某轻轨高架桥保护区监测重点分析及实践

王鑫森，侯金波

(天津市勘察院，天津 300191)

1 引 言

轻轨作为城市轨道交通重要的组成部分，是改善城市交通状况的一种有效载体，极大地方便了居民的出行，保障其结构的安全进而保证线路的正常运营已成为日常维护工作的重中之重[1]。轨道交通管理部门一般将其地面车站和高架车站以及线路轨道外边线外侧30 m内列为保护区，在此区域内进行施工作业需向有关部门提出申请并做好监测工作。由于高架桥桥跨位置较高，而桥墩部位高度较低更便于安装监测设备，监测单位通常只将桥墩作为监测的重点，以桥墩变形情况描述整个高架结构的变形。事实上该种监测方案未考虑轻轨高架的结构特性，对直接危及运营安全的桥跨结构变形的重要性认识不足。本文对轻轨高架桥梁结构及其监测重点进行了分析，并在某轻轨高架保护区进行了监测实践。

2 轻轨高架桥的基本结构及其监测重点

2.1 轻轨高架桥的基本结构

轻轨高架桥按照其结构特点可分为上部结构和下部结构，如图1所示，上部结构通常由桥面铺装、桥跨、支座等部分组成，下部结构由桥墩、桥台、墩台基础组成[2]。

图1 轻轨高架结构示意图

2.2 监测重点分析

高架桥的桥跨与桥墩通过支座连接在一起，相对来说是一个静定结构而非超静定结构，因而不可将桥墩的变形等同于桥跨的变形[3]，需对上部桥跨及下部结构桥墩分别进行观测，以确保高架结构的安全。

下部桥墩主要承受竖向载荷及墩侧的水土压力，其应力状态经过长时间的平衡基本处于一个稳定的状态，且桥墩底部设有基础结构，相对牢固，遇外力作用时抵抗变形的能力相对较好。而上部的桥跨不仅承受竖向载荷，还要承受列车运行带来的动态荷载及其他载荷[4]。当高架结构附近存在桩基施工、地面卸载、荷载加载等情况时，桥墩附近的土层会受一定扰动[5]，桥墩在侧向水土压力的作用下，产生倾斜变形或不均匀沉降时，位于高处的桥跨变形则更为明显，列车高速运行产生的动态荷载在一定程度上将加重桥跨的变形，一旦桥跨的变形超出了安全运营所能承受的极限状况便会造成人员伤亡和财产损失等灾难性后果。因此应将桥跨的直接监测列为监测工作的重中之重，同时观测桥墩的沉降变化及倾斜情况作为补充。

为保证轻轨列车正常平稳运行，需严格保证轨道的平顺性。而轨道固定在桥跨之上，要保证其平顺性则需对桥跨梁板间可能产生的相对错动进行严密监控。因此在对桥跨进行水平及竖向位移监测以防桥跨倾覆的同时，需对梁板间垂直于轨道方向的横向错动(水平面内)及梁板间竖向错动进行不间断的高精度监测。梁板间的轴向错动因混凝土结构热胀冷缩效应本身会随外界气温变化产生较大的变形，在设计和施工过程中已通过梁板间的伸缩缝予以考虑，可不再对其进行重点监测，只作为次要参考数据。

因此对轻轨高架桥应进行以下几方面的监测：桥跨水平位移监测、桥跨竖向位移监测、梁板相对错动(横向)监测、梁板相对错动(竖向)监测、桥墩沉降监测、桥墩倾斜监测。

3 工程实例概况与监测方法

如图2所示，某高速公路需下穿现有轻轨高架及高架北侧的现状道路，并将原现状道路改造为立交桥形式，下穿公路中心线与现状公路及轻轨高架线路的中心线夹角约为65°左右，同时在公路主线桥南北两侧还有两座人行天桥在施工，其中靠近轻轨高架的人行天桥以及下穿路段和高架桥均在保护区内，其桩基作业施工均采用泥浆护壁反循环钻孔工艺，以尽量减少对原位土层的扰动。在施工期间，需对轻轨高架进行监测以保证轻轨运营安全。

