上跨軟土深基坑干線鐵路便橋監(jiān)測技術(shù)研究

1、    上跨軟土深基坑干線鐵路便橋監(jiān)測技術(shù)研究    敖江忠摘要：寧波站上跨軟土深基坑鐵路便橋成功實(shí)現(xiàn)了一次架空雙線鐵路干線，上跨大規(guī)?；庸こ痰哪繕?biāo)，有效地克服了傳統(tǒng)的便梁方案跨度有限、單股道架空、限速較低等對行車產(chǎn)生較大影響的缺點(diǎn)。為保證鐵路運(yùn)輸安全，監(jiān)測工作至關(guān)重要。本文根據(jù)該工程的現(xiàn)場實(shí)際和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，簡要介紹了便橋結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)原理及實(shí)施方案、數(shù)據(jù)分析與處理模式，為深基坑安全和信息化施工提供指導(dǎo)，為鐵路便橋安全運(yùn)營提供保障。這對今后類似的橋梁施工監(jiān)測有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。關(guān)鍵詞：鐵路便橋深基坑監(jiān)測： tv551 ： a1.前言寧波站改建

2、工程站房集散廳及地鐵深基坑南北下穿既有杭深鐵路干線，基坑原長278m，寬123.5m，最大開挖深度24m，其中杭深線下方約22m，出土方量約36萬方，該基坑設(shè)3道鋼筋砼支撐。為保證既有線路暢通，基坑施工期間，采用雙線臨時鐵路便橋通行，臨時鐵路便橋全長133.6 m，寬12.9 m，格構(gòu)柱91根，c40鋼筋砼梁板連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，開挖分6層并逐層安裝28a槽鋼剪刀撐，格構(gòu)柱間設(shè)3道鋼筋砼圈梁。該項(xiàng)目于2011年3月列車改線至臨時鐵路便橋上開始實(shí)施，2011年12月4日開挖橋下深基坑土方，至2012年6月7日完成橋下基坑開挖以及主體鋼筋砼底板封閉施工，每層開挖結(jié)束后，隨即施工剪刀撐和格構(gòu)間鋼筋砼圈梁。

3、為確保深基坑的施工質(zhì)量和便橋的運(yùn)營安全，驗(yàn)證便橋和基坑設(shè)計所采取的各種假設(shè)和參數(shù)的正確性，指導(dǎo)基坑開挖、便橋支撐及支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，實(shí)現(xiàn)動態(tài)設(shè)計和信息化技術(shù)管理，本工程引進(jìn)第三方進(jìn)行鐵路便橋的施工監(jiān)測技術(shù)工作。本文擬對該橋梁的監(jiān)測方案進(jìn)行簡要介紹，希望對今后類似工程的監(jiān)測實(shí)施有所借鑒。寧波站臨時鐵路便橋立面圖見圖1。圖1 寧波站鐵路便橋立面圖2、監(jiān)測目的和內(nèi)容寧波站便橋監(jiān)測的目的：（1）確?；邮┕て陂g，臨時鐵路便橋的健康狀態(tài)和正常通行能力，保證運(yùn)營線路安全；（2）驗(yàn)證臨時鐵路便橋承重結(jié)構(gòu)設(shè)計，指導(dǎo)基坑開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。必要時修正設(shè)計方案和施工過程，保證基坑支護(hù)安全，實(shí)現(xiàn)安全施工監(jiān)測。（3）

4、總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，完善施工技術(shù)。便橋監(jiān)測內(nèi)容包括：鐵路便橋的三維（平面位移、高程位移）監(jiān)測，主梁支座和跨中應(yīng)力監(jiān)測。根據(jù)便橋結(jié)構(gòu)，監(jiān)測布點(diǎn)數(shù)量和項(xiàng)目如表2：表2臨時鐵路便橋監(jiān)測具體工程數(shù)量3、總體技術(shù)方案3.1設(shè)置監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)3.1.1平面基準(zhǔn)網(wǎng)：在施工現(xiàn)場周圍的穩(wěn)定位置布設(shè)68個平面基準(zhǔn)點(diǎn)，在臨時鐵路便橋南北側(cè)各23個平面工作基準(zhǔn)點(diǎn)，平面工作基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)采用強(qiáng)制對中固定觀測墩，安裝精密型不銹鋼強(qiáng)制對中盤，軸套和插軸公差小于0.1mm。工作基點(diǎn)構(gòu)造及外觀如圖3-1所示。圖3-1 平面工作基準(zhǔn)點(diǎn)位置3.1.2高程基準(zhǔn)網(wǎng)：在施工現(xiàn)場周圍的穩(wěn)定位置布設(shè)46個高程基準(zhǔn)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志。4.監(jiān)測方法4.1水平

