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[摘 要] 采动区桥梁不仅同普通桥梁一样，在长期使用中难免会发生各种各样的损伤，从而造成桥梁结构的损坏和安全隐患；而且随着桥下工作面的不断开采，地表下沉不断增加，会导致桥体已经没入水中，其受力条件进一步恶劣。因此对采动区安全状况进行全面、综合测试，对桥梁的运行状态进行实时监测，对于确保采动区桥梁继续安全运行、确保煤矿安全生产具有重要意义。为指导采动区在役桥梁的安全运营，在普通桥梁监测方案设计的基础上，阐述了采动区桥梁检测的方案设计，着重论述了水下混凝土检测和监测系统的建立，为采动区桥梁的方案设计提供参考。
[关键词] 采动区桥梁检测 水下电视成像检测 远程监测系统 BDI
0 引言
某铁路桥沉陷治理已实施6年，原桥体已完全没入水面以下。按照开采计划，桥下及附近工作面开采对该铁路桥产生的采动影响极其剧烈，开采过程中必须铁路桥安全使用，因此本设计提出铁路桥测试与监测方案，保证铁路桥的安全运营。
1工程概况
该铁路桥位于某矿首采区，作为煤炭外运的专用线，该桥是保证煤矿正常生产和运输的必要条件。该桥现为两层钢筋混凝土框架铁路桥，下层框架桥于2001年10月竣工运营，设计由4个箱形框架组成，中间两个宽分别为5m和4m，两侧箱体分别为2m，箱型框架之间设20mm沉降缝，桥总长10.9m，框架桥总高5.36m。由于受开采影响，采面覆岩发生变形，地表产生沉降，桥体所处位置的地表下沉3.6米后，为保证列车的正常通行，采用在桥体两侧加接箱涵，桥面填筑矸石抬高铁路轨面的暂行维护方式。为了满足填充道碴的要求，在原桥两侧陆续分别加了宽为4m和2m的框架各两个，长度和高度与原设计相同，铁路桥总宽增加到23m，共计8个箱型钢筋混凝土框架。
2主要检测项目及设备
2.1桥体水上钢筋混凝土性能检测
检测内容：新桥体混凝土强度、混凝土密实程度、钢筋分布及保护层厚度。
混凝土强度分别采用取芯法和回弹法进行检测，两者的检测结果可以互为补充、检验。使用的设备分别是HZ-15型混凝土钻孔取芯机、HT225W(B)型全自动数字回弹仪。混凝土密实程度检测采用NM-4A型非金属超声波检测分析仪。
2.2桥体水下钢筋混凝土质量检测
随着桥下工作面的不断开采，地表下沉不断增加，导致桥体已经没入水中，其受力条件及其恶劣。而桥体需承受列车通过时的荷载以及地表下沉造成的附加荷载，其结构强度是否满足原设计要求，主要检测内容：混凝土结构表观水下电视成像检测、裂缝深度检测、混凝土强度、钢筋锈蚀度、钢筋强度。
鉴于结构处于水体中的特点，常规的结构检测方法无法使用，进行水下电视成像检测以及水下钢筋混凝土取样，然后在实验室对试样进行加工，测得混凝土强度以及钢筋的锈蚀、强度等参数。水下电视成像检测采用RS—DTV(P)数字式彩色电视成像系统。
水下钢筋混凝土取样采用沉箱取样法，即取样人员将沉箱固定于测点位置，使其紧贴箱型桥侧壁，排净箱内积水，然后钻孔取样，取样结束后要注意及时将钻孔补填密实。
2.3桥体动、静载检测
2.3.1检测内容
通过列车在桥上运行以及静止，模拟列车运行时的动、静荷载。动载试验主要测得桥体的模态参数以及冲击系数，静载试验主要测得桥体各特征点的应力、应变以及变形值。
检测分2种工况：工况一：载重车荷载作用下箱涵结构的变形、应力检测；工况二：空车荷载作用下箱涵结构的变形、应力检测。每种工况进行3次检测。
2.3.2测试系统
桥体结构在行车荷载作用下应力变化较大，结构检测采用动态电阻应变测试，选用动态应变测试分析系统。测试系统由美国桥梁检测公司生产的BDI无线工程结构检测系统组成。
3结构应变、变形缝宽度及箱体倾斜监测
3.1监测内容
