元 萌

(上海勘察设计研究院(集团)有限公司，上海 200438)

0 引言

城市轨道交通分为地下段、地面段和高架段。轨道交通在工程地质条件、人类工程活动和地面沉降等诸多因素的共同作用下，其隧道和高架等结构易产生不均匀沉降，进而影响着结构安全和列车运行状态[1,2]。为及时掌握轨道交通的隧道和高架结构变形情况，分析其形变成因，评估其结构使用状况，为后期结构维修提供依据，需对轨道交通进行全线长期监测，并针对变形较明显的区域提高监测频率[3,4]。

对于城市地铁高架桥，为更全面的掌握桥梁的健康状态，需要对梁面道床、桥墩分别进行沉降监测。以某地铁高架段为例，对城市地铁高架桥的监测方法、特点难点及解决办法进行阐述，并对变形较大的连续梁区域进行沉降监测数据分析，可为类似工程的沉降监测提供参考。

1 工程概况

该地铁线路全长约6 km，均为高架区间。全线共包括3个区间、4个车站，自东向西分别为：甲站—乙站—丙站—丁站。最大站间距3.3 km，最小站间距1.1 km，平均站间距1.9 km。在丁站以西设置了约360 m的接驳折返线，车站采用“建桥合一”的结构形式，箱形梁作为轨道梁。线路跨越多条道路、河流，并在乙站—丙站区间，相继横跨A高速和B高速。

区间高架桥上部结构主要采用25 m，30 m标准跨径预应力混凝土简支箱梁，跨越道路或河流的桥梁采用预应力混凝土连续梁与钢混叠合简支梁结构。其中，跨越高速公路的2座大桥采用三跨预应力混凝土连续梁桥进行一跨跨越。高架桥梁下部结构主要采用φ600 PHC桩或φ800钻孔灌注桩。高架线正线采用60 kg/m钢轨的无缝线路，车场线采用50 kg/m钢轨。道床为WJ-2型有螺栓弹性分开式扣件与混凝土短枕式纵向承轨台整体道床。

线路通车运营后，为了全面掌握沉降变形情况，自2013年8月至2018年年底，对全线进行为期5年的长期沉降监测，各年度的监测频率为1次/半年或1次/季度(见表1)。迄今为止，已完成16次监测工作，并对跨线连续梁等重点区段进行多次加密监测；全面的涵盖了线路自运营至今的结构健康数据。

表1 跨线连续梁测量时间统计表

2 实施方案及创新点

2.1 测点布设

1)道床沉降点。

高架简支梁的每跨桥梁均分上、下行线等距设5个沉降点：两端各布设一点，跨中和1/4处各布设1点；高架连续梁在每跨梁上、下行线两端及跨中各设一点外，其余范围按5 m一个设置沉降点；车站段在每跨梁的上、下行线等距布设3个沉降点：两端及中间各布设一点。

2)立柱沉降点。

高架单立柱每柱设2个沉降点，分别沿线路外侧布设于立柱两侧；高架双立柱在两立柱内侧对称位置处分别设置1个沉降点。

2.2 测量方法

现场测量按照二等水准要求进行。沿线路分别在道床和地面设两条平行的二等水准线路。在地面每隔约15根立柱则在相应立柱上设一个地面水准结点，车站正下方地面水准结点与临近车站的深式水准点或城市水准点联测；各车站站厅设一个水准结点，道床水准线路附合至站厅水准结点；每座车站站厅水准结点与地面水准结点进行上下联系测量，由此构成空间上的水准环[5],见图1。

在道床水准线路测量的同时对道床沉降监测点采用中视法进行测量。立柱测量首先进行水准线路测量，随后用中视法分段测量立柱沉降监测点，每一测段均附合于相邻的两个立柱水准结点。

外业测量使用Leica DNA03/LS10电子水准仪进行,历次测量前，对仪器i角进行检测，根据多年测量经验，在i角不大于4″时可使用，否则应校准。历次外业测量应遵守：固定仪器、人员、线路、测站的“四固定”原则[5]。

2.3 测量创新点

1)车站上下联测的温度修正。

该项目监测的时间段，经历盛夏和隆冬，在一年中两个极端气象条件下，混凝土结构的热胀冷缩变形比较明显：混凝土热膨胀系数为0.000 01 ℃-1，即每升温1 ℃，每米混凝土膨胀0.01 mm。一般来说，盛夏和隆冬的平均温差为30 ℃，对于10 m高的高架立柱，温度变化引起的变形达到了3 mm，这对高架结构监测来说，是无法忽视的。为此，本项目在监测过程中，加入了温度改正，对由于温度变形所导致的结构变形进行了修正，避免了由于正常的温度变形所带来的“假性”沉降变化。

2)大跨度连续梁的测量精度控制方法。

线路中跨A高速和跨B高速的两处桥梁均为三跨连续梁。其中，跨B高速连续梁，全长280 m，由三跨组成(75 m+130 m+75 m),该梁斜跨B高速公路，道床与地面高差超过20 m，是一座跨度大，高度高的地铁连续梁结构。在对三跨连续梁测量时，由于受到桥梁下方高速往来车辆的震动影响，仪器镜头会出现视线跳动的情况。因此，对测量精度控制提出了较高的要求。在实施中，合理选取线路节点，缩短测站视距，采用多台仪器同时测量，在尽可能短的时间段内完成作业等方法，解决了大跨度连续梁的测量精度控制问题。

