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[摘 要]随着铁路网的建设规模日益增大，铁路沿线的管理压力也日趋增大，因为非法抽取地下水或违规在线路影响范围内挖填土引起铁路工程沿线的局部地面沉降或偏移，进而直接引起线桥结构物的形变，间接影响到线路上的行车安全。本文以某铁路工程为例，介绍了在线桥结构物局部发生变形时沉降监测方案的具体设计过程，从监测网的施测、监测内容的确定、具体监测精度的确定等多个方面，对局部变形监测方案制定的要点进行阐述，对监测方案中具体监测内容进行设计，为此类工程问题发生时，监测方案的制定提供借鉴和参考。
[关键词]变形监测 方案设计 铁路工程
中图分类号：TP109 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0360-04
1.引言
随着在建铁路及运营铁路不断增加，线路沿线的监督管理难度也越来越大，非法抽取用地下水或违规在线路影响范围内进行挖填土引起线路沿线地段发生局部沉降或偏移，进而引起线桥结构物的变形，间接影响到线路上的行车安全。一旦铁路工程局部范围发生了形变，就需要采取切实有效的整治措施将影响程度降到最低，同时进行变形监测工作，线桥结构物的变形监测数据是分析研究变形趋势和对线桥结构物进行安全评估的重要基础资料，制定切实有效的监测方案，对变形发生范围内构筑物进行监测，是提供真实有效观测数据的重要保证。本文以某铁路工程为例，介绍了线路局部因违法工程施工而引起线路形变时的监测方案设计，为应急工程的监测方案制定提供借鉴和参考。
2.监测情况说明
某铁路工程，因为线路左侧近距离剥采、区域填土无序引起线路工程周围地层应力和土压力的不利变化，以及回填单层厚度大、未按设计要求对回填土进行压实，造成线桥结构物发生一定程度的偏移。虽然既有桥隧结构整体安全，但为了探求进一步的整治方案和持续关注后期桥隧结构物偏移发展情况，需要开展一定时期的变形监测工作。
3.监测方案制定前期准备
3.1对既有资料的分析和解读
首先需要对既有的资料进行分析，对设计资料、施工监测资料、沉降评估资料、施工控制网复测资料等数据进行统计分析，确定变形范围、形变大小、变形趋势等。
3.2监测资料的确定流程
通过对既有资料的分析，同时沿线进行现场调查，确定可能存在的影响因素，由建设或管理单位召集设计、施工、监理等相关单位，必要的情况下组织专家会，在充分分析既有资料的基础上，进一步研究确定需要监测的内容，确定各项监测单项的监测范围、执行精度、作业周期等，同时结合线桥结构物的设计资料，确定变形监测方案中需要重点涉及的监测内容。
4.监测方案的制定
4.1主要的作业技术依据
①《铁路工程测量规范》（TB 10101-2009）；
②《高速铁路工程测量规范》（TB 10601-2009）；
③《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）；
④《工程测量规范》（GB 50026-2007）；
⑤《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）。
4.2坐标系设计
坐标系设计分为两种：监测范围内的独立坐标系和施工建设期一致的施工工程坐标系，其中施工工程坐标系与既有资料对接，独立坐标系是为了便于计算，同时避免起算资料系统误差的影响，提高监测成果的相对精度。
4.3既有控制网的延续性复测
为了与既有资料进行衔接，对既有控制网（一般包括基础平面控制网CPⅠ、线路平面控制网CPⅡ、高程控制网、轨道控制网CPⅢ等），按照控制网复测技术设计方案进行周期性复测，复测频次按照监测需求（主要是考虑变形量的大小、趋势和应急保障措施对基础数据的时效性）需要在既有的观测频次基础上进行加密，从而通过延续观测，获取连续数据，通过对控制网历次复测数据的分析，确定铁路工程线桥结构物变形的发展趋势并评价安全性，必要的情况下，为施工维修提供基础数据。
4.4变形监测基准网测量
