京沪高铁监控方案081230.docx
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京沪高铁监控方案081230
京沪高速铁路土建工程六标段六工区
无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁桥
施工监控方案
同济大学土木工程学院桥梁工程系
上海同济建设工程质量检测站
二○○八年十一月
1工程概况
1.1工程概况
本项目主要为京沪高速铁路土建工程六标段六工区三作业工区（DK1269+226.06~DK1276+505.97）四座无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁桥。
按双线桥设计，设计最高运行速度350km/h，设计活载为：
ZK活载。
桥跨布置分别为：
40+64+40m，40+56+40m，40+72+40m。
主梁梁体采用单箱单室直腹板变截面形式，箱梁顶宽12m，底宽6.7m。
顶板厚度除梁端附近外均为40cm，翼板厚40~80cm，按直线线形变化。
腹板厚48~80cm，按折线变化。
箱梁梁底曲线按二次抛物线变化。
全联在端支点、中跨中及中支点处共设5道横隔板。
箱梁采用C50高性能混凝土。
主梁两个边跨直线段采用满堂支架施工，其余梁段采用挂篮对称悬臂施工。
为保证主桥结构在施工过程中的安全和施工质量，特制定本施工监控方案。
1.2监控的目的
高次超静定混凝土桥梁的成桥线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的关系，不同的施工方法和工序会导致不同的结构线形和内力。
同时，由于材料物理性质、混凝土收缩徐变、恒载、施工荷载、温度以及施工测量等方面的因素影响，桥梁施工中节段的实际测量值常常与原理论设计值存在偏差。
值得注意的是，主梁的坐标偏差具有累积的特性，若对该偏差不加以及时有效的调整，随着节段施工悬臂长度的增加，主梁的坐标会显著偏离设计值，造成合龙不顺、影响成桥的内力和线形。
本项目旨在利用桥梁施工控制理论和方法对京沪高速铁路土建工程六标段六工区无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁桥的施工过程进行严格的控制和调整，即根据箱梁施工过程中实际发生的各项影响桥梁线形的参数，结合施工过程中监测的混凝土箱梁坐标和应力，跟踪分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进行施工，并确保在桥梁建成以后的内力状态与外形曲线与设计相符、且满足相关规范要求。
1.3规范与依据
1、《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下）（铁建设[2007]47号）
2、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）
3、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB1002.3-2005）
4、《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）
5、相关施工设计文件
2施工控制技术方案
2.1施工控制方法
施工控制的工作一方面指根据实际施工方法对施工的每一阶段进行理论计算，求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值；另一方面指对施工过程中的关键控制值（主梁线形）进行精确测量，针对实际施工过程中由于种种因素所引起的理论计算值与实测值不一致的问题，采用合理的方法加以控制、调整。
对于本项目的无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁桥的施工控制，由于主梁标高的控制精度要求很高，故拟严格按照“施工→监测→判断→修正→预告→施工”的循环过程，综合采用参数识别修正法、预测控制法和最大宽容度法进行控制。
2.2主要工作内容
（一）控制前期分析
对设计图纸进行计算复核，重点计算施工各阶段的结构效应，在此基础上协助施工方制定施工技术方案，并结合实际情况编制施工控制方案。
计算模拟施工全过程，获得结构各施工阶段的期望状态，给出各施工过程中的断面应力和变形的期望值；对选定的施工控制主要参数及主要成果形成施工控制预备文件，在此基础上进行施工误差灵敏度分析，确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的内力及位移调整方案。
