在城市大型铁路铁路客站改建工程中，多遇改建站房基坑下穿运营铁路的情况，常规做法以铁路为界，采用分区开挖、线路转场的方案为主，施工周期长，尤其是软土地区，运营和施工安全风险较大。客运火车站改建工程特点显著，指挥部组织各参建单位创新设计，摸索经验，采用钢格构支撑钢筋砼梁板式便桥结构架空铁路干线^[1]，上跨大跨度软土深基坑，实现了下穿铁路基坑连续整体开挖的目标，缩短工期，具有明显的经济和社会效益。

为确保客运火车站深基坑的施工质量和临时铁路便桥运营安全^[2]，本文对临时铁路便桥在桥下区域土方4个主要阶段7个土层开挖过程中的静、动态监测数据进行研究分析，对便桥结构的变形情况是否满足铁路正常运营进行综合验证。

1 监测方案

该临时铁路便桥采用钢格构柱加现浇钢筋混凝土梁板连续刚构体系进行加固，设计总长度为132 m，宽度为12.9 m。基础采用钻孔灌注桩，共91根，其中新增立柱桩57根，利用工程桩34根，桩长80 m，内插200 mm×200 mm×20 mm四肢角钢加工而成的格构柱，插入深度6 m，钢格构柱伸入梁体85 cm，钢格构柱最大外露高度约22 m，柱间距最大6 m，最小3.8 m，共24跨。便桥上部纵、横向采用1 000 mm ×1 000 mm、600 mm×800 mm、350 mm× 600 mm钢筋混凝土连接梁将钢格构柱连成整体，梁顶部以下350 mm为钢筋混凝土板结构。便桥下土方开挖共21 200 m³，纵横向设槽钢剪撑，坑内设3道钢筋砼圈梁。桥面梁混凝土设计强度等级为C40，第1、第2、第3层圈梁混凝土强度设计等级与其对应的第1、第2、第3道钢筋混凝土支撑，均为C40并早强；立柱桩(钻孔灌注桩)的混凝土强度设计等级为水下C30，临时便桥区域加固范围内对应的300 mm厚加筋早强混凝土垫层强度等级为C40。客运火车站临时铁路便桥加固结构示意图如图 1所示。

1) 监测目的。①检验临时铁路便桥设计所采取的各种假设和参数的正确性，指导基坑开挖和支护结构的施工；②积累经验，为提高基坑工程的设计和施工的整体水平提供依据；③确保基坑施工期间安全。

2) 静态监测内容为临时铁路便桥桥面及格构柱的三维(水平位移、沉降位移)监测^[3]。根据设计和测量精度要求，将三维监测区域划分为便桥北侧和南侧两个区，并采用统一监测基准和方法。三维位移监测网由基准网和次级网共同构成^[4]，其中，基准网由2个基准点和8个工作基点组成，次级网由4个工作基点和24个变形点组成。水平位移监测采用边角网方案^[5]，其中，光电测距中误差应不大于±1.0 mm，方向观测中误差不大于±1.0″。沉降基准监测采用精密几何水准测量，按一级变形观测指标作业^[6]。监测点的布设平面图，如图 2所示。

3) 动态监测内容为临时铁路便桥板梁跨中竖、横向振动位移以及格构柱柱顶横向振动位移^[7-12]。板梁跨中竖、横向振动位移^[8]采用竖、横向各布置2个941型拾振器，实时触发采集，采样频率200 Hz；柱顶横向振动位移布置2个941型拾振器，实时触发采集，采样频率200 Hz。

2 数据分析 2.1 临时铁路便桥静态监测数据分析 2.1.1 临时铁路便桥桥面三维监测数据分析

临时铁路便桥桥面三维(X、Y、H向)监测点位共24个，其中，临时铁路便桥南侧14个点，北侧10个点。其中，X向位临时铁路便桥顺桥向，Y向为垂直于桥向，H向为高程方向。

1) 便桥桥面北侧三维监测数据分析。临时铁路便桥北侧部分点三维(时间-位移)监测数据曲线图，如图 3(a)和图 3(b)所示。

由图 3(a)、图 3(b)可知，便桥桥面北侧，X向位移，第1阶段长度缩短11.7 mm，第2阶段伸长9.8 mm，第3、4阶段均有较小的伸长。Y向位移变化稳定，中间测点逐渐向北位移，呈弓形，在第3阶段向北偏移最大，约-3.4 mm(N₁₇)。H向位移变化，从便桥东西两头往中间，亦呈弓形隆起趋势，在第4阶段隆起最大，约-21.2 mm(N₁₁)。

2) 便桥桥面南侧三维监测数据分析。临时铁路便桥南侧部分点三维(时间-位移)监测数据曲线图，如图 3(c)和图 3(d)所示。

由图 3(c)、图 3(d)可知，便桥桥面南侧X、Y、H 3个方向位移变化趋势均同北侧相似。X向位移第1阶段长度缩短11.6 mm，第2阶段伸长10.2 mm，第3、4阶段均有较小的伸长。Y向位移变化稳定，中间测点逐渐向北位移，呈弓形，第4阶段向北偏移最大约-2.8 mm(S₁₄)。H向位移，从便桥东西两头往中间，亦呈弓形隆起趋势；第4阶段隆起最大约-24.7 mm(S₁₃、S₁₄)。