为了得到高精度的监测数据，需要根据监测范围及监测要求，布设变形监测基准网，为变形监测点提供基础的起算数据，基准网测量要求主要有以下4个方面：
①精度要求：垂直位移监测按照《工程测量规范》变形等级三等精度执行，水平位移监测按照變形等级二等精度执行，具体精度指标见表1。
②监测网型布设：由基准点、工作基点、变形观测点组成。基准点、工作基点要求建立在沉降变形区以外便于长期保存的稳定地区，同时联测既有控制网中的控制点。
③平面位移基准网的测量精度要求：平面基准网一般采用全站仪观测按照《工程测量规范》（GB 50026-2007）二等水平位移监测网技术要求观测，其主要技术要求见表2。
4.5 构筑物变形监测
（1）桥墩变形监测
桥墩平面位移监测采用全站仪双测站极坐标观测法，每个观测点至少有2个观测方向，水平位移监测点点位中误差应小于±3.0mm，且坐标较差或两次测量较差小于4mm。
沉降监测点采用电子水准仪，按照国家二等水准测量方法和精度进行测量。
桥墩倾斜监测可以采用倾角计自动化监测，同时使用全站仪测量数据进行比对验证。
（2）结构裂缝变形监测
根据铁路工程变形范围内结构物类型确定监测内容，裂缝观测点分别布设在裂缝的最宽处和裂缝的末端。裂缝的宽度和深度量测采用专用量测设备进行，宽度量测精度至0.01mm，深度量测至0.1mm。具体监测内容如下：
①隧道洞内裂缝监测：对隧道内衬砌、仰拱填充、轨道板等裂缝进行记录，对裂缝情况进行必要的描述，留存相关照片（照片编号与裂缝序号对应）。 ②桥墩裂缝监测：对每个桥墩、桥台裂缝数量、走向、宽度、深度及长度情况进行描述，记录裂缝的特征并编号，并留存照片（照片编号与裂缝序号对应）。
③梁缝监测：梁缝的量测采用小钢尺等专用工具进行，量测精度至1mm，形成记录台账及各期对比表。
④梁体支座监测：定期观察支座的完整性，观测支座的指针偏向，并读数记录。
（3）铁路轨道几何状态检测
线下基础的变形可能引起轨道几何状态的变化，造成轨道静态、动态不平顺，危及行车安全。因此，应对轨道静态几何状态需要按照一定频次进行检测，检测内容如下：
①利用轨检小车等检测设备沿线路逐点对轨距、水平、高低、轨向、三角坑（扭曲）等线路轨道静态几何尺寸进行检查。②利用轨检车定期轨道动态局部不平顺进行检查，检查内容包括轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动加速度等七项动检数据。
4.6其他监测工作
（1）地表变形监测
地表变形监测采用全站仪双测站极坐标观测法进行平面位移监测，监测网每个观测点至少有2个观测方向，水平位移监测点点位中误差应小于±3.0mm，且坐标较差或两次测量较差小于4mm；垂直位移监测采用电子水准仪，按照国家二等水准精度进行沉降监测。
（2）土体的深层侧向位移监测
土体深层侧向位移监测，可以采用专业的自动化监测仪器对偏移区进行深层土体侧向位移监测，以掌握偏移区不同时间和阶段的变形状态变形规律。
土体的深层侧向位移监测需要注意一下3点：
①监测剖面的布置：按照设计的监测剖面进行布孔，安装深部位移监测设施，形成监测网对偏移区进行定期的变形观测。
②监测深度的设定：监测孔深度一般由线桥结构物的桩基深度决定，监测深度控制在桩基础底部以下不小于2m。
③监测设备要求：深层侧向位移自动化监测传感器可以参考表4的技术要求。
4.7 监测周期、频次
监测周期和频次需要根据项目实际情况确定，根据变形发生的范围大小、线桥结构物变形量及变化趋势、线路结构物的结构特点等因素，经多方（设计、施工、建设或管理等）研究确定。
4.8 监测成果分析和信息反馈
监测工作严格按技术方案规定内容及频次开展监测工作，对各期监测数据及时对比分析计算累积变化值，并绘制时程曲线，预测发展趋势。
监测成果包括现场监测资料、计算分析资料、图表、曲线、文字报告，成果资料应完整、清晰、签字齐全。现场监测资料还应包括外业观测记录、现场巡查记录、照片及视频等电子数据资料。在监测过程中发现变形时或变形速率突然增大时，监测单位应立即开展复测确认，并上报主管单位分析研究，根据研究结果采取必要的措施。
