元 萌

(上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200438)

0 引言

城市軌道交通分為地下段、地面段和高架段。軌道交通在工程地質(zhì)條件、人類工程活動(dòng)和地面沉降等諸多因素的共同作用下，其隧道和高架等結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)而影響著結(jié)構(gòu)安全和列車運(yùn)行狀態(tài)[1,2]。為及時(shí)掌握軌道交通的隧道和高架結(jié)構(gòu)變形情況，分析其形變成因，評(píng)估其結(jié)構(gòu)使用狀況，為后期結(jié)構(gòu)維修提供依據(jù)，需對(duì)軌道交通進(jìn)行全線長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并針對(duì)變形較明顯的區(qū)域提高監(jiān)測(cè)頻率[3,4]。

對(duì)于城市地鐵高架橋，為更全面的掌握橋梁的健康狀態(tài)，需要對(duì)梁面道床、橋墩分別進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。以某地鐵高架段為例，對(duì)城市地鐵高架橋的監(jiān)測(cè)方法、特點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法進(jìn)行闡述，并對(duì)變形較大的連續(xù)梁區(qū)域進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，可為類似工程的沉降監(jiān)測(cè)提供參考。

1 工程概況

該地鐵線路全長(zhǎng)約6 km，均為高架區(qū)間。全線共包括3個(gè)區(qū)間、4個(gè)車站，自東向西分別為：甲站—乙站—丙站—丁站。最大站間距3.3 km，最小站間距1.1 km，平均站間距1.9 km。在丁站以西設(shè)置了約360 m的接駁折返線，車站采用“建橋合一”的結(jié)構(gòu)形式，箱形梁作為軌道梁。線路跨越多條道路、河流，并在乙站—丙站區(qū)間，相繼橫跨A高速和B高速。

區(qū)間高架橋上部結(jié)構(gòu)主要采用25 m，30 m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，跨越道路或河流的橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁與鋼混疊合簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。其中，跨越高速公路的2座大橋采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行一跨跨越。高架橋梁下部結(jié)構(gòu)主要采用φ600 PHC樁或φ800鉆孔灌注樁。高架線正線采用60 kg/m鋼軌的無縫線路，車場(chǎng)線采用50 kg/m鋼軌。道床為WJ-2型有螺栓彈性分開式扣件與混凝土短枕式縱向承軌臺(tái)整體道床。

線路通車運(yùn)營(yíng)后，為了全面掌握沉降變形情況，自2013年8月至2018年年底，對(duì)全線進(jìn)行為期5年的長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)，各年度的監(jiān)測(cè)頻率為1次/半年或1次/季度(見表1)。迄今為止，已完成16次監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)跨線連續(xù)梁等重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行多次加密監(jiān)測(cè)；全面的涵蓋了線路自運(yùn)營(yíng)至今的結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)。

表1 跨線連續(xù)梁測(cè)量時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

2 實(shí)施方案及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

1)道床沉降點(diǎn)。

高架簡(jiǎn)支梁的每跨橋梁均分上、下行線等距設(shè)5個(gè)沉降點(diǎn)：兩端各布設(shè)一點(diǎn)，跨中和1/4處各布設(shè)1點(diǎn)；高架連續(xù)梁在每跨梁上、下行線兩端及跨中各設(shè)一點(diǎn)外，其余范圍按5 m一個(gè)設(shè)置沉降點(diǎn)；車站段在每跨梁的上、下行線等距布設(shè)3個(gè)沉降點(diǎn)：兩端及中間各布設(shè)一點(diǎn)。

2)立柱沉降點(diǎn)。

高架單立柱每柱設(shè)2個(gè)沉降點(diǎn)，分別沿線路外側(cè)布設(shè)于立柱兩側(cè)；高架雙立柱在兩立柱內(nèi)側(cè)對(duì)稱位置處分別設(shè)置1個(gè)沉降點(diǎn)。

2.2 測(cè)量方法

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量按照二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行。沿線路分別在道床和地面設(shè)兩條平行的二等水準(zhǔn)線路。在地面每隔約15根立柱則在相應(yīng)立柱上設(shè)一個(gè)地面水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，車站正下方地面水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)與臨近車站的深式水準(zhǔn)點(diǎn)或城市水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)；各車站站廳設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)，道床水準(zhǔn)線路附合至站廳水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)；每座車站站廳水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)與地面水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行上下聯(lián)系測(cè)量，由此構(gòu)成空間上的水準(zhǔn)環(huán)[5],見圖1。

在道床水準(zhǔn)線路測(cè)量的同時(shí)對(duì)道床沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用中視法進(jìn)行測(cè)量。立柱測(cè)量首先進(jìn)行水準(zhǔn)線路測(cè)量，隨后用中視法分段測(cè)量立柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)段均附合于相鄰的兩個(gè)立柱水準(zhǔn)結(jié)點(diǎn)。

