申江路高架跨越上海磁浮示范运营线的综合监护技术

胡松涛 王国强 曾国锋 叶 丰 高 阳

(1. 同济大学国家磁浮交通工程技术研究中心， 200092， 上海；2. 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室， 201804， 上海//第一作者，硕士研究生)

0 引言

上海磁浮示范运营线(以下简为“磁浮线”)西起龙阳路轨道交通枢纽，东至上海浦东国际机场。随着城市交通建设的快速发展，交通网越来越密集，不可避免地会有新的工程(道路、轨道交通、管线等)穿越磁浮线路或其它既有工程。这些新建工程或者上跨或者下穿既有构筑物。高架结构在跨越既有桥梁和结构的施工过程中，会对既有桩基等结构物造成影响，导致既有桩基等结构物产生变形进而影响其平顺性。因此，高架结构上跨工程对地表及桩基结构的变形控制成为施工与运营的重点与难点。

由于高速磁浮系统对轨道的变形精度要求非常高，类似工程的经验不能直接采用，且申江路高架跨越磁浮线工程尚属首次，这就对现场施工与变形监测提出了更高的要求。根据《上海市轨道交通管理条例》[3]、《上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定》[4]和《上海高速磁浮安全保护区管理条例》[5]规定，磁浮轨道梁投影线两侧各30 m范围内均为磁浮保护区，在保护区范围内施工必须经市运输管理处同意。施工单位应办妥在轨道交通安全保护区内作业的监护手续，并根据批准的作业方案进行施工。轨道交通项目建设单位或者线路运营单位应当编制作业项目监护方案，对安全保护区内的轨道交通结构设施进行保护。本文将综合监护技术运用到申江路高架跨越磁浮线工程中，保证了施工过程中磁浮线的正常安全运营。

1 工程概况

申江路(中环线—沪芦高速S 2)高架专用道工程位于上海市浦东新区，北起已建的中环线申江路立交，向南经军民公路、沔北路、康桥东路、沪高速S 20、沪芦高速S 2，至迪士尼西入口入园大道。线路全长约6.7 km，道路红线宽40.0～88.5 m，高架桥总宽度为25 m，跨越康桥路到沪高速S 20结束，如图1所示。

图1 申江路、康桥东路和磁浮线相互关系俯视图

申江路跨越磁浮线工程共包括16段钢箱梁，跨度长达57 m，总重为805.5 t。吊装时需要1台650

t履带吊机、2台350 t汽车吊机和2台160 t汽车吊机。磁浮线桥墩与拟建申江路高架桥墩相对位置如图2所示。图2中，吊装作业离磁浮线较近，施工荷载会直接施加在磁浮线承台上。如此大的荷载会导致磁浮线基础承台变形，进而导致磁浮线轨道变形，影响磁浮线安全运行甚至造成危险。因此,必须采取综合监护技术确保磁浮线变形在可控范围内。

2 磁浮线变形要求及综合监护技术工作内容

2.1 外部施工对磁浮线变形要求

文献[5]规定，外部工程施工对磁浮线轨道基础结构产生的附加变形控制值要求为：①基础总沉降量不超过2 mm；②前后支墩的累计不均匀沉降量不大于1 mm；③前后支墩横桥向累计差异偏移量不大于1 mm；④同一承台左右侧支墩累计不均匀沉降量不大于0.5 mm。

图2 磁浮线桥墩与拟建申江路高架桥墩相对位置平面图

2.2 综合监护技术工作内容

综合监护技术是指在磁浮线保护区范围内有外部工程施工时能保障磁浮列车安全运营的综合性技术措施，即在外部施工期间，应保证磁浮线变形在上述允许范围内。该项工作在时间跨度上涵盖施工前、施工期间和施工后所进行的一系列对磁浮线结构设施的技术保障措施。具体详述如下：

(1) 施工前的方案优化及影响估算。具体包括线路方案优化、设计方案优化、施工方案优化、施工方案对磁浮线结构设施的影响评估以及监测方案制定等其它土建工程方案优化，同时亦包含技术应急预案等。