普通铁路或公路桥梁运营过程中，主要受桥面车辆荷载作用，而红旗渠铁路桥不仅承受大量运煤列车的荷载作用，还要承受井下工作面采动造成的附加荷载作用，其受力状态及其复杂，也可能会发生比较大的位移。所以该桥的监测内容分为：结构应变监测、变形缝宽度监测和、箱体倾斜监测。
应变监测可以反映桥体混凝土结构在复杂荷载作用下的实际受力状态，对于评价桥梁的安全状态具有重要意义。通过对变形缝宽度监测，可以掌握箱体之间的相对位置情况，避免箱体相互挤压破坏，影响桥体结构安全。在每个箱体设置倾斜监测仪器，可以实时监测每个箱体绕水平两个方向转轴倾斜的情况，与变形缝监测数据相互验证，可以掌握箱体之间的相对位置关系。
应变监测采用混凝土应变监测传感器为JTM－v5000F型振弦式表面应变计；变形缝宽度监测仍采用振弦式传感器；变形缝宽度监测与混凝土应变监测系统属于同一类型，可以共用数据采集系统。箱体倾斜监测采用振弦式倾角仪，JM-8002型固定式倾角仪广泛应用于长期测量水工建筑物和岩体的水平倾斜或垂直倾斜。
3.2监测系统建设与运行
为实施对该铁路桥结构应变、变形缝宽度监测，准确及时地记录和掌握应变、变形缝的情况。根据监测要求，开发一套高效、灵活、经济且技术先进的远程自动监测系统。[5]
图3-1 远程检测系统
该铁路桥结构应变及变形缝宽度自动监测系统主要由数据采集系统、数据传输系统、数据存储与处理系统三部分组成[6]。系统组成示意图见图3-1。
4 测点布设
4.1原桥体测点布设
测点选择原桥体的两端箱体侧墙，沿每个箱体侧墙竖向方向依次均匀间隔布置5个测点，共计10个测点。此处承受上部荷载和水流冲刷以及侧向土压力多重作用，混凝土结构性能易发生变化。具体位置见图4-1。
4.2新建桥体测点布设
测点选择新桥体跨中以及侧墙中部面位置，其中测点1～4为取芯、回弹测点（先作回弹检测，然后做钻孔取芯，测点5～10为回弹测点。具体布置见图4-1。
图4-1 测点布设示意图 4.3监测系统测点
选择桥体中间箱体作为结构测试箱体，测点选在箱形结构上表面边缘中部，将传感器轴线方向与框架轴线方向一致。具体布置见图4-1。
5测试与监测目的和意义
该桥沉陷治理已实施6年，原桥体已完全没入水面以下。按照开采计划，桥下及附近工作面开采对该铁路桥产生的采动影响极其剧烈，开采过程中必须铁路桥安全使用，因此本设计提出的对该桥的运营有者及其重要的意义：
1、分析桥体病害原因及其变化规律，确定桥梁结构的承载能力及营运条件，对桥体的安全状况作出科学评价
该桥担负着煤炭外运的重要任务，而且受开采沉陷、地表滞水的双重影响，具有运量大、运行条件恶劣等特点，因此潜在的桥体结构病害风险也较高。通过结构无损检测，可以分析已有的桥体病害，以及潜在的病害诱因，降低桥体运行风险。而且该桥的“桥上桥”结构体系属于新结构、新工艺，通过掌握荷载作用下结构的实际受力状态，验证结构计算图，探索具有普遍意义的规律，为充实和发展桥梁结构的计算理论和施工工艺积累科学资料。
2、对桥梁的运行状态进行实时监测，保证桥梁使用安全
通过在桥上布置传感器，对桥梁结构的变形、受力等数据进行汇总、分析，一旦某个测点数据达到了安全阈值，可以给矿方提供预警，及时采取措施，确保红旗渠铁路桥安全度过桥下工作面采动影响。
3、通过对桥梁结构进行全面检测以及对桥梁状态进行实时监测，对今后该桥在采煤沉陷治理过程中的维护工作提出科学建议。
综上所述，对铁路桥安全状况进行全面、综合测试，对桥梁的运行状态进行实时监测，对于确保该桥继续安全运行、确保煤矿安全生产具有重要意义，同时对于掌握“桥上桥”这种新型结构的实际受力状况，发展煤矿沉陷区新型桥梁结构也具有重要意义。
[参考文献]
1.于广云，夏军武，王东权.采动区铁路桥沉陷区加固治理[J]，2004，33（1）:59-61
2.刘自明，陈开利. 桥梁工程检测手册（第二版）[M].北京：人民交通出版社 ，2010.