为此在施工影响范围内5段桥跨的外边沿位置，布设水平(兼用作竖向)位移监测点共22个，相邻桥跨间的错动监测点4组，桥墩沉降监测点16个，并在每个桥墩的两个垂直面上各布设一个倾斜监测点共32个，布设示意如图3、图4所示。其中桥跨水平(竖向)位移监测点采用TS30全站仪进行定期观测，精度可达 0.1 mm；相邻桥跨的错动采用三向位移计进行全天候自动化监测，精度为 0.01 mm级；桥墩沉降采用 0.1 mm级高精度静力水准仪24小时监测；桥墩倾斜采用倾斜仪双向正交布设，进行自动化监测，仪器分辨率为0.6′。

图2 轻轨高架与周边施工位置关系图

图3 监测设备布设示意图

4 主要监测成果分析

本项目监测自2016年7月初开始至2017年10月末结束，周边施工主要集中在当年9月至次年5月。监测期间，桥跨水平、竖向位移达到的最大变化量分别为 -1.30 mm、-1.07 mm，梁板相对错动(横向、竖向)达到的最大值分别为 2.75 mm、 2.69 mm，桥墩最大沉降量为 -2.46 mm。至监测结束，桥跨水平位移的累计变化量最大为 -0.59 mm，竖向位移 -0.42 mm，梁板相对错动累计变化量最大分别为横向 1.76 mm、竖向 -1.31 mm，桥墩最大沉降量为 -1.67 mm，均有一定程度回落且基本趋于稳定，桥墩倾斜在整个观测期间无明显变化。由于倾斜仪存在一定的系统误差和偶然误差，而桥墩本身的变形值相对系统误差和偶然误差的叠加值来说很小，导致观测结果一定程度上大于变形值，从而掩饰了其本身的变形规律[6]，对此只需保证叠加误差的量级小于监测限差或预警值[7，8]要求即可满足监测需要。主要监测项目的变化曲线如图5所示。

监测数据显示，轻轨高架结构基本处于安全可控的状态，施工单位采用反循环泥浆护壁灌注桩施工工艺有效地减少了施工对原位土层的扰动，但桩基施工、坑槽开挖、上部结构安装加载等对高架结构仍产生了轻度的扰动，再加上工序衔接过慢(实际工期远超计划工期)，大型坑槽长时间暴露未回填，也一定程度助长了高架结构的变形。监测数据的变化量-时间曲线直观地反映了外部施工对监测对象的影响程度及其变化进程，其中桥跨监测项的数据曲线和桥墩监测项的数据曲线表现出了非完全一致的变化规律，即在整个监测周期内桥墩监测项的数据持续平稳，无短期内的明显波动，而桥跨监测数据在施工密集发生时则反映出明显的变形情况，直到密集施工期结束，这与本文对高架结构监测重点的分析相吻合。

图5监测周期内各项数据的变化量-时间曲线图

5 结 语

(1)轻轨高架桥的监测应对桥跨及桥墩分别进行监测，通过监测桥跨水平及竖向位移以分析其倾覆的危险程度，通过监测梁板间的横向与竖向错动以显示相邻桥跨的变形情况，间接反映轨道的平顺性，并以桥墩的沉降和倾斜监测作为补充，二者综合分析以确保运营安全。

(2)监测结果表明梁板间的相对错动较其他监测项目的变形更为明显，而减少梁板间的相对错动对列车运行安全具有极其重要的意义，应对其变化情况引起足够的重视。

(3)在施工过程中应采用各种合理的工艺以减少施工对轻轨高架结构的影响，同时合理安排工序及工期计划，避免施工中间歇时间过长，以减少由此带来的不利影响。

(4)轻轨高架结构对于周边的环境变化较为敏感，在施工过程中对于坑槽开挖应严格按照开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的基本原则进行。