3)重点关注连续梁区域，与温度结合进行变形分析。

在前期测量成果显示：2处大跨连续梁跨中下沉明显，且下沉的趋势与温度变化有一定的相关性。在后续测量及数据分析中，严格记录测量时的温度，并在保证历次监测数据精度满足要求的前提下，结合大跨连续梁自身的结构特性，着重分析了以下几个方面：

a.自运营起，连续梁下挠的发展趋势和规律；b.历次变形与温度的相关性；c.中跨下挠、边跨上拱及下方桥墩的沉降之间的差异，是否会对桥梁结构整体造成损伤等。

3 测量结果分析

3.1 全线沉降变形分析

以2013年8月测量值为初值，2018年下半年全线累计沉降曲线图如图2所示。

测量结果显示：

1)线路部分区段出现立柱、道床的不均匀沉降或整体下沉，累计沉降量集中在-10 mm～-15 mm左右。这是由于自线路开通以来，位于地铁安全保护区内的建(构)筑物距离线路较近且施工密集，其进行的打桩、开挖、工程降水等一系列工程活动，对地铁结构的变形有明显影响。随着保护区内施工的结束，对应区段高架桥的沉降变形趋于稳定。

2)位于乙站—丙站区间的两处跨线连续梁受混凝土徐变、温度、自身结构及行车等因素影响，产生的变形较为明显，因此在特定时期，对连续梁进行了一定频率的加密监测。经统计分析发现：两处跨线连续梁桥在沉降趋势、挠度发展、变形受温度影响等方面均有很强的相似性，由于篇幅限制，仅对变形最为明显的跨B高速连续梁监测数据进行分析。

3.2 跨B高速连续梁桥沉降分析

横跨B高速的连续梁全长280 m(75 m+130 m+75 m)，采用三跨预应力混凝土连续梁桥进行一跨跨越。

1)立柱。

跨B高速连续梁的桥墩对应里程及2018年12月累计沉降量(以2013年8月测量值为初始值)见表2。

表2 跨B高速连续梁桥墩里程统计表

由表2中可知，桥墩自运营起5年内累计下沉量小于5 mm，沉降处于较稳定的状态。

2)道床。

若将连续梁靠近乙站一端、位于立柱上方的道床沉降点作为参考点，历年第四季度连续梁上其他沉降点相对一侧梁端参考点的累计变化量曲线如图3，图4所示。

由图3，图4可知，连续梁累计沉降变形曲线呈明显“海鸥形”。

a.中跨跨中相对两端呈现下沉趋势，且下沉量逐年增大。截至2018年12月，上、下行线跨中点相对于乙站一侧梁端的沉降量分别为-57.1 mm，-56.7 mm。

b.两侧边跨呈上拱状态，尤其是近丙站一侧边跨，截至2018年12月，上、下行线相对参考点的最大上抬量分别为+21.5 mm，+20.6 mm。

c.连续梁上最大下沉点和最大上抬点之间的相对沉降量持续增大，无稳定迹象，并在2018年11月～12月呈现加剧状态。

以上行线为例，绘制2018年下半年历次相对沉降量曲线，并对测量时温度进行统计,见图5。

表3 2018年下半年测量时温度统计

由图5，表3可以看出：2018年下半年，沉降变化主要发生在9月～11月、11月～12月。以上两个时间段内，温度均发生下降，同时中跨跨中下沉、边跨跨中上拱的趋势发展较明显。12月14日～12月19日之间，温度发生上升，中跨随之发生上抬，边跨下沉，相对沉降有一定减小。由此可见，跨B高速连续梁的沉降变形与温度有一定相关性。

3)跨中沉降与温度相关性分析。

以乙站一侧梁端沉降点为参考点，跨中点历次相对累计变化量与测量时温度的匹配曲线图见图6～图8。

由图6可知：测量温度较上次升高时，中跨跨中发生小幅度的上抬或保持不变；温度较上次下降时，中跨跨中则发生较明显的下沉。中跨跨中的变形与温度变化有一定的相关性，但从历时来看，中跨跨中仅在温度明显升高时，有小幅度上抬，整体上仍处于持续下沉的状态，且2018年下半年下沉的速率较往年有所增加,详见表4。

表4 历年跨中沉降量统计表 mm

由图7，图8可知：测量温度较上次升高时，边跨跨中发生小幅度的下沉或保持不变；温度较上次下降时，边跨跨中则发生上抬。边跨跨中的变形也与温度变化有一定的相关性，但从历时来看，边跨跨中在整体上仍处于持续上拱的状态。尤其是靠近丙站一侧边跨，上拱较为明显，近半年上拱速率有所增大。

4 结语

1)全线沉降变形明显的区域为两处跨线连续梁。其中，跨B高速连续梁区段，中跨跨中持续下沉，边跨跨中上拱。截至2018年度，中跨和边跨跨中最大相对沉降已达到70 mm；中跨跨中最大累计沉降量为-59.3 mm，跨中挠度为-54.9 mm。跨B高速连续梁变形量已临近加固预警值。

2)为保证连续梁结构安全，需对两座桥梁的结构裂缝、自振频率和支座滑动等情况进行全面检查检测，并对其进行频率为2次/月的加密监测。

3)该项目通过上下联测温度修正法、大跨度连续梁测量精度控制法，保证了测量数据准确性。

4)将连续梁变形与温度变化结合起来进行分析，发现线路中两处连续梁的变形对温度变化较为敏感。

5)为地铁高架段长期变形监测及地铁大跨度连续桥梁的监测及变形研究提供参考。