外業(yè)測(cè)量使用Leica DNA03/LS10電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行,歷次測(cè)量前，對(duì)儀器i角進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)多年測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，在i角不大于4″時(shí)可使用，否則應(yīng)校準(zhǔn)。歷次外業(yè)測(cè)量應(yīng)遵守：固定儀器、人員、線路、測(cè)站的“四固定”原則[5]。

2.3 測(cè)量創(chuàng)新點(diǎn)

1)車站上下聯(lián)測(cè)的溫度修正。

該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的時(shí)間段，經(jīng)歷盛夏和隆冬，在一年中兩個(gè)極端氣象條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮變形比較明顯：混凝土熱膨脹系數(shù)為0.000 01 ℃-1，即每升溫1 ℃，每米混凝土膨脹0.01 mm。一般來說，盛夏和隆冬的平均溫差為30 ℃，對(duì)于10 m高的高架立柱，溫度變化引起的變形達(dá)到了3 mm，這對(duì)高架結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)來說，是無法忽視的。為此，本項(xiàng)目在監(jiān)測(cè)過程中，加入了溫度改正，對(duì)由于溫度變形所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了修正，避免了由于正常的溫度變形所帶來的“假性”沉降變化。

2)大跨度連續(xù)梁的測(cè)量精度控制方法。

線路中跨A高速和跨B高速的兩處橋梁均為三跨連續(xù)梁。其中，跨B高速連續(xù)梁，全長(zhǎng)280 m，由三跨組成(75 m+130 m+75 m),該梁斜跨B高速公路，道床與地面高差超過20 m，是一座跨度大，高度高的地鐵連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。在對(duì)三跨連續(xù)梁測(cè)量時(shí)，由于受到橋梁下方高速往來車輛的震動(dòng)影響，儀器鏡頭會(huì)出現(xiàn)視線跳動(dòng)的情況。因此，對(duì)測(cè)量精度控制提出了較高的要求。在實(shí)施中，合理選取線路節(jié)點(diǎn)，縮短測(cè)站視距，采用多臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)量，在盡可能短的時(shí)間段內(nèi)完成作業(yè)等方法，解決了大跨度連續(xù)梁的測(cè)量精度控制問題。

3)重點(diǎn)關(guān)注連續(xù)梁區(qū)域，與溫度結(jié)合進(jìn)行變形分析。

在前期測(cè)量成果顯示：2處大跨連續(xù)梁跨中下沉明顯，且下沉的趨勢(shì)與溫度變化有一定的相關(guān)性。在后續(xù)測(cè)量及數(shù)據(jù)分析中，嚴(yán)格記錄測(cè)量時(shí)的溫度，并在保證歷次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度滿足要求的前提下，結(jié)合大跨連續(xù)梁自身的結(jié)構(gòu)特性，著重分析了以下幾個(gè)方面：

a.自運(yùn)營(yíng)起，連續(xù)梁下?lián)系陌l(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律；b.歷次變形與溫度的相關(guān)性；c.中跨下?lián)?、邊跨上拱及下方橋墩的沉降之間的差異，是否會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體造成損傷等。

3 測(cè)量結(jié)果分析

3.1 全線沉降變形分析

以2013年8月測(cè)量值為初值，2018年下半年全線累計(jì)沉降曲線圖如圖2所示。

測(cè)量結(jié)果顯示：

1)線路部分區(qū)段出現(xiàn)立柱、道床的不均勻沉降或整體下沉，累計(jì)沉降量集中在-10 mm～-15 mm左右。這是由于自線路開通以來，位于地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)的建(構(gòu))筑物距離線路較近且施工密集，其進(jìn)行的打樁、開挖、工程降水等一系列工程活動(dòng)，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的變形有明顯影響。隨著保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的結(jié)束，對(duì)應(yīng)區(qū)段高架橋的沉降變形趨于穩(wěn)定。

2)位于乙站—丙站區(qū)間的兩處跨線連續(xù)梁受混凝土徐變、溫度、自身結(jié)構(gòu)及行車等因素影響，產(chǎn)生的變形較為明顯，因此在特定時(shí)期，對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行了一定頻率的加密監(jiān)測(cè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：兩處跨線連續(xù)梁橋在沉降趨勢(shì)、撓度發(fā)展、變形受溫度影響等方面均有很強(qiáng)的相似性，由于篇幅限制，僅對(duì)變形最為明顯的跨B高速連續(xù)梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.2 跨B高速連續(xù)梁橋沉降分析

橫跨B高速的連續(xù)梁全長(zhǎng)280 m(75 m+130 m+75 m)，采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行一跨跨越。

1)立柱。

跨B高速連續(xù)梁的橋墩對(duì)應(yīng)里程及2018年12月累計(jì)沉降量(以2013年8月測(cè)量值為初始值)見表2。

表2 跨B高速連續(xù)梁橋墩里程統(tǒng)計(jì)表

由表2中可知，橋墩自運(yùn)營(yíng)起5年內(nèi)累計(jì)下沉量小于5 mm，沉降處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2)道床。

