1、1上跨软土深基坑干线铁路便桥监测技术研究摘要：宁波站上跨软土深基坑铁路便桥成功实现了一次架空双线铁路干线，上跨大规模基坑工程的目标，有效地克服了传统的便梁方案跨度有限、单股道架空、限速较低等对行车产生较大影响的缺点。为保证铁路运输安全，监测工作至关重要。本文根据该工程的现场实际和结构的特点，简要介绍了便桥结构静、动态监测技术原理及实施方案、数据分析与处理模式，为深基坑安全和信息化施工提供指导，为铁路便桥安全运营提供保障。这对今后类似的桥梁施工监测有一定的指导和借鉴意义。 关键词：铁路便桥深基坑监测 中图分类号： TV551 文献标识码： A 1.前言 宁波站改建工程站房集散厅及地铁深基坑南北下
2、穿既有杭深铁路干线，基坑原长 278m，宽 123.5m，最大开挖深度 24m，其中杭深线下方约22m，出土方量约 36 万方，该基坑设 3 道钢筋砼支撑。为保证既有线路畅通，基坑施工期间，采用双线临时铁路便桥通行，临时铁路便桥全长133.6 m，宽 12.9 m，格构柱 91 根，C40 钢筋砼梁板连续刚构结构，开挖分 6 层并逐层安装 28a 槽钢剪刀撑，格构柱间设 3 道钢筋砼圈梁。该项目于 2011 年 3 月列车改线至临时铁路便桥上开始实施，2011 年 12 月4 日开挖桥下深基坑土方，至 2012 年 6 月 7 日完成桥下基坑开挖以及主2体钢筋砼底板封闭施工，每层开挖结束后，随
3、即施工剪刀撑和格构间钢筋砼圈梁。为确保深基坑的施工质量和便桥的运营安全，验证便桥和基坑设计所采取的各种假设和参数的正确性，指导基坑开挖、便桥支撑及支护结构的施工，实现动态设计和信息化技术管理，本工程引进第三方进行铁路便桥的施工监测技术工作。本文拟对该桥梁的监测方案进行简要介绍，希望对今后类似工程的监测实施有所借鉴。宁波站临时铁路便桥立面图见图 1。 图 1 宁波站铁路便桥立面图 2、监测目的和内容 宁波站便桥监测的目的：（1）确保基坑施工期间，临时铁路便桥的健康状态和正常通行能力，保证运营线路安全；（2）验证临时铁路便桥承重结构设计，指导基坑开挖和支护结构的施工。必要时修正设计方案和施工过程，
4、保证基坑支护安全，实现安全施工监测。 （3）总结工程经验，完善施工技术。 便桥监测内容包括：铁路便桥的三维（平面位移、高程位移）监测，主梁支座和跨中应力监测。根据便桥结构，监测布点数量和项目如表 2： 表 2 临时铁路便桥监测具体工程数量 3、总体技术方案 33.1 设置监测基准网 3.1.1 平面基准网：在施工现场周围的稳定位置布设 68 个平面基准点，在临时铁路便桥南北侧各 23 个平面工作基准点，平面工作基准点布设采用强制对中固定观测墩，安装精密型不锈钢强制对中盘，轴套和插轴公差小于 0.1mm。工作基点构造及外观如图 3-1 所示。 图 3-1 平面工作基准点位置 3.1.2 高程基准
5、网：在施工现场周围的稳定位置布设 46 个高程基准点，采用水准点标志。 4.监测方法 4.1 水平位移监测 临时铁路便桥水平位移，包括 X 和 Y 向，X 向平行于线路里程方向，Y 向垂直于线路里程方向。监测内容主要是便桥桥面、格构柱的水平位移，水平位移监测方法采用方向交会和距离交会，交会角控制在 15150之间，观测数据整体构网平差。 在工作基点观测墩设置高精度 LeicaTCA1201 测量机器人（测角1, 测距1+1ppm） ，强制对中，每 1 监测点安装 1 个棱镜标志，以预埋方式固定。通过编制软件，无线遥控（或设置有线控制） ，定时启动，LeicaTCA1201 测量机器人自动搜寻监
6、测目标点，自动观测，观测数据自动分析处理等，实现对临时铁路便桥的高精度实时自动化三维监测（几何变形） ，确保既有铁路运营安全。 4.2 沉降监测 4临时铁路便桥沉降监测主要是便桥桥面沉降、格构柱的沉降的沉降测量，其监测方法主要采用为几何水准法（行车密集等特殊条件下，使用 LeicaTCA1201 测量机器人，采用精密三角高程差分方法实时监测） 。观测时，依据各沉降监测点的分布情况，按如下步骤进行： 4.2.1 布设水准路线：首先根据临时铁路便桥沉降监测点的分布情况，布设首级控制网（起闭于水准基点） ，观测各基准点与工作基点的高程；然后布设次级水准网（起闭水准基点或工作基点） ，观测各沉降点高程
7、。首级和次级水准网一般布设成闭合水准路线或水准网。在布设水准路线时，为确保前后视距差满足二级精度要求，同时满足变形监测的“三定”要求（路线固定、仪器固定、人员固定） ，要量测出每次仪器的安置位置，并用红油漆或钢钉在地面做出标记，固定观测路线。 4.2.2 水准观测：水准测量时，每次应根据预先选定的水准路线进行观测，各站的观测顺序为：后、前、前、后。测定个别困难地段的沉降点高程时，也可采用支点观测，但支点站数不得超过 2 站，且支点观测必须进行两次观测。为保证高程基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并作出分析判断，以保证观测成果的可靠。 4.2.3 使用仪器：使用徕卡 DINI 12 高
