公路路基下穿高速铁路桥梁监测关键技术

公路路基下穿高速铁路桥梁监测关键技术

陈玥

中铁二十三局集团第六工程有限公司，重庆401121

摘要：随着我国高速铁路的发展，公路路基下穿高速铁路桥梁工程数量增加，路基施工引起的既有桥梁振动引起的轨道不平顺可能导致高速铁路安全运营。因此，公路路基下穿高速铁路桥梁的监测工作越来越受到重视。随着我国地质条件的改善和新技术、新工艺的应用，铁路线路条件日趋复杂，铁路路基下穿公路施工时对既有高速铁路的影响越来越大，对既有高速铁路进行定期监测是十分必要的。由于既有桥梁结构复杂，且难以实施常规检测手段，故研究在公路路基下穿高速铁路桥梁时对既有高速铁路进行监测的关键技术和方法是十分必要的。本文对路路基下穿高速铁路桥梁监测关键技术进行研究与分析。

关键词：公路路基；下穿高速铁路；桥梁监测；关键技术

前言

近年来，我国的高速铁路建设迅猛发展，在许多大中城市规划了城市间高速铁路通道。随着高速公路与城市铁路的日益增多，不可避免地会出现公路路基下穿高速铁路桥梁的现象。由于城市道路和高速铁路设计建设周期短、标准高，两者的交叉不可避免地会对高速公路及高速铁路桥梁结构造成影响。随着我国经济的快速发展，全国铁路的运营里程与运营速度不断增加，大量的新建铁路桥梁及高铁线路被建设在城市中，使得城市道路与铁路之间的交叉越来越频繁。然而由于新建公路与既有铁路间的交叉类型多、情况复杂，设计施工不当常常导致公路路基沉降和铁路桥梁倾斜。因此如何保障高速公路与既有铁路间的安全可靠运行成为了人们关注的焦点。

一、监测方案的设计

高速公路下穿高铁桥梁的监测项目包括：（1）路基沉降变形监测，其中包括路基沉降观测及变化规律、桥梁墩台沉降及变化规律；（2）高速铁路桥梁水平位移监测，包括高速铁路桥梁支座沉降观测及变化规律；（3）高速铁路桥梁应力监测，包括高速铁路桥梁支座垫层及梁体结构应力的监测；（4）高速铁路桥梁倾斜观测，其中包括高速铁路桥面板、桥墩及基础的倾斜观测。为保证公路路基的沉降变形符合高速公路路基下穿高铁桥梁监测要求，需建立一套高速公路路基下穿高铁桥梁监测系统，该系统主要包括三部分：（1）监测预警系统；（2）监控预警管理平台；（3）信息化施工控制系统。

（一）监测方案

采用基于物联网技术的监测系统对路基下穿高速铁路桥梁进行监测。采用全站仪和GPS等仪器对路基沉降、桥梁位移、轨道不平顺等进行定期监测。实时监控路基沉降和桥梁位移，为路基工程施工提供指导依据；同时对既有高速铁路的列车运行状况进行实时监控，并通过相应软件发出预警信息。采用传感器，如挠度传感器、轨道不平顺传感器等，实时采集高速铁路信号传输到监控中心系统，在中心计算机中进行数据处理，形成了一套完整的自动监测系统。监测数据传输到中心计算机后，通过系统软件显示出来。监控中心工作人员根据监控数据随时调整路基沉降和桥梁位移的实际数值和报警值。当实际数值超过设定值时发出预警信息，并通知相关施工单位及设计单位采取相应措施。

（二）监测频率

高速铁路对监测频率要求较高，考虑到测量精度与测试效率，需要对监测频率进行调整。本工程施工期间，根据现场施工情况及监测工作需要，需对高速铁路桥梁进行24小时连续不间断监测。对于轨道结构或轨道几何参数出现异常的位置，需加密监测频率；当轨道几何参数出现明显变化时，则应及时分析原因并调整监测频率。根据《高速铁路运营安全技术条件》要求，对轨道几何参数进行监测时，应采用全站仪双测站法，当其中一个测点出现异常时（如轨道高低、水平和轨向），应及时分析原因并调整监测频率。实际施工过程中，建议每3天进行一次全桥平面几何变形、轨道几何参数变化等的监测；在每次检查后1天内及时进行分析并调整监测频率。