3.王钧利 .在役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M]. 北京：中国水利水电出版社 ,2006
4.章关永.桥梁结构试验[M]. 北京：人民交通出版社，2002
5.亓跃峰，毕卫红，卢辉斌.大型桥梁远程监测系统的研究[J].仪器仪表学报 2003，24（4）增 ：281-284
6.张平，黄亚宇.基于Lab.widows/CVI的桥梁远程监测系统的设计研究[J].机电产品开发与创新.2008，21（3）：148-149 ■
[关键词] 采动区桥梁检测 水下电视成像检测 远程监测系统 BDI
0 引言
某铁路桥沉陷治理已实施6年，原桥体已完全没入水面以下。按照开采计划，桥下及附近工作面开采对该铁路桥产生的采动影响极其剧烈，开采过程中必须铁路桥安全使用，因此本设计提出铁路桥测试与监测方案，保证铁路桥的安全运营。
1工程概况
该铁路桥位于某矿首采区，作为煤炭外运的专用线，该桥是保证煤矿正常生产和运输的必要条件。该桥现为两层钢筋混凝土框架铁路桥，下层框架桥于2001年10月竣工运营，设计由4个箱形框架组成，中间两个宽分别为5m和4m，两侧箱体分别为2m，箱型框架之间设20mm沉降缝，桥总长10.9m，框架桥总高5.36m。由于受开采影响，采面覆岩发生变形，地表产生沉降，桥体所处位置的地表下沉3.6米后，为保证列车的正常通行，采用在桥体两侧加接箱涵，桥面填筑矸石抬高铁路轨面的暂行维护方式。为了满足填充道碴的要求，在原桥两侧陆续分别加了宽为4m和2m的框架各两个，长度和高度与原设计相同，铁路桥总宽增加到23m，共计8个箱型钢筋混凝土框架。
2主要检测项目及设备
2.1桥体水上钢筋混凝土性能检测
检测内容：新桥体混凝土强度、混凝土密实程度、钢筋分布及保护层厚度。
混凝土强度分别采用取芯法和回弹法进行检测，两者的检测结果可以互为补充、检验。使用的设备分别是HZ-15型混凝土钻孔取芯机、HT225W(B)型全自动数字回弹仪。混凝土密实程度检测采用NM-4A型非金属超声波检测分析仪。
2.2桥体水下钢筋混凝土质量检测
随着桥下工作面的不断开采，地表下沉不断增加，导致桥体已经没入水中，其受力条件及其恶劣。而桥体需承受列车通过时的荷载以及地表下沉造成的附加荷载，其结构强度是否满足原设计要求，主要检测内容：混凝土结构表观水下电视成像检测、裂缝深度检测、混凝土强度、钢筋锈蚀度、钢筋强度。
鉴于结构处于水体中的特点，常规的结构检测方法无法使用，进行水下电视成像检测以及水下钢筋混凝土取样，然后在实验室对试样进行加工，测得混凝土强度以及钢筋的锈蚀、强度等参数。水下电视成像检测采用RS—DTV(P)数字式彩色电视成像系统。
水下钢筋混凝土取样采用沉箱取样法，即取样人员将沉箱固定于测点位置，使其紧贴箱型桥侧壁，排净箱内积水，然后钻孔取样，取样结束后要注意及时将钻孔补填密实。
2.3桥体动、静载检测
2.3.1检测内容
通过列车在桥上运行以及静止，模拟列车运行时的动、静荷载。动载试验主要测得桥体的模态参数以及冲击系数，静载试验主要测得桥体各特征点的应力、应变以及变形值。
检测分2种工况：工况一：载重车荷载作用下箱涵结构的变形、应力检测；工况二：空车荷载作用下箱涵结构的变形、应力检测。每种工况进行3次检测。
2.3.2测试系统
桥体结构在行车荷载作用下应力变化较大，结构检测采用动态电阻应变测试，选用动态应变测试分析系统。测试系统由美国桥梁检测公司生产的BDI无线工程结构检测系统组成。
3结构应变、变形缝宽度及箱体倾斜监测
3.1监测内容
普通铁路或公路桥梁运营过程中，主要受桥面车辆荷载作用，而红旗渠铁路桥不仅承受大量运煤列车的荷载作用，还要承受井下工作面采动造成的附加荷载作用，其受力状态及其复杂，也可能会发生比较大的位移。所以该桥的监测内容分为：结构应变监测、变形缝宽度监测和、箱体倾斜监测。
