某輕軌高架橋保護區(qū)監(jiān)測重點分析及實踐

王鑫森，侯金波

(天津市勘察院，天津 300191)

1 引 言

輕軌作為城市軌道交通重要的組成部分，是改善城市交通狀況的一種有效載體，極大地方便了居民的出行，保障其結(jié)構(gòu)的安全進而保證線路的正常運營已成為日常維護工作的重中之重[1]。軌道交通管理部門一般將其地面車站和高架車站以及線路軌道外邊線外側(cè)30 m內(nèi)列為保護區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)進行施工作業(yè)需向有關(guān)部門提出申請并做好監(jiān)測工作。由于高架橋橋跨位置較高，而橋墩部位高度較低更便于安裝監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測單位通常只將橋墩作為監(jiān)測的重點，以橋墩變形情況描述整個高架結(jié)構(gòu)的變形。事實上該種監(jiān)測方案未考慮輕軌高架的結(jié)構(gòu)特性，對直接危及運營安全的橋跨結(jié)構(gòu)變形的重要性認(rèn)識不足。本文對輕軌高架橋梁結(jié)構(gòu)及其監(jiān)測重點進行了分析，并在某輕軌高架保護區(qū)進行了監(jiān)測實踐。

2 輕軌高架橋的基本結(jié)構(gòu)及其監(jiān)測重點

2.1 輕軌高架橋的基本結(jié)構(gòu)

輕軌高架橋按照其結(jié)構(gòu)特點可分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，如圖1所示，上部結(jié)構(gòu)通常由橋面鋪裝、橋跨、支座等部分組成，下部結(jié)構(gòu)由橋墩、橋臺、墩臺基礎(chǔ)組成[2]。

圖1 輕軌高架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 監(jiān)測重點分析

高架橋的橋跨與橋墩通過支座連接在一起，相對來說是一個靜定結(jié)構(gòu)而非超靜定結(jié)構(gòu)，因而不可將橋墩的變形等同于橋跨的變形[3]，需對上部橋跨及下部結(jié)構(gòu)橋墩分別進行觀測，以確保高架結(jié)構(gòu)的安全。

下部橋墩主要承受豎向載荷及墩側(cè)的水土壓力，其應(yīng)力狀態(tài)經(jīng)過長時間的平衡基本處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，且橋墩底部設(shè)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相對牢固，遇外力作用時抵抗變形的能力相對較好。而上部的橋跨不僅承受豎向載荷，還要承受列車運行帶來的動態(tài)荷載及其他載荷[4]。當(dāng)高架結(jié)構(gòu)附近存在樁基施工、地面卸載、荷載加載等情況時，橋墩附近的土層會受一定擾動[5]，橋墩在側(cè)向水土壓力的作用下，產(chǎn)生傾斜變形或不均勻沉降時，位于高處的橋跨變形則更為明顯，列車高速運行產(chǎn)生的動態(tài)荷載在一定程度上將加重橋跨的變形，一旦橋跨的變形超出了安全運營所能承受的極限狀況便會造成人員傷亡和財產(chǎn)損失等災(zāi)難性后果。因此應(yīng)將橋跨的直接監(jiān)測列為監(jiān)測工作的重中之重，同時觀測橋墩的沉降變化及傾斜情況作為補充。

為保證輕軌列車正常平穩(wěn)運行，需嚴(yán)格保證軌道的平順性。而軌道固定在橋跨之上，要保證其平順性則需對橋跨梁板間可能產(chǎn)生的相對錯動進行嚴(yán)密監(jiān)控。因此在對橋跨進行水平及豎向位移監(jiān)測以防橋跨傾覆的同時，需對梁板間垂直于軌道方向的橫向錯動(水平面內(nèi))及梁板間豎向錯動進行不間斷的高精度監(jiān)測。梁板間的軸向錯動因混凝土結(jié)構(gòu)熱脹冷縮效應(yīng)本身會隨外界氣溫變化產(chǎn)生較大的變形，在設(shè)計和施工過程中已通過梁板間的伸縮縫予以考慮，可不再對其進行重點監(jiān)測，只作為次要參考數(shù)據(jù)。

因此對輕軌高架橋應(yīng)進行以下幾方面的監(jiān)測：橋跨水平位移監(jiān)測、橋跨豎向位移監(jiān)測、梁板相對錯動(橫向)監(jiān)測、梁板相對錯動(豎向)監(jiān)測、橋墩沉降監(jiān)測、橋墩傾斜監(jiān)測。

3 工程實例概況與監(jiān)測方法

如圖2所示，某高速公路需下穿現(xiàn)有輕軌高架及高架北側(cè)的現(xiàn)狀道路，并將原現(xiàn)狀道路改造為立交橋形式，下穿公路中心線與現(xiàn)狀公路及輕軌高架線路的中心線夾角約為65°左右，同時在公路主線橋南北兩側(cè)還有兩座人行天橋在施工，其中靠近輕軌高架的人行天橋以及下穿路段和高架橋均在保護區(qū)內(nèi)，其樁基作業(yè)施工均采用泥漿護壁反循環(huán)鉆孔工藝，以盡量減少對原位土層的擾動。在施工期間，需對輕軌高架進行監(jiān)測以保證輕軌運營安全。