2.1.2 临时铁路便桥格构柱三维监测数据分析

便桥格构柱三维监测数据从2012年4月16日开始监测。其中格构柱监测点在东西地连墙之间，南侧格构柱有3个点，北侧格构柱有5个点。以格构柱北侧三维(时间-位移)监测数据为例，其曲线图如图 4所示。

从图 4北侧格构柱三维(时间-位移)曲线图及分析可知，各施工工况基本上对格构柱三维变形均有一定影响；因格构柱未受压构件，其水平X方向变形基本较有随意性，与当时所处的施工工况和整体受力条件等有关系；其Y向变形基本遵循向外侧偏移的特性；其H向位移，基本上保持隆起趋势，与桥面南北侧三维监测的隆起变形相协调。

2.2 临时铁路便桥动态监测数据分析

临时铁路便桥下土方共分4个主要阶段7个土层进行开挖，每一个土层在桥下区域土方对称、平衡开挖至设计深度，及时焊接纵、横向剪撑；完成后，其他区域土方分块、限时开挖至设计深度，并分段、限时浇筑混凝土支撑及圈梁。下面分别对这4个阶段的便桥动态监测数据进行分析。

1) 第1阶段开挖前后，中跨的竖向位移由开挖之前的0.35 mm增加到0.60 mm，增加0.25 mm；中跨的横向位移由开挖前的0.07 mm增加到0.19 mm，增加0.12 mm；边跨竖向位移由0.06 mm增加到0.29 mm，增加0.23 mm；边跨横向位移由0.08 mm增加到0.31 mm，增加0.23 mm。开挖过程中，出现过的单日最大竖向位移位于中跨位置为0.8 mm、横向位移位于边跨位置为0.31 mm。

对第1阶段开挖前后的监测数据进行分析可以发现，各个通道的位移值开挖后都有较大的增加。其中，竖向位移的增值明显大于横向位移，位移的增值边跨大于中跨。

2) 第2阶段开挖前后，中跨的竖向位移由开挖之前的0.42 mm降低到0.31 mm，减少0.11 mm；中跨的横向位移由开挖前的0.09 mm降低到0.08 mm，减少0.01 mm；边跨竖向位移由0.23 mm增加到0.32 mm，增长了0.09 mm；边跨横向位移由0.37 mm降低到0.29 mm，减少0.08 mm；格构柱竖向位移由0.01 mm增加到0.08 mm，增加0.07 mm；边跨横向位移由0.02 mm增加到0.05 mm，增加0.03 mm。开挖过程中，出现过的单日最大竖向位移位于中跨位置为0.9 mm、横向位移位于边跨位置为0.37 mm。

根据第2阶段开挖前后的监测数据可以发现，在第2阶段位移变化值相对第一阶段平稳许多。中跨部分位移和边跨横向位移均出现了一定的降幅，其余位置的增幅也相对较小。

3) 第3阶段开挖前后，中跨的竖向位移由开挖之前的0.62 mm增加到0.82 mm，增加0.20 mm；中跨的横向位移由开挖前的0.06 mm增加到0.09 mm，增加0.03 mm；边跨竖向位移由0.31 mm增加到0.34 mm，增加0.03 mm；边跨横向位移由0.29 mm降低到0.23 mm，减少0.06 mm；格构柱竖向位移由0.11 mm降低到0.07 mm，减少0.04 mm；边跨横向位移由0.024 mm降低到0.008 mm，减少0.016 mm。开挖过程中，出现过的单日最大竖向位移位于中跨位置为0.9 mm、横向位移位于边跨位置为0.31 mm。

根据第3阶段开挖前后的监测数据可以发现，在第3阶段位移桥面波动较大。其中，桥面位移波动较大，桥面中跨竖向位移出现了较大的增长，而格构柱位移有所回落。

4) 第4阶段开挖前后，中跨的竖向位移由开挖之前的1.22 mm增加到1.52 mm，增加0.30 mm；中跨的横向位移由开挖前的0.09 mm增加到0.11 mm，增加0.02 mm；边跨竖向位移由0.25 mm增加到0.31 mm，增加0.06 mm；边跨横向位移由0.28 mm增加到0.36 mm，增加0.08 mm；格构柱竖向位移由0.06 mm增加到0.07 mm，增加0.01 mm；格构柱横向位移由0.007 mm增加到0.015 mm，增加0.008 mm。开挖过程中，出现过的单日最大竖向位移位于中跨位置为1.60 mm、横向位移位于边跨位置为0.36 mm。

根据第4阶段开挖前后的监测数据可以发现，在第4阶段各个通道的位移值开挖后都有一定的增加。其中，桥面位移波动较大，桥面中跨竖向位移出现了较大的增长，而格构柱位移有所回落。

3 结束语

根据便桥4个阶段开挖的静态三维监测数据分析结果可知，桥面三维位移、格构柱三维位移监测数据的变化情况比较符合理论计算，各项监测内容未出现安全报警(桥面和格构柱三维位移报警值纵向±10 mm、横向±5 mm和竖向±25 mm)。根据便桥近8个月的动态监测数据分析结果可知，发现之前最为担心的桥体横向位移并不是特别大，其幅值一直维持在0.1~0.2 mm，与设计的预警值1 mm和报警值1.8 mm有较大距离；另外，桥的竖向位移波动明显，但仍小于规范规定的报警值。由此可知，铁路便桥处于安全可控范围，运营铁路跨深基坑便桥的加固方案是可行的，为深基坑安全和信息化施工提供了指导，保障了铁路便桥上列车安全运营。对今后类似的桥梁施工监测具有一定的指导和借鉴意义。