线性监控技术在贵阳轨道交通连续箱梁桥施工中的应用

线性监控技术在贵阳轨道交通连续箱梁桥施工中的应用

蒋家祥

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司   贵州贵阳 550081

摘要：如何通过施工时的浇筑过程的控制以及调整立模标高来获得预先设计的理想应力状态和几何线型，是连续梁桥施工中非常关键的问题。本文通过贵阳市轨道交通1号线工程中的小关2号双线大桥监控实例，阐述了连续箱梁桥施工中线性监控的技术方法与过程，为类似工程提供参考。

关键词：箱梁；线性控制；设计参数；数值分析

1   工程概况

贵阳市轨道交通1号线工程贵阳北站至雅关站区间线路全长3866.6m，区间高架分为四段，小关2号双线大桥为本区间范围内第二段高架，大桥起点里程为YDK14+331.78，终点里程为YDK14+669.82，全长为338.04m，孔跨样式3*30m+（40+68+40）连续刚构+3*30双线简支箱梁。箱梁采用斜腹板飞雁式，箱梁翼缘根部及腹板，箱底交界处采用圆弧倒角处理，保证梁体外观的线型流畅，箱梁直曲线段均采用标准顶宽10m，双线箱梁等梁高1.8m。各桥墩根据上部结构荷载、桥墩的刚度及强度等要求，其中0#、1#、2#、6#、7#、8#、9#墩（台）采用4根桩基，3#墩采用5根桩基。桥面纵坡从台尾里程至变坡点为-28.00‰，变坡点至台尾里程（YDK14+669.82）为-20.00‰。

2   监控目的

由于施工中出现的诸多因素[1](如材料的弹性模量变化、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度影响等)的随机影响，事先难以精确估计，而且在实际施工过程中，由于施工、测量等方面产生的误差，会使实际结构的理论设计值难以做到与实际值完全一致，两者之间会存在偏差。尤其值得注意的是，某些偏差(如主梁的竖向挠度误差)具有累积特性。若对偏差不加以及时有效的调整，随着梁的悬臂长度的增加，主梁的标高会显著偏离设计值，造成合龙困难或影响成桥的内力和线形。所以在施工中要对桥梁结构进行实时监测，并根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应调整。施工监控的目的就是要根据实际的施工工序，以及现场获取的参数和数据，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出其节段梁块的立模标高(每阶段施工梁块高度设计值+位移值)等施工控制参数，分析施工误差状态，采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警。这样才能保证结构的受力和变形始终处于安全的范围内，保证成桥后的结构内力和线形符合设计要求。

3   监控技术路线

（1）施工监控理论计算。在大桥上部施工开始之前，采用MIDAS、GQJS软件[2]及施工监控专用程序建立相应的大桥施工监控计算模型，进行计算机仿真施工阶段模拟，其中包括以施工顺序进行的前进分析和以施工逆顺序（成桥倒拆）进行的倒退分析，提出理想状态下的施工阶段控制参数。由于悬臂浇筑连续梁桥施工过程环节较多，体系转换复杂，影响参数较多，如：结构刚度、梁段的重量、预应力张拉力、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和混凝土弹性模量等。求施工监控参数的理论值时，都假定这些参数为理论值。

（2）设计参数识别。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的设计与施工中实际的不一致性，在施工过程中要对这些参数进行识别。通过典型施工状态下对状态变量[3]（几何状态、应力状态、内力状态）实测值与理论值的比较，以及设计参数影响分析，识别出设计参数误差量。对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改。对于常规的参数误差，通过优化进行调整。

（3）设计参数预测。根据已施工梁段设计参数误差量，采用合适的预测方法（如灰色模型等）预测未来梁段的设计参数可能误差量。

（4）优化调整。施工监控主要以控制主梁标高为主，控制主梁应力为辅，优化调整也就以这两个因素建立控制目标函数和约束条件。通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析，应用优化方法[4]（如采用带权最小二乘法、线性规划法等），调整本梁段与未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度的接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

4   几何线形监测

高程监测使用徕卡DNA03精密数字水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量,以此来精确控制各块件的预拱度。还可以测出主梁块件的扭曲程度[5]。平面线形监测包括使用徕卡TM30全站仪对4、5#主墩的横向移位和悬臂梁段轴线偏位进行测量。主墩的横向移位观测在桥墩浇筑阶段就已经进行。悬臂梁段的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合，在主梁块件浇筑、及挂篮移动后等施工阶段进行。