（二）实际参数的现场测试
在施工控制计算中，需要根据实际施工中的现场测试或核定参数，进行尽可能真实的结构仿真计算，并根据实际施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合，以使施工控制计算能与实际施工相符。
这样才能准确把握施工中的结构内力变形状态，正确指导施工进程。
需要进行现场测定的参数主要包括：
实际材料的物理力学性能参数
实际施工中的荷载参数
实际截面几何参数
挂篮刚度
实际环境参数
（1）实际材料的物理力学性能参数
①混凝土的容重、弹性模量、拉压强度
在预应力混凝土桥梁的施工中，混凝土力学性能的变异性对施工计算的影响很大。
如：
主梁混凝土的实际容重与设计取用值的差异将直接引起计算恒载的差异；混凝土弹性模量实际值与设计值的差异将引起的主梁刚度的差异，进而会导致按设计计算出的主梁施工挠度与实际挠度的误差。
混凝土的材料特性的离散性往往较大，因此有必要对工地现场用于主梁的混凝土进行专门的弹性模量测试（由施工或业主单位完成）。
试验时取几组试件做混凝土7天和28天的静弹性模量测试，用其统计平均值作为弹性模量施工控制计算的实测值。
根据以往桥梁施工控制经验，混凝土的实际容重值与设计值之间也存在一定的差异。
混凝土的容重参数和强度参数直接使用施工单位工地试验室的测试资料以及监理平行试验的资料。
②混凝土收缩徐变系数的取值
混凝土的收缩徐变系数对分阶段施工的混凝土桥梁的施工计算影响较为显著。
但混凝土的收缩徐变系数的试验测试需要一个较长的周期及较大投资的设备，对施工现场的混凝土的收缩徐变系数的测定目前尚无较满意的方法。
若难以进行现场测试，则收缩徐变系数按现行设计规范取值，并可考虑在施工控制过程中按一定的方法进行分析和修正。
③其它物理参数的测量
在大跨度桥梁的施工控制中，在有必要考虑温度效应对结构体系的影响时，还需对材料的线膨胀系数和热传导系数等进行现场测试。
（2）实际荷载参数
①恒载
主梁自重：
主梁自重（一期恒载）原则上是根据设计资料进行统计，再依据现场提供的材料容重进行计算，并考虑实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差。
二期恒载：
桥梁的二期恒载也是根据设计资料与现场调查相结合，并采用现场测试的材料参数加以计算。
并以均布荷载形式作用于施工控制计算模型上。
②施工荷载
根据施工单位提供的资料，经现场核对，确定在主梁施工过程中施工机具荷载的大小及作用位置。
主要考虑的施工机具重量为用于梁段悬臂施工的挂篮设备、预应力张拉设备等的重量。
③临时荷载
在实际施工过程中，由于种种原因，施工单位会在结构体系上增减某些临时性荷载。
对于其中影响较大者，要根据施工单位提供的数据及现场调查分析，将这些荷载进行量化模拟，反映在施工控制的实时计算中，以便对施工控制的指标进行及时的修正。
这些荷载包括：
Ø施工机具荷载的改变；
Ø在主梁上堆放较长时间的机具、材料等；
Ø施工过程中对结构体系的临时约束。
（3）实际截面几何参数
这主要是指对主梁断面的几何尺寸的测定。
对施工控制工作而言，主要是对施工单位施工完成后的主梁断面验收资料进行分析，将断面尺寸的误差的影响考虑到施工控制计算中去。
断面尺寸的误差将引起主梁恒载和抗弯刚度的误差，但由于施工中能将此部分的误差控制在较小范围内，对施工控制计算中刚度的影响并不显著，它对结构体系的影响主要表现为对主梁恒载的影响，施工中对此部分的控制是为了使施工控制计算能更准确反映出主梁的挠度变化。
（4）挂篮刚度
在桥梁悬臂施工中，挂篮在承受混凝土梁段重量时会发生弹性变形。
需要在确定主梁梁段的立模标高中预先考虑其变形的影响，以确保主梁线形满足要求。
通常，在使用挂篮前，施工单位应对挂篮进行静力加载试验以确定其刚度，或者通过分析计算来确定其刚度。
在施工控制工作中，还应根据挂篮的实际使用情况，通过一定的方法来校核分析挂篮的刚度。
挂篮刚度数据由施工单位提供给监控单位。
（5）实际环境参数
对在实际施工过程中会对施工产生影响的环境参数，如：
温度等，也应视情况进行测试。
对上述各类参数的统计、分析和校核，需要分清主次，突出重点。
（三）实时监测
进行以下数据的实时监测：
●力学监测
主要指主梁混凝土应力。
采用混凝土应变计或钢弦计等元件来测定主梁控制断面处的应力状况。
把应力监测的结果与施工控制中其它监测结果相结合，能更全面地判断全桥的内力状态，形成一个较好的预警机制，从而更安全可靠地保障桥梁施工。
●线形监测
指主梁高程和桥梁纵轴线，是施工控制的重要工作之一。
在浇筑梁段前后和预应力张拉前后，对梁段块件标高的测量能反映出实际施工时主梁的挠度变化。