5、位移監(jiān)測臨時鐵路便橋水平位移，包括x和y向，x向平行于線路里程方向，y向垂直于線路里程方向。監(jiān)測內(nèi)容主要是便橋橋面、格構(gòu)柱的水平位移，水平位移監(jiān)測方法采用方向交會和距離交會，交會角控制在15°150°之間，觀測數(shù)據(jù)整體構(gòu)網(wǎng)平差。在工作基點(diǎn)觀測墩設(shè)置高精度leicatca1201測量機(jī)器人（測角±1, 測距±1+1ppm），強(qiáng)制對中，每1監(jiān)測點(diǎn)安裝1個棱鏡標(biāo)志，以預(yù)埋方式固定。通過編制軟件，無線遙控（或設(shè)置有線控制），定時啟動，leicatca1201測量機(jī)器人自動搜尋監(jiān)測目標(biāo)點(diǎn)，自動觀測，觀測數(shù)據(jù)自動分析處理等，實(shí)現(xiàn)對臨時鐵路便橋的高精度實(shí)時自動化三維監(jiān)

6、測（幾何變形），確保既有鐵路運(yùn)營安全。4.2沉降監(jiān)測臨時鐵路便橋沉降監(jiān)測主要是便橋橋面沉降、格構(gòu)柱的沉降的沉降測量，其監(jiān)測方法主要采用為幾何水準(zhǔn)法（行車密集等特殊條件下，使用leicatca1201測量機(jī)器人，采用精密三角高程差分方法實(shí)時監(jiān)測）。觀測時，依據(jù)各沉降監(jiān)測點(diǎn)的分布情況，按如下步驟進(jìn)行：4.2.1布設(shè)水準(zhǔn)路線：首先根據(jù)臨時鐵路便橋沉降監(jiān)測點(diǎn)的分布情況，布設(shè)首級控制網(wǎng)（起閉于水準(zhǔn)基點(diǎn)），觀測各基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)的高程；然后布設(shè)次級水準(zhǔn)網(wǎng)（起閉水準(zhǔn)基點(diǎn)或工作基點(diǎn)），觀測各沉降點(diǎn)高程。首級和次級水準(zhǔn)網(wǎng)一般布設(shè)成閉合水準(zhǔn)路線或水準(zhǔn)網(wǎng)。在布設(shè)水準(zhǔn)路線時，為確保前后視距差滿足二級精度要求，同時滿足

7、變形監(jiān)測的“三定”要求（路線固定、儀器固定、人員固定），要量測出每次儀器的安置位置，并用紅油漆或鋼釘在地面做出標(biāo)記，固定觀測路線。4.2.2水準(zhǔn)觀測：水準(zhǔn)測量時，每次應(yīng)根據(jù)預(yù)先選定的水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測，各站的觀測順序?yàn)椋汉蟆⑶?、前、后。測定個別困難地段的沉降點(diǎn)高程時，也可采用支點(diǎn)觀測，但支點(diǎn)站數(shù)不得超過2站，且支點(diǎn)觀測必須進(jìn)行兩次觀測。為保證高程基點(diǎn)的可靠性，每次觀測前應(yīng)對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測，并作出分析判斷，以保證觀測成果的可靠。4.2.3使用儀器：使用徠卡dini 12高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀（±0.3mm/km）或dini 11高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀（±0.4mm/km）。每次觀測前作i角

8、檢核校正，水準(zhǔn)標(biāo)尺選用銦鋼尺，其它要求按國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范執(zhí)行。4.2.4 數(shù)據(jù)記錄及處理：所有觀測數(shù)據(jù)由dini 12（dini 11）自動記錄，觀測過程中的各項(xiàng)限差完全按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)置，并由dini 12（dini 11）自動進(jìn)行控制。觀測完畢，將觀測數(shù)據(jù)傳入電腦，通過監(jiān)測系統(tǒng)對觀測原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、平差計算、計算各點(diǎn)的高程及沉降量、累積沉降量、生成監(jiān)測報表和變形過程曲線圖。4.3應(yīng)力監(jiān)測在臨時鐵路便橋主梁支座和主梁跨中位置布置鋼筋正應(yīng)力測點(diǎn)，以監(jiān)測在鐵路運(yùn)營和基坑開挖施工過程中這些截面的應(yīng)力變化與應(yīng)力分布情況，評估橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度。4.3.1測試儀器的選擇根據(jù)對多種應(yīng)力測試儀

9、器的性能比較，考慮要適合長期觀測并能保證足夠的精度，選用長沙金碼高科生產(chǎn)的鋼弦式應(yīng)變計（埋入式）和配套的頻率接收儀作為應(yīng)力觀測儀器。該應(yīng)變計的溫度誤差小、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，適合于應(yīng)力長期觀測。四芯屏蔽導(dǎo)線連接至橋端安全位置監(jiān)測。圖4-1 鋼弦式鋼筋應(yīng)力傳感器 圖4-2 頻率接收儀4.3.2測點(diǎn)布置根據(jù)設(shè)計要求，在臨時鐵路便橋主梁支座（間隔36m）和主梁跨中位置（間隔36m）布置四個鋼筋應(yīng)力計。圖4-3 應(yīng)力測點(diǎn)布置示意圖在混凝土澆注前將應(yīng)變計按預(yù)定的測試方向固定在主筋上，測試導(dǎo)線引至混凝土表面。4.3.3監(jiān)測方法跟蹤監(jiān)測鐵路運(yùn)營和基坑施工過程中以及早晚溫差變化的控制截面應(yīng)力變化。若發(fā)現(xiàn)觀