(1)0、1号节段测点布置

0、1号节段须布置足够的高程观测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬臂浇筑节段高程观测的基准点。按设计要求，小关2号双线大桥采取0、1号节段同时施工，故在0、1号节段的顶板布置15个高程观测点，测点布置位置如图1所示，这些测点还兼有观测悬臂梁段横向偏移量的用途。

图1  0、1号节块测点布置平面图（单位：mm）

(2)各悬臂浇筑节段测点布置

每个节段各设7个测点，每个节段标高观测截面横断面采用7点控制，即在每个节段标高观测截面顶部埋设5个钢筋桩，在底板两侧50cm处各埋设2个钢筋桩。各节段标高观测埋设示意图如图2所示。

图2   其余节段测点布置立面示意图

(3)4、5#桥墩墩身测点布置

小关2号双线大桥连续刚构桥主桥跨铁路部分4、5#主墩分别为30m、23m高，在主墩墩顶、墩底两处截面各设横向偏移测点四个，测点布置图如图3所示。

图3 4、5#主墩测点布置示意图

(4)主梁、桥墩应力测点布置

上部结构(连续刚构)总共布置9个断面，分别为4、5号墩的每个悬臂的根部、主跨1/4（4'节段）、主跨1/2合龙段（9'号节段1/2处）、两次跨1/2（5号节段）及10号节段。每个根部断面布置11个测点，除侧板2个测点沿水平方向布置外(测主应力)，其余9个测点方向均为顺桥向布置；主跨1/4跨、1/2合龙段及次跨5号节段处断面均布置9个测点，其测点方向均为顺桥向布置；次跨10号节段断面布置4个传感器，共计75个传感器，采用JXH-2型埋入式混凝土应变计；在4、5号墩的下部结构墩顶和墩底分别设两个断面，两墩底断面布置12个测点，两墩顶断面布置8个测点，共计20个传感器，采用JXG-1型钢筋应力传感器。具体位置如图4所示。

图4主桥测试断面图及测点布置图

5   监控结果及数值对比分析

在大桥悬臂施工阶段，我项目部要求在施工当前节段时，除了测量当前节段标高外，还需测3~5个节段以及墩顶截面的标高，由《主梁立模标高测量表》相关数据可以看出，各个施工节段的变形值良好，未出现超过允许的竖向变形值即20mm。如下图所示：

图5  4#墩顶板线形控制

图6  5#墩顶板线形控制

表1   小关2号大桥合拢精度结果表

上表显示，桥合拢精度相对较好，5号墩边跨合拢口高差达8.2mm，这与最大悬臂节段顶板浇筑质量有关，但从合拢后对该桥的线形跟踪观测和梁体应力测试来看，并未影响梁体受力，整体线形在桥面标高拟合后与设计吻合较好。

在现场工作中，监控组结合工程实际，对混凝土应力进行实时跟踪分析。一旦发现问题（实测应力较设计值偏差较大），便及时分析原因，想法解决，以达到通过应力监测而控制施工质量的目的。

综上所述，可以认为：至全桥合拢时止，本桥混凝土应力实测值与设计值基本吻合，施工质量良。

6   结语

本文从施工监测内容、监测方法和影响因素等方面进行论述，利用模型分析和施工实际观测数据相结合方式对桥梁施工进行控制，保证桥梁合拢精度，以实际数据与设计值的偏差进行对比分析，验证设计参数合理性。通过实施监控，小关2号大桥的整个施工过程较为顺利，结构总体线形基本满足设计要求，截面混凝土应力的理论值与实测值较为吻合，施工控制工作达到了预期目的，为类似工程提供了参考。

参考文献

[1]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制.[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]田智元，虞庐松，郭远虎.预应力混凝土连续箱梁桥施工线性监控[J].科技创业家，2013（23）：15-15.

[3]白玉川.大跨度预应力混凝土连续梁桥施工监控与预抬高值计算[D].福州：福州大学，2007.

[4]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]王炜.浅谈大跨度连续梁线形监控要点[J].中国新技术新产品,2013(23).

[6]杨建勇，成菲.预应力与混凝土连续箱梁桥施工过程的应力监控[J].企业科技与发展，2015（24）：53-53.