混凝土方包穿越引起铁路桥墩变形研究

混凝土方包穿越引起铁路桥墩变形研究

李丽霞

（上海铁大建设工程质量检测有限公司，上海 200333）

摘要：某拟建钢筋混炭土方包采用直埋方式穿越既有铁路桥墩，铁路桥下最大开挖深度1.8m,开挖深度虽然不大，但距离桥墩较近，方包边缘与既有铁路上行化古塘大桥 7#、 8#桥墩承台水平距离分别为 3.68m 和 3.73m,底部高7#、8#桥墩承台底部分别为 0.20m 和 0.67m。采用明挖放坡施工，为掌控施工过程中，土体开挖对既有铁路变形影响，施工期间对穿越范围内既有桥墩变形采用自动化监测，本文对监测实测数据进行了分析，监测结果表明，整个施工期间铁路桥墩变形数据较小，满足铁路变形控制要求。希望通过本工程研究能为类似工程提供借鉴意义。

关键词：铁路桥墩；穿越；放坡开挖；变形监测；

0引言

目前，道路、管道等穿越既有铁路桥墩建设项目越来越多，主要采用盾构穿越、顶进、上跨以及明挖施工等主要方式。施工过程中加卸载对桥墩周边土体产生较大扰动，一旦控制不当极有可能造成既有铁路桥墩偏移和沉降，还有可能引起既有铁路桥墩结构承载力降低，影响既有铁路的正常安全运营。为保证桥墩变形可控，除了在穿越段采取特殊加固措施外，还必须对铁路桥墩设置变形监测点，实时监控桥墩变形。基于此，本文依托某具体工程实例，对拟建钢筋混炭土方包采用直埋方式穿越既有铁路桥墩对桥墩变形影响开展研究，希望本文研究能够为类似工程提供借鉴。

1工程概况

本工程拟建钢筋混炭土方包，采用明挖直埋款设(方包内穿 4 根给水管，管径分别为 2-DN500mm、1-DN600mm 与1-DN800mm,材质均为钢管，壁厚均为 12mm)下穿宣杭铁路。下穿处位于宣杭铁路广德～誓节渡站区间化古塘桥梁段，下穿处铁路里程分别为上、下行里程K51+783、K51+787。方包中心线与铁路上、下行线夹角交角分别为 79.9°与 79.0°,管道总长 103.79m。

图1、穿越平面位置图

本工程方包轴线与宣杭铁路下行中心线夹角79。长度97m，方包边缘与宣杭铁路下行化古塘大桥7#、8#桥墩承台水平距离分别为3.64m 和 3.64m，方包底部高于7#、8#桥墩承台底部分别为 3.80m和3.80m。方包同步穿越宣杭铁路上行线(铁路里程：K51+783)，方包轴线与宣杭铁路上行中心线夹角79.9。方包边缘与宣杭铁路上行化古塘大桥7#、8#桥墩承台水平距离分别为 3.68m和3.73m, 方包底部高于 7#、8#桥墩承台底部分别为 0.20m 和 0.67m。

2、施工内容

方包高度 1.3m，宽度 3.26m，内套管间净距不小于 10cm。采用明挖直埋敷设，方包长 103.79m，铁路桥下最大开挖深度 1.8m，采用 1:1.5 放坡开挖，坡面挂网喷射10cm厚C20 混凝土加固，坑底夯实设置 10cm厚混凝土+10cm 厚级配碎石垫层。严禁基坑长时间暴露，基坑顶四周严禁堆物体，严禁车辆在四周行驶。方包混凝土施工整体浇筑，一次完成。施工流程如图2.

图2 施工流程图

3自动化变形监测方案

3.1监测方法

本项目采用智能化自动监测方法，整套系统以全自动全站仪为数据采集核心，通过数据采集系统智能化一体化测控终端设备将监测数据无线传输到服务器+监测管理平台，监测管理人员通过登录监测管理平台查看监测数据并编制报表对外发布。根据现场踏勘情况可知，邻近营业线大型机械施工、基坑开挖、结构施工期间，对宣杭铁路桥墩基础产生扰动，宣杭铁路桥墩安全是本工程的监测重点。

图3 自动化监测流程图

3.2监测点布置

因监测项目所在施工区域条件限制，为保证通视，观测墩现场砌筑在宣杭铁路两线中间。由于观测频率高、现场施工情况复杂，不确定因素较多，故本次监测采用基准点+工作站的监测方式。工作站选择施工区域外相对稳定、方便使用的位置，采用观测墩+观测标架的方式布设，使其与基准点近似等边三角网。观测标架采用高强度合金材质制作。下图片为本项目建好后的工作站图片。如图4所示。