(2) 施工期间的综合监测及数据综合分析。在申江路跨越磁浮线工程施工期间，尤其是在吊装过程中，应对磁浮线设施的变形进行监测与数据分析。申江路工程中的综合监测手段主要采用大地测量人工监测。同时在施工期间应进行数据综合分析,具体包括监测数据分析和磁浮线放行的综合判断。

(3) 工程结束的后评估。在工程结束后的一段时间内,应对工程继续进行变形观测，直至变形达到稳定。另外，在工程运营期间会存在动荷载，因此应对此进行事前评估、事中监测及综合评价。

3 监测点布设及要求

根据磁浮线保护区综合技术监护要求，对5个磁浮线墩柱(分别为P 0360、P 0361、P 0362、P 0363和P 0364)两侧各30 m范围内的磁浮线轨道结构及附属设施进行监护。

3.1 监测点布设

3.1.1 墩柱竖直位移变形监测

以申江路跨越磁浮线工程施工影响区域外的磁浮线墩柱上的水准点为基准(选取P 0358和P 0366墩柱)，对上述5个磁浮线墩柱分别在磁浮线左、右轨道两种情况下的沉降和倾斜变形进行监测，得到墩柱的变形数据，同时每周应定期复核该基准点的变形数据是否发生变化。部分监测点布设示意如图3所示。

注:监测点位于每个墩柱靠轨道外侧面较低的位置

3.1.2 墩柱水平位移变形监测

在磁浮线墩柱外侧结构上贴全站仪专用测量反射片，并固定在梁端高处外侧并确保其牢固。水平位移监测点共设10个，分别为P 0360 A、P 0361 A、P 0362 A、P 0363 A、P 0364 A，以及P 0360 B、P 0361 B、P 0362 B、P 0363 B、P 0364 B。

3.1.3 墩柱倾斜变形监测

在距申江路高架专用道工程最近的3个墩柱的横桥向和顺桥向两个方向布置观测点。共设置12个倾斜观测点，编号分别为QX 0361(A、B、C、D)、QX 0362(A、B、C、D)和QX 0363(A、B、C、D)，同时在测点位置粘贴测量反光标志。

3.2 变形报警值

在施工过程中，必须进行实时跟踪监测，一旦发现发生异常变形，立即启动应急预案。监测报警值如表1所示。

实际操作时，当变形速率连续2 d达到表1所列数值或累计变形量达到表1所列数值的80%时即应进行预警。

4 申江路高架专用道工程综合监护技术中所采取的关键技术

申江路高架跨越磁浮线工程存在周边环境复杂、沿线地质条件较差、施工周期较长和工程难度较大等特点。在综合监护技术中，将理论计算和施工监测相结合，利用监测数据指导施工，经过不断积累经验和反复论证，采用多种手段和措施，最大限度地保证磁浮线的安全。施工前应通过建模模拟计算各种施工工况，并根据计算结果优化施工方案。在施工过程中，对变形点进行实时监测和计算分析，同时根据现场情况，分析危险源，提出可行的改进措施和建议，以保证工程施工引起的变形始终处于安全和可控的范围内。

表1 监测报警值

4.1 施工前的模拟分析和方案优化

施工前项目组采用MIDAS GTS 4.0计算软件进行建模计算。模型中，土体采用摩尔-库伦本构，承台及桩基采用弹性本构，桩基及支护结构采用一维杆单元。

为了消除数值计算中边界条件对计算结果的影响，建模时水平长度(申江路高架两端桥墩中心距离)取117 m，土层深度取78 m(模型底面距离桩底15 m)。结构单元力学参数见表2。