（三）监测数据处理与分析

施工期间铁路桥梁的振动幅度增大，可能会影响高速列车运行安全。根据工程监测数据，路基施工对既有高速铁路的振动影响主要集中在列车运行速度较高时。随着列车运行速度的提高，引起路基变形的作用逐渐增强，导致高速铁路桥梁振动幅度增大。另外，施工期间由于路基施工对高速铁路桥梁造成了一定的损伤和扰动，导致轨道不平顺度增加。而桥梁的不平顺度又会反过来对路基造成影响。对于既有高速铁路的振动监测，由于高速列车运行速度较高、轨道不平顺度较大，且列车通过桥梁振动，故监测结果中速度较高或轨道不平顺度较大的地段可作为重点监测区段；而桥梁沉降速率较小或位移速率较快的地段则作为一般监测区段。若测点数量不足时则可按照两个相邻测点计算沉降量和沉降差来判断监测区段是否需要进行加强监测。

二、桥梁质量检测的关键技术

（一）压实度检测技术

在桥梁施工过程中，试验检测工作的主要内容是路面和路基，压实度是质量标准里的一个重要指标，一般采用灌砂法、环刀法和核子密度计检测等方法进行检测；在土地基上，一般用核密度计检测法或灌砂法等方法，来检验此类地基的压实度。就测试结果的准确性而言，灌砂方法的测试结果相对精确，可以精确地反映出压实地层的真实密度；在使用灌砂方法进行密实测定时，必须保证所使用的量砂是均匀、干燥、干净的，并且每一次更换的砂子数量都要进行再次校正；在检查的时候，所选的测点要平坦，要有代表性，要将检测表面上的杂质等全部清理掉，特别是在启动灌砂开关之后，要保证砂筒的静态和稳定，不能对灌砂筒体进行碰动或摇晃，在筒内灌砂完全停止前，也不能过早地关闭灌砂开关；在试验隧道内挖掘出的一切物料，不得有任何的遗漏和抛洒，并要完全称量重量；采样测定水分含量时，所选样品应具有一定的代表性，不可任意挑选或仅对某些不具代表性的样品进行筛选。在进行压实检验之前，一定要认真阅读该仪表的操作手册，知道该仪表的基本资料，并按照手册，对该仪表的各种特性进行测试，以确定该仪表的状态良好，可以在检验工作中正常运行；因为核子密度计检测，是使用放射性元素，来对路基进行检测，从而探测出路基填土中的含水率和路基填土密度。它具有以下优势：检测速度快速，需要花费的人力较少，其试验可以多次重复进行。

（二）连续平整度检测技术

在完成精确测量之后，由专业技术人员对精确测量数据信息的标准偏差进行分析，科学地对数据信息的误差状况进行研究，从而更好地体现出路面平整度的瞬变状况。精确量测资料的标准偏差较大，则表明了道路的平整程度较低，从而更好地体现了道路工程的品质。平整度试验车辆通过在道路表面进行的均匀移动，得到了较高的精度。为了确保测量结果的正确性，通常需要每小时6公里以上的速度。与刻度测量方法相比，这种方法不仅精度高，效率高，而且自动化程度高，而且需要更多的技术人才。平坦度测试车的技术性能指标：测试速度为30～80km/h，最大测试幅值为±20cm，位移分辨率为1mm，距离分辨率为1m，计算路段长度为20m以上的任意段长

（三）浇灌砂浆法

浇灌砂浆法可以对公路、桥梁的压实情况进行评价，相对于其它常规的检测方法，比如环刀法，它的优点是更精确，而且由于浇灌砂浆法的试验操作较为简便，对外部因素的抵抗力也较高，所以用这一试验方法所得到的有关数据会较为稳定，并不会因为过多的因素而出现一定的波动，所以这一试验方式所得到的结果也就更具借鉴的价值。采用浇灌砂浆方法进行质量检验时，要对基础地区的土体的水分和密度进行研究，同时要在施工现场基础地区快速的提取土体的样品。