5.结束语
铁路工程的线桥结构物稳定性至关重要，特别是营运线路，直接关乎行车安全，在发现铁路工程局部线路结构发生变形时，需要立即采取相应的整治措施，同时开展相应的变形监测工作。变形监测方案设计需要以项目实际出发，根据既有变形情况分析形变原因的同时，多方研究确定监测内容，根据监测内容确定适宜的监测手段和监测精度，力求做到监测费用合理、监测内容全面、监测数据有效。通过不间断的定期监测，为线桥结构物的安全评估提供基础数据，必要时为线路病害整治提供数据支撑。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ8-2016建筑变形测量规范[S].中国建筑工业出版社，2016
[2]中华人民共和国铁道部.TB10601-2009高速铁路工程测量规范[S].中国铁道出版社，2009
[3]中华人民共和国建设部.GB50026-2007工程测量规范[S].中国计划出版社，2007
[4]高小六.高铁路基沉降监测的布设方案和技术应用研究[J].电子制作，2014（14）
[5]周金国，崔书珍，朱成飞.高速鐵路路基运营维护沉降监测技术设计研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2016（02）
[6]周访滨，赵建三，唐平英.智能型全站仪在桥梁变形监测中的应用及精度分析[J].中外公路，2008（03）
[7]何秀凤.变形监测新方法及其应用[M].科学出版社，2007
[8]王玉泽，王森荣.高速铁路无砟轨道监测技术[J].铁道标准设计.2015（08）
[9]付恒友，刘成龙.高速铁路轨道基准网测量技术深化研究[J].铁道工程学报，2014（04）
[10]冯谦，徐学勇，吴天鹏.铁路地表变形自动监测技术及其工程应用.中国测试[J]，2013（9）
[11]李国和，孙树礼，许再良，张建民.地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响及对策[J].铁道工程学报，2008（04）
[12]王俊丰，花向红.高铁沉降监测网点稳定性判断指标研究[J].测绘地理信息，2014（06）
作者简介
徐明伟（1982—），男，高级工程师，注册测绘师，2005年毕业于西南交通大学测绘工程专业，学士学位
基金项目
中国铁路设计集团有限公司基金支撑项目（721792）
[关键词]变形监测 方案设计 铁路工程
中图分类号：TP109 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0360-04
1.引言
随着在建铁路及运营铁路不断增加，线路沿线的监督管理难度也越来越大，非法抽取用地下水或违规在线路影响范围内进行挖填土引起线路沿线地段发生局部沉降或偏移，进而引起线桥结构物的变形，间接影响到线路上的行车安全。一旦铁路工程局部范围发生了形变，就需要采取切实有效的整治措施将影响程度降到最低，同时进行变形监测工作，线桥结构物的变形监测数据是分析研究变形趋势和对线桥结构物进行安全评估的重要基础资料，制定切实有效的监测方案，对变形发生范围内构筑物进行监测，是提供真实有效观测数据的重要保证。本文以某铁路工程为例，介绍了线路局部因违法工程施工而引起线路形变时的监测方案设计，为应急工程的监测方案制定提供借鉴和参考。
2.监测情况说明
某铁路工程，因为线路左侧近距离剥采、区域填土无序引起线路工程周围地层应力和土压力的不利变化，以及回填单层厚度大、未按设计要求对回填土进行压实，造成线桥结构物发生一定程度的偏移。虽然既有桥隧结构整体安全，但为了探求进一步的整治方案和持续关注后期桥隧结构物偏移发展情况，需要开展一定时期的变形监测工作。
3.监测方案制定前期准备
3.1对既有资料的分析和解读
首先需要对既有的资料进行分析，对设计资料、施工监测资料、沉降评估资料、施工控制网复测资料等数据进行统计分析，确定变形范围、形变大小、变形趋势等。
3.2监测资料的确定流程