為此在施工影響范圍內(nèi)5段橋跨的外邊沿位置，布設(shè)水平(兼用作豎向)位移監(jiān)測點共22個，相鄰橋跨間的錯動監(jiān)測點4組，橋墩沉降監(jiān)測點16個，并在每個橋墩的兩個垂直面上各布設(shè)一個傾斜監(jiān)測點共32個，布設(shè)示意如圖3、圖4所示。其中橋跨水平(豎向)位移監(jiān)測點采用TS30全站儀進行定期觀測，精度可達 0.1 mm；相鄰橋跨的錯動采用三向位移計進行全天候自動化監(jiān)測，精度為 0.01 mm級；橋墩沉降采用 0.1 mm級高精度靜力水準(zhǔn)儀24小時監(jiān)測；橋墩傾斜采用傾斜儀雙向正交布設(shè)，進行自動化監(jiān)測，儀器分辨率為0.6′。

圖2 輕軌高架與周邊施工位置關(guān)系圖

圖3 監(jiān)測設(shè)備布設(shè)示意圖

4 主要監(jiān)測成果分析

本項目監(jiān)測自2016年7月初開始至2017年10月末結(jié)束，周邊施工主要集中在當(dāng)年9月至次年5月。監(jiān)測期間，橋跨水平、豎向位移達到的最大變化量分別為 -1.30 mm、-1.07 mm，梁板相對錯動(橫向、豎向)達到的最大值分別為 2.75 mm、 2.69 mm，橋墩最大沉降量為 -2.46 mm。至監(jiān)測結(jié)束，橋跨水平位移的累計變化量最大為 -0.59 mm，豎向位移 -0.42 mm，梁板相對錯動累計變化量最大分別為橫向 1.76 mm、豎向 -1.31 mm，橋墩最大沉降量為 -1.67 mm，均有一定程度回落且基本趨于穩(wěn)定，橋墩傾斜在整個觀測期間無明顯變化。由于傾斜儀存在一定的系統(tǒng)誤差和偶然誤差，而橋墩本身的變形值相對系統(tǒng)誤差和偶然誤差的疊加值來說很小，導(dǎo)致觀測結(jié)果一定程度上大于變形值，從而掩飾了其本身的變形規(guī)律[6]，對此只需保證疊加誤差的量級小于監(jiān)測限差或預(yù)警值[7，8]要求即可滿足監(jiān)測需要。主要監(jiān)測項目的變化曲線如圖5所示。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，輕軌高架結(jié)構(gòu)基本處于安全可控的狀態(tài)，施工單位采用反循環(huán)泥漿護壁灌注樁施工工藝有效地減少了施工對原位土層的擾動，但樁基施工、坑槽開挖、上部結(jié)構(gòu)安裝加載等對高架結(jié)構(gòu)仍產(chǎn)生了輕度的擾動，再加上工序銜接過慢(實際工期遠超計劃工期)，大型坑槽長時間暴露未回填，也一定程度助長了高架結(jié)構(gòu)的變形。監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化量-時間曲線直觀地反映了外部施工對監(jiān)測對象的影響程度及其變化進程，其中橋跨監(jiān)測項的數(shù)據(jù)曲線和橋墩監(jiān)測項的數(shù)據(jù)曲線表現(xiàn)出了非完全一致的變化規(guī)律，即在整個監(jiān)測周期內(nèi)橋墩監(jiān)測項的數(shù)據(jù)持續(xù)平穩(wěn)，無短期內(nèi)的明顯波動，而橋跨監(jiān)測數(shù)據(jù)在施工密集發(fā)生時則反映出明顯的變形情況，直到密集施工期結(jié)束，這與本文對高架結(jié)構(gòu)監(jiān)測重點的分析相吻合。

圖5監(jiān)測周期內(nèi)各項數(shù)據(jù)的變化量-時間曲線圖

5 結(jié) 語

(1)輕軌高架橋的監(jiān)測應(yīng)對橋跨及橋墩分別進行監(jiān)測，通過監(jiān)測橋跨水平及豎向位移以分析其傾覆的危險程度，通過監(jiān)測梁板間的橫向與豎向錯動以顯示相鄰橋跨的變形情況，間接反映軌道的平順性，并以橋墩的沉降和傾斜監(jiān)測作為補充，二者綜合分析以確保運營安全。

(2)監(jiān)測結(jié)果表明梁板間的相對錯動較其他監(jiān)測項目的變形更為明顯，而減少梁板間的相對錯動對列車運行安全具有極其重要的意義，應(yīng)對其變化情況引起足夠的重視。

(3)在施工過程中應(yīng)采用各種合理的工藝以減少施工對輕軌高架結(jié)構(gòu)的影響，同時合理安排工序及工期計劃，避免施工中間歇時間過長，以減少由此帶來的不利影響。

(4)輕軌高架結(jié)構(gòu)對于周邊的環(huán)境變化較為敏感，在施工過程中對于坑槽開挖應(yīng)嚴(yán)格按照開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖的基本原則進行。