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(jìn)而保證線路的正常運(yùn)營已成為日常維護(hù)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(hù)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)需向有關(guān)部門提出申請(qǐng)并做好監(jiān)測(cè)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(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)單位通常只將橋墩作為監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，以橋墩變形情況描述整個(gè)高架結(jié)構(gòu)的變形。事實(shí)上該種監(jiān)測(cè)方案未考慮輕軌高架的結(jié)構(gòu)特性，對(duì)直接危及運(yùn)營安全的橋跨結(jié)構(gòu)變形的重要性認(rèn)識(shí)不足。本文對(duì)輕軌高架橋梁結(jié)構(gòu)及其監(jiān)測(cè)重點(diǎn)進(jìn)行了分析，并在某輕軌高架保護(hù)區(qū)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)實(shí)踐。

2 輕軌高架橋的基本結(jié)構(gòu)及其監(jiān)測(cè)重點(diǎn)

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(diǎn)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(tái)、墩臺(tái)基礎(chǔ)組成[2]。

圖1 輕軌高架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 監(jiān)測(cè)重點(diǎn)分析

高架橋的橋跨與橋墩通過支座連接在一起，相對(duì)來說是一個(gè)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(duì)上部橋跨及下部結(jié)構(gòu)橋墩分別進(jìn)行觀測(cè)，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(shí)間的平衡基本處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，且橋墩底部設(shè)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相對(duì)牢固，遇外力作用時(shí)抵抗變形的能力相對(duì)較好。而上部的橋跨不僅承受豎向載荷，還要承受列車運(yùn)行帶來的動(dòng)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(shí)，橋墩附近的土層會(huì)受一定擾動(dòng)[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(shí)，位于高處的橋跨變形則更為明顯，列車高速運(yùn)行產(chǎn)生的動(dòng)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(yùn)營所能承受的極限狀況便會(huì)造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等災(zāi)難性后果。因此應(yīng)將橋跨的直接監(jiān)測(cè)列為監(jiān)測(cè)工作的重中之重，同時(shí)觀測(cè)橋墩的沉降變化及傾斜情況作為補(bǔ)充。

為保證輕軌列車正常平穩(wěn)運(yùn)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(duì)橋跨梁板間可能產(chǎn)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。因此在對(duì)橋跨進(jìn)行水平及豎向位移監(jiān)測(cè)以防橋跨傾覆的同時(shí)，需對(duì)梁板間垂直于軌道方向的橫向錯(cuò)動(dòng)(水平面內(nèi))及梁板間豎向錯(cuò)動(dòng)進(jìn)行不間斷的高精度監(jiān)測(cè)。梁板間的軸向錯(cuò)動(dòng)因混凝土結(jié)構(gòu)熱脹冷縮效應(yīng)本身會(huì)隨外界氣溫變化產(chǎn)生較大的變形，在設(shè)計(jì)和施工過程中已通過梁板間的伸縮縫予以考慮，可不再對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，只作為次要參考數(shù)據(jù)。

因此對(duì)輕軌高架橋應(yīng)進(jìn)行以下幾方面的監(jiān)測(cè)：橋跨水平位移監(jiān)測(cè)、橋跨豎向位移監(jiān)測(cè)、梁板相對(duì)錯(cuò)動(dòng)(橫向)監(jiān)測(cè)、梁板相對(duì)錯(cuò)動(dòng)(豎向)監(jiān)測(cè)、橋墩沉降監(jiān)測(cè)、橋墩傾斜監(jiān)測(cè)。

3 工程實(shí)例概況與監(jiān)測(cè)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(shí)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(hù)區(qū)內(nèi)，其樁基作業(yè)施工均采用泥漿護(hù)壁反循環(huán)鉆孔工藝，以盡量減少對(duì)原位土層的擾動(dòng)。在施工期間，需對(duì)輕軌高架進(jìn)行監(jiān)測(cè)以保證輕軌運(yùn)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(cè)點(diǎn)共22個(gè)，相鄰橋跨間的錯(cuò)動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)4組，橋墩沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè)，并在每個(gè)橋墩的兩個(gè)垂直面上各布設(shè)一個(gè)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)共32個(gè)，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(cè)點(diǎn)采用TS30全站儀進(jìn)行定期觀測(cè)，精度可達(dá) 0.1 mm；相鄰橋跨的錯(cuò)動(dòng)采用三向位移計(jì)進(jìn)行全天候自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，精度為 0.01 mm級(jí)；橋墩沉降采用 0.1 mm級(jí)高精度靜力水準(zhǔn)儀24小時(shí)監(jiān)測(cè)；橋墩傾斜采用傾斜儀雙向正交布設(shè)，進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，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(cè)設(shè)備布設(shè)示意圖

4 主要監(jiān)測(cè)成果分析

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(cè)期間，橋跨水平、豎向位移達(dá)到的最大變化量分別為 -1.30 mm、-1.07 mm，梁板相對(duì)錯(cuò)動(dòng)(橫向、豎向)達(dá)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(cè)結(jié)束，橋跨水平位移的累計(jì)變化量最大為 -0.59 mm，豎向位移 -0.42 mm，梁板相對(duì)錯(cuò)動(dòng)累計(jì)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(gè)觀測(cè)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(duì)系統(tǒng)誤差和偶然誤差的疊加值來說很小，導(dǎo)致觀測(cè)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(duì)此只需保證疊加誤差的量級(jí)小于監(jiān)測(cè)限差或預(yù)警值[7，8]要求即可滿足監(jiān)測(cè)需要。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化曲線如圖5所示。

監(jiān)測(cè)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(hù)壁灌注樁施工工藝有效地減少了施工對(duì)原位土層的擾動(dòng)，但樁基施工、坑槽開挖、上部結(jié)構(gòu)安裝加載等對(duì)高架結(jié)構(gòu)仍產(chǎn)生了輕度的擾動(dòng)，再加上工序銜接過慢(實(shí)際工期遠(yuǎn)超計(jì)劃工期)，大型坑槽長時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)的變化量-時(shí)間曲線直觀地反映了外部施工對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的影響程度及其變化進(jìn)程，其中橋跨監(jiān)測(cè)項(xiàng)的數(shù)據(jù)曲線和橋墩監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)橋墩監(jiān)測(cè)項(xiàng)的數(shù)據(jù)持續(xù)平穩(wěn)，無短期內(nèi)的明顯波動(dòng)，而橋跨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在施工密集發(fā)生時(shí)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(duì)高架結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)的分析相吻合。

圖5監(jiān)測(cè)周期內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化量-時(shí)間曲線圖

5 結(jié) 語

(1)輕軌高架橋的監(jiān)測(cè)應(yīng)對(duì)橋跨及橋墩分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)橋跨水平及豎向位移以分析其傾覆的危險(xiǎn)程度，通過監(jiān)測(cè)梁板間的橫向與豎向錯(cuò)動(dòng)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(cè)作為補(bǔ)充，二者綜合分析以確保運(yùn)營安全。

(2)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明梁板間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)較其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變形更為明顯，而減少梁板間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)對(duì)列車運(yùn)行安全具有極其重要的意義，應(yīng)對(duì)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(duì)輕軌高架結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)合理安排工序及工期計(jì)劃，避免施工中間歇時(shí)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(duì)于周邊的環(huán)境變化較為敏感，在施工過程中對(duì)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(jìn)行。