胡松濤 王國強 曾國鋒 葉 豐 高 陽

(1. 同濟大學國家磁浮交通工程技術研究中心， 200092， 上海；2. 同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室， 201804， 上海//第一作者，碩士研究生)

0 引言

上海磁浮示范運營線(以下簡為“磁浮線”)西起龍陽路軌道交通樞紐，東至上海浦東國際機場。隨著城市交通建設的快速發(fā)展，交通網(wǎng)越來越密集，不可避免地會有新的工程(道路、軌道交通、管線等)穿越磁浮線路或其它既有工程。這些新建工程或者上跨或者下穿既有構筑物。高架結構在跨越既有橋梁和結構的施工過程中，會對既有樁基等結構物造成影響，導致既有樁基等結構物產(chǎn)生變形進而影響其平順性。因此，高架結構上跨工程對地表及樁基結構的變形控制成為施工與運營的重點與難點。

由于高速磁浮系統(tǒng)對軌道的變形精度要求非常高，類似工程的經(jīng)驗不能直接采用，且申江路高架跨越磁浮線工程尚屬首次，這就對現(xiàn)場施工與變形監(jiān)測提出了更高的要求。根據(jù)《上海市軌道交通管理條例》[3]、《上海市軌道交通安全保護區(qū)暫行管理規(guī)定》[4]和《上海高速磁浮安全保護區(qū)管理條例》[5]規(guī)定，磁浮軌道梁投影線兩側各30 m范圍內(nèi)均為磁浮保護區(qū)，在保護區(qū)范圍內(nèi)施工必須經(jīng)市運輸管理處同意。施工單位應辦妥在軌道交通安全保護區(qū)內(nèi)作業(yè)的監(jiān)護手續(xù)，并根據(jù)批準的作業(yè)方案進行施工。軌道交通項目建設單位或者線路運營單位應當編制作業(yè)項目監(jiān)護方案，對安全保護區(qū)內(nèi)的軌道交通結構設施進行保護。本文將綜合監(jiān)護技術運用到申江路高架跨越磁浮線工程中，保證了施工過程中磁浮線的正常安全運營。

1 工程概況

申江路(中環(huán)線—滬蘆高速S 2)高架專用道工程位于上海市浦東新區(qū)，北起已建的中環(huán)線申江路立交，向南經(jīng)軍民公路、沔北路、康橋東路、滬高速S 20、滬蘆高速S 2，至迪士尼西入口入園大道。線路全長約6.7 km，道路紅線寬40.0～88.5 m，高架橋總寬度為25 m，跨越康橋路到滬高速S 20結束，如圖1所示。

圖1 申江路、康橋東路和磁浮線相互關系俯視圖

申江路跨越磁浮線工程共包括16段鋼箱梁，跨度長達57 m，總重為805.5 t。吊裝時需要1臺650

t履帶吊機、2臺350 t汽車吊機和2臺160 t汽車吊機。磁浮線橋墩與擬建申江路高架橋墩相對位置如圖2所示。圖2中，吊裝作業(yè)離磁浮線較近，施工荷載會直接施加在磁浮線承臺上。如此大的荷載會導致磁浮線基礎承臺變形，進而導致磁浮線軌道變形，影響磁浮線安全運行甚至造成危險。因此,必須采取綜合監(jiān)護技術確保磁浮線變形在可控范圍內(nèi)。

2 磁浮線變形要求及綜合監(jiān)護技術工作內(nèi)容

2.1 外部施工對磁浮線變形要求

文獻[5]規(guī)定，外部工程施工對磁浮線軌道基礎結構產(chǎn)生的附加變形控制值要求為：①基礎總沉降量不超過2 mm；②前后支墩的累計不均勻沉降量不大于1 mm；③前后支墩橫橋向累計差異偏移量不大于1 mm；④同一承臺左右側支墩累計不均勻沉降量不大于0.5 mm。

圖2 磁浮線橋墩與擬建申江路高架橋墩相對位置平面圖

2.2 綜合監(jiān)護技術工作內(nèi)容

綜合監(jiān)護技術是指在磁浮線保護區(qū)范圍內(nèi)有外部工程施工時能保障磁浮列車安全運營的綜合性技術措施，即在外部施工期間，應保證磁浮線變形在上述允許范圍內(nèi)。該項工作在時間跨度上涵蓋施工前、施工期間和施工后所進行的一系列對磁浮線結構設施的技術保障措施。具體詳述如下：

(1) 施工前的方案優(yōu)化及影響估算。具體包括線路方案優(yōu)化、設計方案優(yōu)化、施工方案優(yōu)化、施工方案對磁浮線結構設施的影響評估以及監(jiān)測方案制定等其它土建工程方案優(yōu)化，同時亦包含技術應急預案等。