10、測值與理論計算值相差較大，則應(yīng)立即報警、分析原因并提出有效的措施。4.4 測量機(jī)器人動態(tài)測量使用測量機(jī)器人leicatca1201（測角精度：1, 短程靜態(tài)測距精度：0.8 mm ）或leicatca2003（測角精度：0. 5, 短程靜態(tài)測距精度：0.5 mm ），通過鎖定某個監(jiān)測點(diǎn)上棱鏡，采用快速跟蹤測量和數(shù)據(jù)處理，實(shí)時監(jiān)測運(yùn)動目標(biāo)的三維微小變化，采樣頻率可達(dá)5hz。5設(shè)定監(jiān)測報警值及監(jiān)測頻率（1）橋面隆沉：10mm，2mm/d；橋面水平位移（x向）：10mm，1mm/d；橋面水平位移（y向）：10mm，1mm/d。（2）橋面相鄰測點(diǎn)差異隆沉：5mm，1mm/d；橋面相鄰測點(diǎn)差異水平位移（

11、x向）：3mm，1mm/d。（3）鋼筋應(yīng)力200n/mm2。（4）橋面隆沉每天至少一次，橋面位移每6小時測一次，鋼筋應(yīng)力每天至少一次，特殊情況另定。6.監(jiān)測成果的整理6.1監(jiān)測數(shù)據(jù)的檢核受觀測條件的影響，任何變形監(jiān)測數(shù)據(jù)都可能存在誤差。在變形監(jiān)測中，由于變形量本身較小，臨近測量誤差的邊緣，為了區(qū)分變形與誤差，提取變形特征，應(yīng)設(shè)法消除較大誤差，提高監(jiān)測精度，從而盡可能地減小觀測誤差對變形分析的影響。監(jiān)測成果檢核的方法很多，主要工作分為野外檢核和內(nèi)業(yè)檢核。6.2粗差的處理監(jiān)測工作由于周圍環(huán)境及地質(zhì)條件復(fù)雜，監(jiān)測項(xiàng)目多、次數(shù)多，工作量大，工期長，加上施工干擾及其它一些不可預(yù)計因素的影響，在大量監(jiān)測數(shù)

12、據(jù)中出現(xiàn)少量粗差是不可避免的。粗差的存在將使模型歪曲，造成參數(shù)的最小二乘估計嚴(yán)重失實(shí)。穩(wěn)健估計是在粗差不可避免的情況下，選擇適當(dāng)?shù)墓烙嫹椒?，使所估參?shù)盡可能減免粗差的影響，得出正常模式下最佳或接近最佳的估值。在假定模型基本正確前提下，穩(wěn)健估計具有抗大量隨機(jī)誤差和少量粗差的能力。6.3數(shù)據(jù)分析與預(yù)測工程建筑物的空間特性和動態(tài)變化是變形監(jiān)測和分析的主要內(nèi)容。其方法是選定某些特征點(diǎn)，對其周期性地進(jìn)行重復(fù)觀測，通過數(shù)據(jù)處理，研究被監(jiān)測點(diǎn)群的沉降、水平位移等隨時間變化規(guī)律，尋找一種能夠較好反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律的函數(shù)關(guān)系，對下一階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大位移值或應(yīng)力值，以預(yù)測建筑物和結(jié)構(gòu)

13、的安全狀況，評價施工方法，確定工程措施。6.4監(jiān)測報表的提交當(dāng)天測得的數(shù)據(jù)，于當(dāng)天分析整理完畢，并在網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布，日報表在24小時內(nèi)提交業(yè)主。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時，及時報告業(yè)主、監(jiān)理、施工及設(shè)計各方。日報表內(nèi)容應(yīng)包括監(jiān)測說明、結(jié)論、監(jiān)測數(shù)據(jù)、布點(diǎn)圖等。監(jiān)測工作進(jìn)行一段時間或施工某一階段結(jié)束后，應(yīng)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，形成月報表、季報表或技術(shù)總結(jié)。月報表、季報表的內(nèi)容應(yīng)包括前段時間的工作綜述、監(jiān)測數(shù)據(jù)、布點(diǎn)圖、數(shù)據(jù)分析及變形預(yù)測等內(nèi)容。7.結(jié)語寧波站鐵路便橋動靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)（橋面三維位移、格構(gòu)柱三維位移、橋面應(yīng)力），并結(jié)合各階段的分析結(jié)果，橋面三維位移、格構(gòu)柱三維位移、橋面應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況比較符合理論計算，各項(xiàng)監(jiān)測內(nèi)容未出現(xiàn)安全報警（鋼筋應(yīng)力報警值±200mpa，橋面和格構(gòu)柱三維位移報警值縱向±10mm、橫向±5mm和豎向±25mm），