表2 数值计算中结构单元力学参数表

对申江路高架桥施加运营荷载后进行模拟计算，计算结果如表3所示。

表3 磁浮线墩顶附加变形表

由表3可知，在施工过程中，磁浮线墩柱的侧向变形会超出允许值，因此需要对施工方案进行优化，并采取必要的措施以保证施工过程中磁浮线的安全。

通过进一步分析可知，在大梁的吊装过程中，履带机直接压在磁浮线承台上，使得承台产生变形，为此提出施工前需在施工工作面范围内对地基进行预处理，通过该措施来提高地基承载力。具体措施为：首先进行地基注浆，待地基固结后在吊装区域基层用压路机压实平整，上铺厚15 cm C10混凝土垫层，再在其上浇筑C30钢筋混凝土，最后铺设尺寸为12.0 m×10.5 m的双层重型路基箱。经现场测试，上述措施处理后地基承载力可达到10 t/m2。该值大于相关规范规定的6.97 t/m2,因此满足吊装要求。

除上述地基预处理措施外，在施工过程中还采取了加强基坑围护体系刚度、采用安全可靠的基坑止水帷幕和采用合理的坑内加固等措施。实践证明，通过采取以上措施，可将变形控制在允许范围内，保证了磁浮线的安全。

4.2 现场分段拼接过程中的安全控制

分段梁的最大跨度为22.56 m，故而在现场吊装拼接时需要搭设临时支撑。因临时支撑搭设区域靠近磁浮线承台，为减少临时支撑所在区域因施工产生的竖向力对磁浮线承台的影响，需对临时支撑所在区域进行加固。

钢箱梁在临时支墩上落架时，为防止钢箱梁连接过程中产生倾覆，需在梁连接处设置马板进行加固。在架梁过程中，应加强对磁浮线墩柱(P 0360、P 0361、P 0362、P 0363、P 364)的变形监测，实际上该施工措施并未导致磁浮线墩柱产生较大变形。

4.3 施工中的变形监测及数据监控

由于磁浮线的高精度要求，应采用先进的仪器和监测手段，对磁浮线墩柱的竖直位移、水平位移和倾斜角进行监测。特别是在大梁吊装过程中，应进行实时监测，防止发生突变。

表4～5为主梁吊装当日部分磁浮线墩柱的变形监测数据。由表4～5可知，由大梁吊装当日产生的较大位移和沉降变形在第二日大多出现变形恢复的趋势，特别是受影响最大的墩柱P 0362的变化趋势更为明显。这说明该变形是由荷载突变而引起的弹性变形，待荷载稳定后，变形亦趋于稳定，从而控制了风险的产生。

图4为主梁吊装前后墩柱P 0362的位移变形曲线图。由图4可知，夜间磁浮线停运期间施工，在第二天运营前，变形能恢复，说明位移变形为弹性变形，为可控的。

表4 主梁吊装当日部分磁浮线墩柱变形监测数据(一)

表5 主梁吊装当日部分磁浮线墩柱变形监测数据(二)

图4 P 0362墩柱位移变形曲线

4.4 竣工后的后评估及灰色预测

工程结束后，继续对磁浮线墩柱变形进行跟踪监测，并通过建立灰色预测模型对后续磁浮线运营过程中产生的变形进行预测。图5为P 0363墩柱的预测变形曲线与实测变形曲线。由图5可知，墩柱P 0363在2014年1月7日至12日的变形预测数据与实测数据相差较小，证明预测结果有效。1月11日钢箱梁吊装完成后的变形趋于稳定且变形收敛，由此可证明工程的安全性和此次综合监护技术的有效性。

图5 墩柱P 0363沉降预测与实测变形曲线对比

综上所述，在申江路高架跨越磁浮线工程中采用了综合监护技术，通过采用相关的关键技术，有效地控制了工程风险，保证了上海磁浮列车示范运营线的安全运营。

5 结语

高速磁浮系统对线路轨道的精度有很高的要求，这对上海磁浮示范运营线的运营维护形成巨大的挑战。由于地基的沉降会导致磁浮线轨道产生变形，从而降低了列车行驶时乘客的舒适度，严重时还会产生危险。而在磁浮线保护区内有外部施工时，磁浮线结构设施的变形可能会更加严重，给施工及运营带来了巨大压力。本文描述了综合监护技术在申江路高架跨越上海磁浮示范运营线工程中的应用，验证了综合监护技术的有效性，保证了上海磁浮运营示范线的安全运营，可为后续类似高精度工程的维保工作提供参考。