●物理测量
包括时间和温度测量。
桥梁施工各工序完成的时间在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。
而在施工控制计算中，需要尽可能地采用实际的施工时间参与计算。
对因某种原因造成施工产生较长停顿时，应重新进行施工控制分析；对不能同步施工的各梁段，应分别进行控制分析。
桥梁施工过程中，环境温度的大小及日照温差会影响到结构体系内的内力分布；并且，结构的温度变化还影响到施工立模标高以及测量精度。
因此，除对环境温度场进行常规测量外，还拟在梁部选择若干断面，预埋温度测试元件，测量结构内部的温度场，并结合理论分析，把测量的数据用于施工控制分析中时，随时提出线形控制的温度修正值。
（四）实时控制分析
（1）详细模拟施工过程，根据现场测试数据进行参数识别与修正，形成施工控制文件。
（2）进行施工阶段仿真模拟计算，并根据现场测试反馈结果，确定每阶段主梁的立模高程。
（3）当已施工梁段出现较大偏差时，及时通过理论计算进行调控，协助施工单位制定纠偏方案，避免误差进一步累积。
在控制过程中，以线形控制为主，应力控制为辅。
2.3前期与实时控制分析
（一）计算方法
运用循环迭代逼近分析、前进分析和倒退分析的方法进行施工过程结构行为分析；计算软件采用MIDAS（专业版）和桥梁博士V3.03版，同时采用SAP2000软件进行复核计算。
（二）施工误差状态分析
对施工反馈的数据与施工控制计算预测的理论目标值以及施工控制实时计算结果的修正目标值进行比较，确定误差的实际分布状态，对连续分布误差和大峰值误差进行及时调整。
（三）计算参数的识别与修正
对施工中出现的累积或发散趋势的连续分布误差状态进行参数识别、参数修正、参数拟合，并提供合理的目标值。
对于产生参数失真的原因进行认真分析，以便在施工中加以控制。
2.4实时监测初步方案
（一）主梁线形监测
主梁的高程测量是为了能反映出在各施工阶段（混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮前移等）完成后各梁段块件的标高，从而得到各施工阶段后的主梁线形。
重要的是通过前后施工阶段的梁段标高变化计算出主梁的实际竖向挠度，以便与计算挠度值相比较，及时调整偏差，为施工控制分析提供直接依据，为大桥施工提供保障。
线形监测的主要内容包括：
变形监测网的建立；
测点布设；
监测阶段及频次；
变形评估。
1）变形监测网的建立
监测网在现有控制点的基础上，采用控制点加密方法，根据实际需要，在适当位置加设控制点。
加设控制点利用GPS做第一次测量，然后利用全站仪校核，最后对整个监测网联测平差。
为了保证监测网的稳定性，并且能满足施工需要，对监测网必须定期进行联测，然后对联测结果进行平差处理，并且对结果进行分析。
2）测点布置
在挂篮安装区间，对挂篮的控制为三维控制，监测点采用反射片形式布设。
反射片基本布设在挂篮的转角位置，但是为了考虑通视情况，可以适当移动位置。
梁体监测点布设采用道钉直入的方式布设，布设位置为每个梁端的前端后退50CM左右的一个断面上，中间测点尽量保证在轴线上，在防护墙内部和外部分别布设两个测点（见图1）。
在梁端腹部采用贴反射片的形式布设测点，用于验证轴线和梁端是否扭曲。
在单箱断面至少布置5个测点，监测施工过程中主梁的标高和扭曲情况。
在每一梁段上，测点的具体布置参见图2。
测点分为两种：
位于箱梁腹板和中轴线处的测点为控制测点（计3个，在各梁段均设置），在每一施工阶段完成后，均需监测这些测点的标高值；位于翼缘板端测点为辅助测点（计2个，可在各梁段设置或间隔设置），用以复核桥面横坡和梁部线形；在每一施工阶段完成后，均需测量这些测点的标高值。
图1顶板坐标测点布置示意
图2主梁坐标测点布置示意
3）测量要求
①测量阶段及频次
在每一梁段的施工中均应作坐标测量。
测量阶段为：
挂篮前移就位后、立模绑扎钢筋后、混凝土浇筑完成后、梁段预应力张拉之前和之后、边跨或主跨合拢之前和之后、全桥合拢后剩余预应力张拉之后、全桥抹浆后、存梁60天后无碴轨道铺设前。
立模时的测量范围为立模梁段和该梁段前已施工完成的一个梁段，混凝土浇筑后的测量范围为该施工梁段及该梁段前已施工完成的全部梁段。
全桥施工过程中将设置一定数量的主梁标高通测和联测，并校核测量基点。
在各跨合龙前后及体系转换前后安排标高通测。
梁体线形监测阶段及频次见表1。
表1梁体线形监测阶段及频次
观测阶段
观测频次
备注
观测期限
观测周期
挂篮及模板安装
安装前后
安装前后各1次
设置观测点、测试梁体坐标
梁段混凝土浇筑
浇筑前后
浇筑前后各1次
设置观测点、测试梁体坐标
梁段预应力张拉
张拉前后
张拉前后各1次