应变监测可以反映桥体混凝土结构在复杂荷载作用下的实际受力状态，对于评价桥梁的安全状态具有重要意义。通过对变形缝宽度监测，可以掌握箱体之间的相对位置情况，避免箱体相互挤压破坏，影响桥体结构安全。在每个箱体设置倾斜监测仪器，可以实时监测每个箱体绕水平两个方向转轴倾斜的情况，与变形缝监测数据相互验证，可以掌握箱体之间的相对位置关系。
应变监测采用混凝土应变监测传感器为JTM－v5000F型振弦式表面应变计；变形缝宽度监测仍采用振弦式传感器；变形缝宽度监测与混凝土应变监测系统属于同一类型，可以共用数据采集系统。箱体倾斜监测采用振弦式倾角仪，JM-8002型固定式倾角仪广泛应用于长期测量水工建筑物和岩体的水平倾斜或垂直倾斜。
3.2监测系统建设与运行
为实施对该铁路桥结构应变、变形缝宽度监测，准确及时地记录和掌握应变、变形缝的情况。根据监测要求，开发一套高效、灵活、经济且技术先进的远程自动监测系统。[5]
图3-1 远程检测系统
该铁路桥结构应变及变形缝宽度自动监测系统主要由数据采集系统、数据传输系统、数据存储与处理系统三部分组成[6]。系统组成示意图见图3-1。
4 测点布设
4.1原桥体测点布设
测点选择原桥体的两端箱体侧墙，沿每个箱体侧墙竖向方向依次均匀间隔布置5个测点，共计10个测点。此处承受上部荷载和水流冲刷以及侧向土压力多重作用，混凝土结构性能易发生变化。具体位置见图4-1。
4.2新建桥体测点布设
测点选择新桥体跨中以及侧墙中部面位置，其中测点1～4为取芯、回弹测点（先作回弹检测，然后做钻孔取芯，测点5～10为回弹测点。具体布置见图4-1。
图4-1 测点布设示意图 4.3监测系统测点
选择桥体中间箱体作为结构测试箱体，测点选在箱形结构上表面边缘中部，将传感器轴线方向与框架轴线方向一致。具体布置见图4-1。
5测试与监测目的和意义
该桥沉陷治理已实施6年，原桥体已完全没入水面以下。按照开采计划，桥下及附近工作面开采对该铁路桥产生的采动影响极其剧烈，开采过程中必须铁路桥安全使用，因此本设计提出的对该桥的运营有者及其重要的意义：
1、分析桥体病害原因及其变化规律，确定桥梁结构的承载能力及营运条件，对桥体的安全状况作出科学评价
该桥担负着煤炭外运的重要任务，而且受开采沉陷、地表滞水的双重影响，具有运量大、运行条件恶劣等特点，因此潜在的桥体结构病害风险也较高。通过结构无损检测，可以分析已有的桥体病害，以及潜在的病害诱因，降低桥体运行风险。而且该桥的“桥上桥”结构体系属于新结构、新工艺，通过掌握荷载作用下结构的实际受力状态，验证结构计算图，探索具有普遍意义的规律，为充实和发展桥梁结构的计算理论和施工工艺积累科学资料。
2、对桥梁的运行状态进行实时监测，保证桥梁使用安全
通过在桥上布置传感器，对桥梁结构的变形、受力等数据进行汇总、分析，一旦某个测点数据达到了安全阈值，可以给矿方提供预警，及时采取措施，确保红旗渠铁路桥安全度过桥下工作面采动影响。
3、通过对桥梁结构进行全面检测以及对桥梁状态进行实时监测，对今后该桥在采煤沉陷治理过程中的维护工作提出科学建议。
综上所述，对铁路桥安全状况进行全面、综合测试，对桥梁的运行状态进行实时监测，对于确保该桥继续安全运行、确保煤矿安全生产具有重要意义，同时对于掌握“桥上桥”这种新型结构的实际受力状况，发展煤矿沉陷区新型桥梁结构也具有重要意义。
[参考文献]
1.于广云，夏军武，王东权.采动区铁路桥沉陷区加固治理[J]，2004，33（1）:59-61
2.刘自明，陈开利. 桥梁工程检测手册（第二版）[M].北京：人民交通出版社 ，2010.
3.王钧利 .在役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M]. 北京：中国水利水电出版社 ,2006
4.章关永.桥梁结构试验[M]. 北京：人民交通出版社，2002
5.亓跃峰，毕卫红，卢辉斌.大型桥梁远程监测系统的研究[J].仪器仪表学报 2003，24（4）增 ：281-284
6.张平，黄亚宇.基于Lab.widows/CVI的桥梁远程监测系统的设计研究[J].机电产品开发与创新.2008，21（3）：148-149 ■