通过对既有资料的分析，同时沿线进行现场调查，确定可能存在的影响因素，由建设或管理单位召集设计、施工、监理等相关单位，必要的情况下组织专家会，在充分分析既有资料的基础上，进一步研究确定需要监测的内容，确定各项监测单项的监测范围、执行精度、作业周期等，同时结合线桥结构物的设计资料，确定变形监测方案中需要重点涉及的监测内容。
4.监测方案的制定
4.1主要的作业技术依据
①《铁路工程测量规范》（TB 10101-2009）；
②《高速铁路工程测量规范》（TB 10601-2009）；
③《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）；
④《工程测量规范》（GB 50026-2007）；
⑤《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）。
4.2坐标系设计
坐标系设计分为两种：监测范围内的独立坐标系和施工建设期一致的施工工程坐标系，其中施工工程坐标系与既有资料对接，独立坐标系是为了便于计算，同时避免起算资料系统误差的影响，提高监测成果的相对精度。
4.3既有控制网的延续性复测
为了与既有资料进行衔接，对既有控制网（一般包括基础平面控制网CPⅠ、线路平面控制网CPⅡ、高程控制网、轨道控制网CPⅢ等），按照控制网复测技术设计方案进行周期性复测，复测频次按照监测需求（主要是考虑变形量的大小、趋势和应急保障措施对基础数据的时效性）需要在既有的观测频次基础上进行加密，从而通过延续观测，获取连续数据，通过对控制网历次复测数据的分析，确定铁路工程线桥结构物变形的发展趋势并评价安全性，必要的情况下，为施工维修提供基础数据。
4.4变形监测基准网测量
为了得到高精度的监测数据，需要根据监测范围及监测要求，布设变形监测基准网，为变形监测点提供基础的起算数据，基准网测量要求主要有以下4个方面：
①精度要求：垂直位移监测按照《工程测量规范》变形等级三等精度执行，水平位移监测按照變形等级二等精度执行，具体精度指标见表1。
②监测网型布设：由基准点、工作基点、变形观测点组成。基准点、工作基点要求建立在沉降变形区以外便于长期保存的稳定地区，同时联测既有控制网中的控制点。
③平面位移基准网的测量精度要求：平面基准网一般采用全站仪观测按照《工程测量规范》（GB 50026-2007）二等水平位移监测网技术要求观测，其主要技术要求见表2。
4.5 构筑物变形监测
（1）桥墩变形监测
桥墩平面位移监测采用全站仪双测站极坐标观测法，每个观测点至少有2个观测方向，水平位移监测点点位中误差应小于±3.0mm，且坐标较差或两次测量较差小于4mm。
沉降监测点采用电子水准仪，按照国家二等水准测量方法和精度进行测量。
桥墩倾斜监测可以采用倾角计自动化监测，同时使用全站仪测量数据进行比对验证。
（2）结构裂缝变形监测
根据铁路工程变形范围内结构物类型确定监测内容，裂缝观测点分别布设在裂缝的最宽处和裂缝的末端。裂缝的宽度和深度量测采用专用量测设备进行，宽度量测精度至0.01mm，深度量测至0.1mm。具体监测内容如下：
①隧道洞内裂缝监测：对隧道内衬砌、仰拱填充、轨道板等裂缝进行记录，对裂缝情况进行必要的描述，留存相关照片（照片编号与裂缝序号对应）。 ②桥墩裂缝监测：对每个桥墩、桥台裂缝数量、走向、宽度、深度及长度情况进行描述，记录裂缝的特征并编号，并留存照片（照片编号与裂缝序号对应）。
③梁缝监测：梁缝的量测采用小钢尺等专用工具进行，量测精度至1mm，形成记录台账及各期对比表。
④梁体支座监测：定期观察支座的完整性，观测支座的指针偏向，并读数记录。
（3）铁路轨道几何状态检测
线下基础的变形可能引起轨道几何状态的变化，造成轨道静态、动态不平顺，危及行车安全。因此，应对轨道静态几何状态需要按照一定频次进行检测，检测内容如下：
①利用轨检小车等检测设备沿线路逐点对轨距、水平、高低、轨向、三角坑（扭曲）等线路轨道静态几何尺寸进行检查。②利用轨检车定期轨道动态局部不平顺进行检查，检查内容包括轨距、水平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动加速度等七项动检数据。