8、精度数字水准仪（0.3mm/km）或 DINI 11 高精度数字水准仪（0.4mm/km） 。每次观测前作 i 角检核校正，水准标尺选用铟钢尺，其它要求按国家一、二等水准测量规范执行。 4.2.4 数据记录及处理：所有观测数据由 DINI 12（DINI 11）自动记录，观测过程中的各项限差完全按规范要求进行设置，并由 DINI 512（DINI 11）自动进行控制。观测完毕，将观测数据传入电脑，通过监测系统对观测原始数据进行数据处理、平差计算、计算各点的高程及沉降量、累积沉降量、生成监测报表和变形过程曲线图。 4.3 应力监测 在临时铁路便桥主梁支座和主梁跨中位置布置钢筋正应力测点，以监测在
9、铁路运营和基坑开挖施工过程中这些截面的应力变化与应力分布情况，评估桥梁结构的可靠度。 4.3.1 测试仪器的选择 根据对多种应力测试仪器的性能比较，考虑要适合长期观测并能保证足够的精度，选用长沙金码高科生产的钢弦式应变计（埋入式）和配套的频率接收仪作为应力观测仪器。该应变计的温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，适合于应力长期观测。四芯屏蔽导线连接至桥端安全位置监测。 图 4-1 钢弦式钢筋应力传感器 图 4-2 频率接收仪 4.3.2 测点布置 根据设计要求，在临时铁路便桥主梁支座（间隔 36m）和主梁跨中位置（间隔 36m）布置四个钢筋应力计。 图 4-3 应力测点布置示意图 在混凝土浇注前
10、将应变计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。 64.3.3 监测方法 跟踪监测铁路运营和基坑施工过程中以及早晚温差变化的控制截面应力变化。若发现观测值与理论计算值相差较大，则应立即报警、分析原因并提出有效的措施。 4.4 测量机器人动态测量 使用测量机器人 LeicaTCA1201（测角精度：1, 短程静态测距精度：0.8 mm ）或 LeicaTCA2003（测角精度：0. 5, 短程静态测距精度：0.5 mm ） ，通过锁定某个监测点上棱镜，采用快速跟踪测量和数据处理，实时监测运动目标的三维微小变化，采样频率可达 5HZ。 5设定监测报警值及监测频率 （1）桥面隆沉：10
11、mm，2mm/d；桥面水平位移（X 向）：10mm，1mm/d；桥面水平位移（Y 向）：10mm，1mm/d。 （2）桥面相邻测点差异隆沉：5mm，1mm/d；桥面相邻测点差异水平位移（X 向）：3mm，1mm/d。 （3）钢筋应力 200N/mm2。 （4）桥面隆沉每天至少一次，桥面位移每 6 小时测一次，钢筋应力每天至少一次，特殊情况另定。 6.监测成果的整理 6.1 监测数据的检核 受观测条件的影响，任何变形监测数据都可能存在误差。在变形监测中，由于变形量本身较小，临近测量误差的边缘，为了区分变形与误差，提取变形特征，应设法消除较大误差，提高监测精度，从而尽可能7地减小观测误差对变形分析
12、的影响。监测成果检核的方法很多，主要工作分为野外检核和内业检核。 6.2 粗差的处理 监测工作由于周围环境及地质条件复杂，监测项目多、次数多，工作量大，工期长，加上施工干扰及其它一些不可预计因素的影响，在大量监测数据中出现少量粗差是不可避免的。粗差的存在将使模型歪曲，造成参数的最小二乘估计严重失实。稳健估计是在粗差不可避免的情况下，选择适当的估计方法，使所估参数尽可能减免粗差的影响，得出正常模式下最佳或接近最佳的估值。 在假定模型基本正确前提下，稳健估计具有抗大量随机误差和少量粗差的能力。 6.3 数据分析与预测 工程建筑物的空间特性和动态变化是变形监测和分析的主要内容。其方法是选定某些特征点
13、，对其周期性地进行重复观测，通过数据处理，研究被监测点群的沉降、水平位移等随时间变化规律，寻找一种能够较好反映数据变化规律的函数关系，对下一阶段的监测数据进行预测，预测监测点可能出现的最大位移值或应力值，以预测建筑物和结构的安全状况，评价施工方法，确定工程措施。 6.4 监测报表的提交 当天测得的数据，于当天分析整理完毕，并在网上进行发布，日报表在 24 小时内提交业主。当发现异常情况时，及时报告业主、监理、施工及设计各方。日报表内容应包括监测说明、结论、监测数据、布点图8等。 监测工作进行一段时间或施工某一阶段结束后，应对监测结果进行总结，形成月报表、季报表或技术总结。月报表、季报表的内容应
14、包括前段时间的工作综述、监测数据、布点图、数据分析及变形预测等内容。7.结语 宁波站铁路便桥动静态监测数据（桥面三维位移、格构柱三维位移、桥面应力） ，并结合各阶段的分析结果，桥面三维位移、格构柱三维位移、桥面应力监测数据的变化情况比较符合理论计算，各项监测内容未出现安全报警（钢筋应力报警值200Mpa，桥面和格构柱三维位移报警值纵向10mm、横向5mm 和竖向25mm） ，铁路便桥处于安全可控范围。监测工作为便桥下土方开挖提供了数据支持，确保了铁路运输安全。 参考文献: 1彭仪普，许曦，杨文雅客运专线无碴轨道精密定轨测量技术研究J 铁道科学与工程学报，2007，6 2鲁四平，彭仪普，康日兆，李林宁波南站上跨深基坑铁路便桥静态监测技术J 铁道科学与工程学报，2012，4. 3吕金华，康日兆，鲁四平，彭仪普宁波南站上跨深基坑铁路便桥动态监测技术J 铁道科学与工程学报，2013，1