(2) 施工期間的綜合監(jiān)測及數(shù)據(jù)綜合分析。在申江路跨越磁浮線工程施工期間，尤其是在吊裝過程中，應對磁浮線設施的變形進行監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析。申江路工程中的綜合監(jiān)測手段主要采用大地測量人工監(jiān)測。同時在施工期間應進行數(shù)據(jù)綜合分析,具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和磁浮線放行的綜合判斷。

(3) 工程結束的后評估。在工程結束后的一段時間內(nèi),應對工程繼續(xù)進行變形觀測，直至變形達到穩(wěn)定。另外，在工程運營期間會存在動荷載，因此應對此進行事前評估、事中監(jiān)測及綜合評價。

3 監(jiān)測點布設及要求

根據(jù)磁浮線保護區(qū)綜合技術監(jiān)護要求，對5個磁浮線墩柱(分別為P 0360、P 0361、P 0362、P 0363和P 0364)兩側各30 m范圍內(nèi)的磁浮線軌道結構及附屬設施進行監(jiān)護。

3.1 監(jiān)測點布設

3.1.1 墩柱豎直位移變形監(jiān)測

以申江路跨越磁浮線工程施工影響區(qū)域外的磁浮線墩柱上的水準點為基準(選取P 0358和P 0366墩柱)，對上述5個磁浮線墩柱分別在磁浮線左、右軌道兩種情況下的沉降和傾斜變形進行監(jiān)測，得到墩柱的變形數(shù)據(jù)，同時每周應定期復核該基準點的變形數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化。部分監(jiān)測點布設示意如圖3所示。

注:監(jiān)測點位于每個墩柱靠軌道外側面較低的位置

3.1.2 墩柱水平位移變形監(jiān)測

在磁浮線墩柱外側結構上貼全站儀專用測量反射片，并固定在梁端高處外側并確保其牢固。水平位移監(jiān)測點共設10個，分別為P 0360 A、P 0361 A、P 0362 A、P 0363 A、P 0364 A，以及P 0360 B、P 0361 B、P 0362 B、P 0363 B、P 0364 B。

3.1.3 墩柱傾斜變形監(jiān)測

在距申江路高架專用道工程最近的3個墩柱的橫橋向和順橋向兩個方向布置觀測點。共設置12個傾斜觀測點，編號分別為QX 0361(A、B、C、D)、QX 0362(A、B、C、D)和QX 0363(A、B、C、D)，同時在測點位置粘貼測量反光標志。

3.2 變形報警值

在施工過程中，必須進行實時跟蹤監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生異常變形，立即啟動應急預案。監(jiān)測報警值如表1所示。

實際操作時，當變形速率連續(xù)2 d達到表1所列數(shù)值或累計變形量達到表1所列數(shù)值的80%時即應進行預警。

4 申江路高架專用道工程綜合監(jiān)護技術中所采取的關鍵技術

申江路高架跨越磁浮線工程存在周邊環(huán)境復雜、沿線地質條件較差、施工周期較長和工程難度較大等特點。在綜合監(jiān)護技術中，將理論計算和施工監(jiān)測相結合，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導施工，經(jīng)過不斷積累經(jīng)驗和反復論證，采用多種手段和措施，最大限度地保證磁浮線的安全。施工前應通過建模模擬計算各種施工工況，并根據(jù)計算結果優(yōu)化施工方案。在施工過程中，對變形點進行實時監(jiān)測和計算分析，同時根據(jù)現(xiàn)場情況，分析危險源，提出可行的改進措施和建議，以保證工程施工引起的變形始終處于安全和可控的范圍內(nèi)。

表1 監(jiān)測報警值

4.1 施工前的模擬分析和方案優(yōu)化

施工前項目組采用MIDAS GTS 4.0計算軟件進行建模計算。模型中，土體采用摩爾-庫倫本構，承臺及樁基采用彈性本構，樁基及支護結構采用一維桿單元。

為了消除數(shù)值計算中邊界條件對計算結果的影響，建模時水平長度(申江路高架兩端橋墩中心距離)取117 m，土層深度取78 m(模型底面距離樁底15 m)。結構單元力學參數(shù)見表2。

表2 數(shù)值計算中結構單元力學參數(shù)表

對申江路高架橋施加運營荷載后進行模擬計算，計算結果如表3所示。

表3 磁浮線墩頂附加變形表

由表3可知，在施工過程中，磁浮線墩柱的側向變形會超出允許值，因此需要對施工方案進行優(yōu)化，并采取必要的措施以保證施工過程中磁浮線的安全。

通過進一步分析可知，在大梁的吊裝過程中，履帶機直接壓在磁浮線承臺上，使得承臺產(chǎn)生變形，為此提出施工前需在施工工作面范圍內(nèi)對地基進行預處理，通過該措施來提高地基承載力。具體措施為：首先進行地基注漿，待地基固結后在吊裝區(qū)域基層用壓路機壓實平整，上鋪厚15 cm C10混凝土墊層，再在其上澆筑C30鋼筋混凝土，最后鋪設尺寸為12.0 m×10.5 m的雙層重型路基箱。經(jīng)現(xiàn)場測試，上述措施處理后地基承載力可達到10 t/m2。該值大于相關規(guī)范規(guī)定的6.97 t/m2,因此滿足吊裝要求。