图4现场工作站实物图

宣杭铁路6#∼9#桥墩（双排墩）每个桥墩顶部布置2个自动化监测点（竖向、水平位移），底部布置2个自动化监测点，即每个桥墩合计布置4个监测点。可布置于平行铁路方向侧桥墩面或垂直铁路方向桥墩侧面处，共计布置32个监测点。桥墩自动化监测点通过强力胶水将钢板粘贴在桥墩混凝土表面，棱镜通过L型拐角安装在钢板上。本项目中采用全站仪自动化监测方法，基准点应设置在邻近营业线施工影响范围区之外的稳定区域，测站布设3个基准点。并在每次监测前对基准点进行稳定性分析，确定基准点稳定后方可进行监测，当发现不稳定时，及时更新或补设。监测点布置照片如图5所示。

图5自动化监测流程图

4监测数据分析

4.1基准点稳定性分析

根据工程性质，进行监测资料整理分析时，结合人工巡视资料和工程工况等对观测资料进行综合分析。（1）可靠性检验

在资料整理分析过程中，对原始观测资料进行可靠性检验和误差分析，当日原始观测数据存在粗差，立即重测，并更正原始观测数据。检验时采用以下方法：作业方法符合规定；观测仪器性能稳定、正常；测点无松动等异常情况；各项测量数据物理意义合理，符合一致性、相关性、连续性和对称性原则。

（2）对粗差进行有效判断，在观测时进行现场校核、计算观测数据。

（3）每次观测后立即对原始观测数据或监测值进行填表制图、异常值的剔除、初步分析和整理等工作，并将检验过的数据输入计算机的数据库。

（4）利用现场监测数据绘制时间—位移曲线图（散点图）和随时间、荷载变化的时态变化曲线图。根据散点图的数据分布情况，合理选择函数对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大变形值（位移值）和应力值、变化规律和发展趋势，预测结构和建筑物的安全状况，并根据工程的安全状态提出应采取的措施。

通过每次测量成果报告，分析基准点的稳定性，并做好基准点的定期复核工作。本项目监测过程中检核精度符合要求，基准点和工作站相对稳定，满足要求，如图6所示。

图6 基准点沉降变化曲线图

4.2桥墩变形监测数据分析

施工期间部分桥墩竖向位移、横向水平位移、顺向水平位移分别如图7、图8、图9所示。

图7 墩身竖向水平位移曲线图

图8 墩身横向水平位移曲线图

图9 墩身顺向水平位移曲线图

如图所示，根据项目特点和监测重点，变形速率的分析主要以施工期间和后续监测两个阶段为主，施工期间桥墩监测点横向位移最大变形速率为0.12mm/d，顺向位移最大变化速率为0.14mm/d,竖向位移最大变化速率为-0.14mm/d。施工结束后桥墩监测点横向位移最大变形速率为0.14mm/d，顺向位移最大变化速率为0.12mm/d,竖向位移最大变化速率为-0.20mm/d。日变化速率均较小，未超过预报警值。但由于受外界气候及环境温度影响，在每日监测时，单次变化速率表现出不同程度的波动变化。本项目施工阶段变形速率及监测结束后平均变形速率均在可控值范围内。

整个监测周期内监测点的竖向位移较为稳定，铁路桥墩竖向位移在-1.6mm～+1.4mm（其中“+”表示隆起，“-”表示下沉）之间波动，横向位移较为稳定，其中铁路桥墩横向位移在-1mm～+1.7mm，（其中“+”表示在铁路北侧，“-”铁路南侧）之间波动。铁路桥墩顺向位移在-1.3mm～1.5mm，（其中“+”表示在铁路西方向，“-”铁路东方向）之间波动。结合总体情况变形量较小，距离报警值3mm有一定富余量，从整个监测数据分析桥墩位移变化均在可控范围内。

5结论

针对拟建钢筋混炭土方包，采用明挖直埋方式穿越既有铁路桥梁，施工期和施工后期采用自动化监测方式全程监控桥墩变形，最终监测数据表明，对桥墩变形影响在可控范围内，实施效果较好测，对本案例研究总结如下：

（1）采用的自动化监测方式，基准点稳定分析表明：通过每次测量成果报告，分析基准点的稳定性，并做好基准点的定期复核工作。本项目监测过程中检核精度符合要求，基准点和工作站相对稳定。

（2）整个监测周期内监测点的位移较为稳定，铁路桥墩竖向位移累计变化量在-1.6mm～+1.4mm之间，铁路桥墩横向位移在-1mm～+1.7mm，铁路桥墩顺向位移在-1.3mm～1.5mm之间，均未超过铁路控制标准±3mm要求，保障了铁路的安全运营

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