京石客专建设阶段沉降变形监测方式以二等水准观测为模板,采用的精度指标也参照二等水准测量标准。

2.2.1 重点监测区段划分

结合京石客专线下工程特点及评估状况,根据构筑物变形特点和工点的重要性,确定京石客专运营期沉降重点监测区域。

在运营阶段检查发现的异常地形地段(如出现边坡溜坍、轨道支撑层与路基间出现脱缝、桥台台尾路基与桥台间存在脱缝、水沟等附属构筑物存在变形等地段)也将作为重点监测区域。

运营期间监测区域的选取应结合动、静态检测数据资料。当列车动检数据显示该区段平顺性较差或出现他异常时,应将此区段增补为重点监控段落。

根据工程、地质特点及沉降特性,为节约沉降监测成本,使运营期间沉降变形监测高效、完善,确保运营安全与舒适,对于重点监测区域附近工程实施延伸性监测,即当重点监测区域沉降变形活跃并接近或达到预警值时,在其附近延伸区段增设测点并开始实施沉降变形监测,否则不需监测。

2.2.2 路基结构变形监测方案

2.2.2.1观测频次

根据《高速铁路运营沉降监测管理办法》的要求,重点路基区段运营初期监测频次为每年十五次,可根据沉降情况适时调整观测周期。

2.2.2.2测点布设与监测技术

路基段运营结构变形监测尽可能利用线下现有的沉降观测标志。路基沉降板反映的是路基基底沉降,尤其需要重视,监测中应重点观测以监控、检测路基基底沉降量。

综合考虑监测频次、监测成本及天窗时间等相关问题,路基监测段面采用二等水准测量方法进行测量。具体观测时,以隔离区内方便到达的二等水准点(加密水准点)或CP控制点为基准控制点,以线路中心沉降板为主线路,两侧路肩观测桩进行间视测量。同时,考虑路基段的安全性要求(高压电网)及夜间观测环境,用于夜间观测的水准仪及水准尺必须经过改进以适应观测环境。观测水准路线如图2.2.2-1

2.2.2-1路基段水准观测路线示意图

2.2.3桥梁结构变形监测方案

2.2.3.1观测频次

根据《高速铁路运营沉降监测管理办法》的要求,重点桥梁区段运营初期监测频次为每年十五次,可根据沉降情况适时调整观测周期。

2.2.3.2 测点布设与监测技术

桥梁运营沉降监测以下部结构墩身的沉降为主,充分沿用线下工程变形监测的观测标志。

桥梁段观测标志布置于墩身上,其沉降监测同铁路运营之间的相互影响较小,测量作业时间不受维护天窗时间限制,因此可灵活选择作业时间。选用建设阶段的观测标志进行测量保证了运营阶段数据可同线下沉降观测数据相联系,以便于从整体上对桥梁观测数据进行分析。因此,桥梁段落采用传统的二等水准观测方法进行观测。


3、特点总结

京石客运专线运营期结构变形监测有如下特点:

1、灵活性强:经过多种方式论证,最终采用以常规二等水准监测为模板改进而来的路基、桥梁和冻胀结构变形监测,实际测量中遇到较难施测的情况,还可以灵活调节。除了观测方式的灵活性外,观测频次也可以根据观测数据情况、沉降季节性规律适当调整,保证变形监测的精度。

2、测量精度高:线下水准点复测及结构变形监测采用二等水准测量技术,CP高程控制网复测采用精密测量技术,测量精度高,技术人员要求严格,采用高精度的测量仪器设备,严格按照相关规范要求进行施测。

3、观测周期长,针对性强:京石沉降变形观测项目前后持续进行了3年,并且还要继续进行观测,观测周期长;主要针对重点监测段落进行观测,对普通段落观测频次低或者不观测,针对性较强。正是由于观测周期长,针对性强,才能更加准确的把握运营期结构变形规律,为运营维护单位的日常维护提供科学支持。