测试梁体变形
边跨、中跨合拢段
浇筑前后
浇筑前后各1次
测试梁体坐标
梁段剩余预应力张拉
张拉前后
张拉前后各1次
测试梁体变形
全桥抹浆完成后
抹浆前后
抹浆前后各1次
测试梁体坐标
存梁60天后无碴轨道铺设前
≥2个月
跟踪观测
测试梁体坐标
注：
测试梁体竖向变形时，应同时记录梁体荷载状态、环境温度及天气日照情况。
②测量时间
各测量阶段的测量时间应根据主梁的施工进度完成情况安排在晚八时（夏、秋季为晚十时）以后至次日清晨八时前进行。
考虑到实际施工的情况，立模阶段测量若在白天进行，立模标高的数据应进行温度修正后使用。
③精度要求
高程测量的精度要求为1mm。
该精度不包括由于从水准基点引基点到各主墩墩顶梁段的测量基点产生的精度误差。
主梁轴线偏位测量的精度要求为2mm/60m。
拟采用精密水准仪（配因瓦尺）和高精度全站仪进行测量。
④线形评估
每个梁段浇筑完成后均结合理论值及实时监测数据对梁段线形进行评估分析，找出测试及理论分析误差，进行误差回归分析，修正理论计算及下节段坐标预测值。
合拢段浇筑前后、无碴轨道铺设前对全桥线形进行比对分析，给出施工监控成果及线形误差值。
4）线形控制的实施
主梁施工控制测量相关的数据表格分为施工监控数据表和施工测量数据表两种。
施工监控数据表由施工监控单位在相应的施工阶段前填写，并经设计代表和监理代表认可后，作为施工指令提供给施工单位施工。
施工测量数据表由监控单位在相应施工阶段完成测量任务后填写，报监理核查备案。
施工监控数据表和施工测量数据表格式见表1、2、3。
表1施工控制指令：
主梁施工立模标高数据表
#墩日期:
年月日编号：
施工阶段：
侧（）＃梁段立模浇筑阶段
侧（）＃梁段立模浇筑阶段
梁
段
号
控制指令数据
立模标高（m）
温度修正量
（mm/℃）
预计挠度
（mm）
轴线偏位
（mm）
主控测点
上游测点
下游测点
侧
＃
侧
＃
备注:
数据提供单位：
监控负责人：
监理代表签字：
设计代表签字：
施工单位负责人：
表2主梁施工测量数据表
（1）
#墩日期:
年月日编号：
施工阶段：
侧（）＃梁段阶段
侧（）＃梁段阶段
施工反馈数据
立模阶段
梁段
编号
主控点指令标高
（m）
温度修正量
（mm）
挂篮预抬量
（mm）
实际标高
（mm）
轴线偏位
（mm）
侧
＃
立模
侧前一梁段
侧
＃
立模
侧
前一
梁段
混凝土浇筑后
梁段
编号
主控点实际标高
（m）
实际挠度
（mm）
轴线偏位
（mm）
施工信息
侧
＃
立模
立模完成日期及时间
年月日时
立模时天气及环境温度
天气：
温度：
℃
侧前一梁段
混凝土浇筑时间
从：
月日时
到：
月日时
侧
＃
立模
浇筑时的天气及环境温度
天气：
温度：
℃
侧
前一
梁段
挂篮后锚点变形情况
上游：
mm
下游：
mm
备注：
测量：
施工单位负责人：
监理代表签字：
设计代表签字：
表3主梁施工测量数据表
（2）
#墩日期:
年月日编号：
施工阶段：
侧（）＃梁段施工侧（）＃梁段施工
A.（）挂篮移动就位后B.（）梁段浇筑完成后
C.（）梁段预应力张拉后
D.其它施工阶段说明：
测量时间：
年月日时天气：
环境温度：
℃
梁段
编号
主控测点标高（m）
测点标高（m）
测点标高（m）
轴线偏位
（mm）
备注：
数据提供单位：
测量：
测量负责人：
（二）应力、温度监测
结构应力监测是反映结构是否处于安全状态的最直观的指标。
为此，根据施工控制的工作内容，在主梁施工中将进行主梁的应力测试工作，以监控混凝土应力。
考虑到长期监测的数据稳定性和数据采集的方便程度，拟采用钢弦式应变传感器进行应力监测。
拟采用埋入式和表面附着式温度传感器进行梁体温度监测；同时测试大气温度。
2.5人员与设备安排
（一）人员安排
施工监控单位人员如下：
张启伟
负责人
李元兵
现场负责人，负责控制计算，参与监测（长驻现场）
黄江培
监测负责人（长驻现场）
季云峰
控制计算（复核）
金平
监测技术、测点布设
许东旭
控制计算，参与监测（长驻现场）
何升飞
控制计算，参与监测（长驻现场）
徐玉满
测点布设与测试
（二）施工控制所需的软硬件设备
拟用于该项目施工监控的主要监测仪器元件和软件见表4。
表4桥梁施工监控主要设备和仪器
项目
品名
单位
数量
仪器元件
LeicaTCA2003全站仪
台
1
全站仪棱镜GPR1
只
24
精密水准仪
台
1
因瓦尺
把
1
智能温度型弦式数码应变计
支
待定
综合测试仪
台
待定
应力计读数仪
支
待定
导线、护管、配件等
/
待定
软件
Midas/Civil7.01
套
2
桥梁博士3.03
套
2
SAP2000软件
套
1
其他
计算机
台
2
打印机
台
1
升级会员 