若將連續(xù)梁靠近乙站一端、位于立柱上方的道床沉降點(diǎn)作為參考點(diǎn)，歷年第四季度連續(xù)梁上其他沉降點(diǎn)相對(duì)一側(cè)梁端參考點(diǎn)的累計(jì)變化量曲線如圖3，圖4所示。

由圖3，圖4可知，連續(xù)梁累計(jì)沉降變形曲線呈明顯“海鷗形”。

a.中跨跨中相對(duì)兩端呈現(xiàn)下沉趨勢(shì)，且下沉量逐年增大。截至2018年12月，上、下行線跨中點(diǎn)相對(duì)于乙站一側(cè)梁端的沉降量分別為-57.1 mm，-56.7 mm。

b.兩側(cè)邊跨呈上拱狀態(tài)，尤其是近丙站一側(cè)邊跨，截至2018年12月，上、下行線相對(duì)參考點(diǎn)的最大上抬量分別為+21.5 mm，+20.6 mm。

c.連續(xù)梁上最大下沉點(diǎn)和最大上抬點(diǎn)之間的相對(duì)沉降量持續(xù)增大，無穩(wěn)定跡象，并在2018年11月～12月呈現(xiàn)加劇狀態(tài)。

以上行線為例，繪制2018年下半年歷次相對(duì)沉降量曲線，并對(duì)測(cè)量時(shí)溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),見圖5。

表3 2018年下半年測(cè)量時(shí)溫度統(tǒng)計(jì)

由圖5，表3可以看出：2018年下半年，沉降變化主要發(fā)生在9月～11月、11月～12月。以上兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，溫度均發(fā)生下降，同時(shí)中跨跨中下沉、邊跨跨中上拱的趨勢(shì)發(fā)展較明顯。12月14日～12月19日之間，溫度發(fā)生上升，中跨隨之發(fā)生上抬，邊跨下沉，相對(duì)沉降有一定減小。由此可見，跨B高速連續(xù)梁的沉降變形與溫度有一定相關(guān)性。

3)跨中沉降與溫度相關(guān)性分析。

以乙站一側(cè)梁端沉降點(diǎn)為參考點(diǎn)，跨中點(diǎn)歷次相對(duì)累計(jì)變化量與測(cè)量時(shí)溫度的匹配曲線圖見圖6～圖8。

由圖6可知：測(cè)量溫度較上次升高時(shí)，中跨跨中發(fā)生小幅度的上抬或保持不變；溫度較上次下降時(shí)，中跨跨中則發(fā)生較明顯的下沉。中跨跨中的變形與溫度變化有一定的相關(guān)性，但從歷時(shí)來看，中跨跨中僅在溫度明顯升高時(shí)，有小幅度上抬，整體上仍處于持續(xù)下沉的狀態(tài)，且2018年下半年下沉的速率較往年有所增加,詳見表4。

表4 歷年跨中沉降量統(tǒng)計(jì)表 mm

由圖7，圖8可知：測(cè)量溫度較上次升高時(shí)，邊跨跨中發(fā)生小幅度的下沉或保持不變；溫度較上次下降時(shí)，邊跨跨中則發(fā)生上抬。邊跨跨中的變形也與溫度變化有一定的相關(guān)性，但從歷時(shí)來看，邊跨跨中在整體上仍處于持續(xù)上拱的狀態(tài)。尤其是靠近丙站一側(cè)邊跨，上拱較為明顯，近半年上拱速率有所增大。

4 結(jié)語

1)全線沉降變形明顯的區(qū)域?yàn)閮商幙缇€連續(xù)梁。其中，跨B高速連續(xù)梁區(qū)段，中跨跨中持續(xù)下沉，邊跨跨中上拱。截至2018年度，中跨和邊跨跨中最大相對(duì)沉降已達(dá)到70 mm；中跨跨中最大累計(jì)沉降量為-59.3 mm，跨中撓度為-54.9 mm?？鏐高速連續(xù)梁變形量已臨近加固預(yù)警值。

2)為保證連續(xù)梁結(jié)構(gòu)安全，需對(duì)兩座橋梁的結(jié)構(gòu)裂縫、自振頻率和支座滑動(dòng)等情況進(jìn)行全面檢查檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行頻率為2次/月的加密監(jiān)測(cè)。

3)該項(xiàng)目通過上下聯(lián)測(cè)溫度修正法、大跨度連續(xù)梁測(cè)量精度控制法，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4)將連續(xù)梁變形與溫度變化結(jié)合起來進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)線路中兩處連續(xù)梁的變形對(duì)溫度變化較為敏感。

5)為地鐵高架段長(zhǎng)期變形監(jiān)測(cè)及地鐵大跨度連續(xù)橋梁的監(jiān)測(cè)及變形研究提供參考。