（四）静力试验检测

首先，对梁桥进行是静力试验孔时，试验孔径的选取直接关系到测试结果是否能够真实地反应桥梁的使用特性，因此对测试结果的适应性要求较高，对测试结果的适应性要求较高。因此，需要制定合理的装车方案。当井眼被精密地开挖后，为了在数量较少的井眼内得到一组有显著特性的实测数据，必须进行严密而精密的策划才能完成策划。另外，要全面测量其路桥的承载力，新工程的规划是一个必须加以强化的关键环节，更加不划算。在进行静力荷载测试时，通常只有一个或两个重要的控制断面，并视实际条件而定，可增加若干个控制断面。在该方案的制定过程中，应结合实验条件及仪器自身条件确定有效值。对桥梁进行测试，将会受到时空上的局限。静态载荷的测试应根据实际操作情况和施工情况，尤其是检测之前，应作好详细的计划和布置。公司将每天的工作都仔细地贯彻在每个检测人员的头上，努力做到清洁，整齐，合理，以保证检测工作的顺利进行。在现场进行测试时，必须有丰富的实践工作经历和其它工作人员紧密合作。在进行测试之前，要求工作人员要对整个测试过程有一个明确的了解，并且要在第一时间依据反馈，以便在工地上进行快速的调整。加载方式应根据设计计划中所规定的项目施工阶段分级来选择加载方式。若负荷的工作状况不完全，则真实的资料信息为第一位，则真实的操作者应中断试验，以最大限度地保障试验者的安全。

三、公路路基下穿高速铁路桥梁监测关键技术措施

（一）路基设计

针对工程项目的具体地点，对其进行了科学的规划，要充分地重视对周围的环境的保护，在进行规划时不能出现弃方、不取方的情况，在规划过程中，原路基层的挖除土石块可以被用来进行清表回填；在进行地基的填筑高度的时候，要让路肩边边缘高出地基的两边的地面积水高度，同时还要将地下毛水、毛细水和冻胀作用等因素进行考量，以防止地基的强度和稳定性受到影响，同时还能有效降低地基的工后变形，从而防止了病害的发生。要注重对路基边坡的坡度进行有效的控制，为了防止在道路的搭接处出现不均衡的沉降，要对路床进行拓宽，同时在一片区域中对新、老路床进行翻拌和压实；在道路上，通常会选用级配比较好的卵质和沙质的粘土等来做填充物，并控制好调料最大粒径、液限和塑化指标等进行严格的控制。

（二）路基填土

在进行路基回填之前，可以选取一段作为实验区，并对其厚度、施工方法及施工人员等因素进行研究。为了防止路面中间有偏差，在每个填料之前都要先把填料的边界线放出来。对施工过程中出现的问题，要进行严格的检验，并对其进行自我检验，符合规定的标准后，再经监造人员重新检验。每一施工区的长短，应依据其日天涂层、路基的宽度等来决定，并应严格遵守有关规定及工程技术条件，在此基础上进行土方填筑工作。

（三）路基填方的施工要求

首先是对路基进行回填，回填时应根据线路走向进行分层，并对回填高度进行科学的控制，采用分层并行摊铺法进行回填，保证路基的密实程度。每种填筑材料的厚度，应控制在一个合理的区间内，以保证在路基的边坡处，达到充分的压实效果。对于各种土壤类型的填充物，应采用分层充填的方式，尽可能地减小填充物的层位，并对每一层的铺盖进行适当的控制。在基坑开挖后，应根据设计的需要，采取双层的翻拌法和压实法。在路基的填筑深度小的情况下，可以对原有的表层进行清理，并对挖掘后的土质基底进行翻松，然后对其进行平整、压实。当路基回填过大时，应先对路基地基进行平整，然后再回填。在拓宽公路路基时，必须在公路路基两侧开挖具有内坡度的梯级，并采用良好的透水材料填充。当路基边界有修建人行道时，人行道不得用作路基的回填段，必须进行二次回填。在公路路基工程的建设过程中，要注重选择合适的施工方式，以防止对建筑物产生损害，使建筑物的安全和温度发生变化。

（四）路基填方的质量检测要求

在施工过程中，必须做好路基的排水工作，并将临时排水与永久性排水体系有机地配合起来，以避免在分层填筑路基过程中的蓄水对坡面的侵蚀；在进行层状回填时，应保证基层的压实与底面路拱满足有关规定；对填充材料的强度进行了严格的管理，以满足有关的规范和图纸的设计，并利用填充材料的最小强度和路基密实程度对填充材料的施工进行了严格的管理。

四、结论

在高速铁路桥梁施工过程中，由于公路路基开挖，将会使高铁桥梁产生一定的沉降，进而引起高铁桥梁出现倾斜，严重时还会导致桥梁断裂等情况发生。因此，在实际施工过程中，必须对公路路基下穿高铁桥梁进行有效的监测，保证高速铁路安全运营。在监测过程中，必须采取有效的措施来避免公路路基下穿高铁桥梁时对高速铁路造成危害。同时也希望今后有更多类似工程应用此套监测方案进行施工，以确保高速铁路桥梁结构安全可靠。

参考文献：

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