4.6其他监测工作
（1）地表变形监测
地表变形监测采用全站仪双测站极坐标观测法进行平面位移监测，监测网每个观测点至少有2个观测方向，水平位移监测点点位中误差应小于±3.0mm，且坐标较差或两次测量较差小于4mm；垂直位移监测采用电子水准仪，按照国家二等水准精度进行沉降监测。
（2）土体的深层侧向位移监测
土体深层侧向位移监测，可以采用专业的自动化监测仪器对偏移区进行深层土体侧向位移监测，以掌握偏移区不同时间和阶段的变形状态变形规律。
土体的深层侧向位移监测需要注意一下3点：
①监测剖面的布置：按照设计的监测剖面进行布孔，安装深部位移监测设施，形成监测网对偏移区进行定期的变形观测。
②监测深度的设定：监测孔深度一般由线桥结构物的桩基深度决定，监测深度控制在桩基础底部以下不小于2m。
③监测设备要求：深层侧向位移自动化监测传感器可以参考表4的技术要求。
4.7 监测周期、频次
监测周期和频次需要根据项目实际情况确定，根据变形发生的范围大小、线桥结构物变形量及变化趋势、线路结构物的结构特点等因素，经多方（设计、施工、建设或管理等）研究确定。
4.8 监测成果分析和信息反馈
监测工作严格按技术方案规定内容及频次开展监测工作，对各期监测数据及时对比分析计算累积变化值，并绘制时程曲线，预测发展趋势。
监测成果包括现场监测资料、计算分析资料、图表、曲线、文字报告，成果资料应完整、清晰、签字齐全。现场监测资料还应包括外业观测记录、现场巡查记录、照片及视频等电子数据资料。在监测过程中发现变形时或变形速率突然增大时，监测单位应立即开展复测确认，并上报主管单位分析研究，根据研究结果采取必要的措施。
5.结束语
铁路工程的线桥结构物稳定性至关重要，特别是营运线路，直接关乎行车安全，在发现铁路工程局部线路结构发生变形时，需要立即采取相应的整治措施，同时开展相应的变形监测工作。变形监测方案设计需要以项目实际出发，根据既有变形情况分析形变原因的同时，多方研究确定监测内容，根据监测内容确定适宜的监测手段和监测精度，力求做到监测费用合理、监测内容全面、监测数据有效。通过不间断的定期监测，为线桥结构物的安全评估提供基础数据，必要时为线路病害整治提供数据支撑。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ8-2016建筑变形测量规范[S].中国建筑工业出版社，2016
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[4]高小六.高铁路基沉降监测的布设方案和技术应用研究[J].电子制作，2014（14）
[5]周金国，崔书珍，朱成飞.高速鐵路路基运营维护沉降监测技术设计研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2016（02）
[6]周访滨，赵建三，唐平英.智能型全站仪在桥梁变形监测中的应用及精度分析[J].中外公路，2008（03）
[7]何秀凤.变形监测新方法及其应用[M].科学出版社，2007
[8]王玉泽，王森荣.高速铁路无砟轨道监测技术[J].铁道标准设计.2015（08）
[9]付恒友，刘成龙.高速铁路轨道基准网测量技术深化研究[J].铁道工程学报，2014（04）
[10]冯谦，徐学勇，吴天鹏.铁路地表变形自动监测技术及其工程应用.中国测试[J]，2013（9）
[11]李国和，孙树礼，许再良，张建民.地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响及对策[J].铁道工程学报，2008（04）
[12]王俊丰，花向红.高铁沉降监测网点稳定性判断指标研究[J].测绘地理信息，2014（06）
作者简介
徐明伟（1982—），男，高级工程师，注册测绘师，2005年毕业于西南交通大学测绘工程专业，学士学位
基金项目
中国铁路设计集团有限公司基金支撑项目（721792）