除上述地基預處理措施外，在施工過程中還采取了加強基坑圍護體系剛度、采用安全可靠的基坑止水帷幕和采用合理的坑內(nèi)加固等措施。實踐證明，通過采取以上措施，可將變形控制在允許范圍內(nèi)，保證了磁浮線的安全。

4.2 現(xiàn)場分段拼接過程中的安全控制

分段梁的最大跨度為22.56 m，故而在現(xiàn)場吊裝拼接時需要搭設臨時支撐。因臨時支撐搭設區(qū)域靠近磁浮線承臺，為減少臨時支撐所在區(qū)域因施工產(chǎn)生的豎向力對磁浮線承臺的影響，需對臨時支撐所在區(qū)域進行加固。

鋼箱梁在臨時支墩上落架時，為防止鋼箱梁連接過程中產(chǎn)生傾覆，需在梁連接處設置馬板進行加固。在架梁過程中，應加強對磁浮線墩柱(P 0360、P 0361、P 0362、P 0363、P 364)的變形監(jiān)測，實際上該施工措施并未導致磁浮線墩柱產(chǎn)生較大變形。

4.3 施工中的變形監(jiān)測及數(shù)據(jù)監(jiān)控

由于磁浮線的高精度要求，應采用先進的儀器和監(jiān)測手段，對磁浮線墩柱的豎直位移、水平位移和傾斜角進行監(jiān)測。特別是在大梁吊裝過程中，應進行實時監(jiān)測，防止發(fā)生突變。

表4～5為主梁吊裝當日部分磁浮線墩柱的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。由表4～5可知，由大梁吊裝當日產(chǎn)生的較大位移和沉降變形在第二日大多出現(xiàn)變形恢復的趨勢，特別是受影響最大的墩柱P 0362的變化趨勢更為明顯。這說明該變形是由荷載突變而引起的彈性變形，待荷載穩(wěn)定后，變形亦趨于穩(wěn)定，從而控制了風險的產(chǎn)生。

圖4為主梁吊裝前后墩柱P 0362的位移變形曲線圖。由圖4可知，夜間磁浮線停運期間施工，在第二天運營前，變形能恢復，說明位移變形為彈性變形，為可控的。

表4 主梁吊裝當日部分磁浮線墩柱變形監(jiān)測數(shù)據(jù)(一)

表5 主梁吊裝當日部分磁浮線墩柱變形監(jiān)測數(shù)據(jù)(二)

圖4 P 0362墩柱位移變形曲線

4.4 竣工后的后評估及灰色預測

工程結束后，繼續(xù)對磁浮線墩柱變形進行跟蹤監(jiān)測，并通過建立灰色預測模型對后續(xù)磁浮線運營過程中產(chǎn)生的變形進行預測。圖5為P 0363墩柱的預測變形曲線與實測變形曲線。由圖5可知，墩柱P 0363在2014年1月7日至12日的變形預測數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)相差較小，證明預測結果有效。1月11日鋼箱梁吊裝完成后的變形趨于穩(wěn)定且變形收斂，由此可證明工程的安全性和此次綜合監(jiān)護技術的有效性。

圖5 墩柱P 0363沉降預測與實測變形曲線對比

綜上所述，在申江路高架跨越磁浮線工程中采用了綜合監(jiān)護技術，通過采用相關的關鍵技術，有效地控制了工程風險，保證了上海磁浮列車示范運營線的安全運營。

5 結語

高速磁浮系統(tǒng)對線路軌道的精度有很高的要求，這對上海磁浮示范運營線的運營維護形成巨大的挑戰(zhàn)。由于地基的沉降會導致磁浮線軌道產(chǎn)生變形，從而降低了列車行駛時乘客的舒適度，嚴重時還會產(chǎn)生危險。而在磁浮線保護區(qū)內(nèi)有外部施工時，磁浮線結構設施的變形可能會更加嚴重，給施工及運營帶來了巨大壓力。本文描述了綜合監(jiān)護技術在申江路高架跨越上海磁浮示范運營線工程中的應用，驗證了綜合監(jiān)護技術的有效性，保證了上海磁浮運營示范線的安全運營，可為后續(xù)類似高精度工程的維保工作提供參考。