01线形监控实施方案黄板桥2#大桥1.docx

1、01线形监控实施方案黄板桥2#大桥11.概述1.1工程概况长昆铁路客运专线黄板桥2#大桥跨越312省道和新建乡八家河为（40+64+40）连续梁，采用挂蓝分段悬浇。梁部设计图铁道部经规院发布的无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁(双线，40+64+40m)(通桥(2008)2368A-III，2008年10月版)。梁体类型为单箱单室、变高度、变截面结构，梁体全长145.5m，中支点处梁高6.05m，跨中10m直线段及边跨7.75m直线段梁高3.05m，边支座中心至梁端0.75m。箱梁顶宽12.0m，底宽6.7m。全联在端支点、中跨中及中支点共设1个横隔板，0#段长度为9m，主梁采用三向预应力体系，纵

2、向预应力分为顶板束、腹板束和边、中跨底板合拢束。钢绞线规格有15-55、8-75和5-75三种规格。主节段划分为0#、1#8#，共计34个节段，其中中墩二个0#节段，边跨直线段采用支架现浇，8#节段为合拢段，其余均采用挂篮悬臂现浇。节段划分见下图1.1：图1.1 主梁1/2节段划分图图1.2 主梁截面（cm）1.2监控机构组织及文件组成1.2.1监控机构组织施工控制涉及到业主、设计、施工、监理和监控等多个部门和单位，而且各个部门和单位在施工控制过程中也发挥着不同的作用。而施工控制工作是靠建桥各方密切合作、团结协调、共同努力来实现的。因此，为确保监控过程中各项工作的有序、协调、有效开展，必须事先

3、建立完善的施工控制组织体系。为此，在施工控制阶段，由大桥的施工单位负责施工控制工作过程中的总体协调工作。为使本桥施工控制工作渠道畅通、令行禁止、高效运作、责权清晰，拟定各单位主要职责暂定如下：1）施工单位全面协调设计、监控等各方面的关系，及时对各施工阶段有关参数进行测量，并及时掌握现场施工荷载的变化情况，及时提供给施工控制方，同时配合施工监控的工作，并做好现场元器件的保护工作。2）设计单位提供设计成桥目标状态，对施工控制内容、目标提供参考意见。3）施工监控单位施工监控单位负责监控数据分析、整理、计算和输出，其职责如下：（1）监控单位应本着严格监控、热情服务、秉公办事、一丝不苟的原则，以监控合同

4、文件和施工合同文件为依据，独立、公正、有效地开展施工监控任务。（2）监控单位应根据监控合同文件、施工图纸、国家相关主管部门现行的技术标准、规范的有关规定履行监控服务。监控单位在履行服务过程中行使的权利或所需的授权，应符合本合同条款的规定。（3）监控单位应根据工程进度、难易程度、现场条件以及运营状态等因素，配备相应的人员和设备。监控单位应合理调配监控人员的人数及进出场时间，以便很好地满足各阶段施工监控的需要。（4）对于影响监控工作正常开展的重大问题，监控单位必须及时以书面方式提出。4）其它相关单位：积极配合监控过程的相关事宜。1.2.2监控文件组成监控文件由两册文件组成：线形监控方案和线形监控操

5、作细则，本册为线形监控方案。1.3线形监控依据1）计算采用的文件及规范（1）黄板桥2#大桥及油麻冲大桥的（40+64+40）m预应力混凝土连续梁（悬臂浇筑）设计文件；（2）高速铁路设计规范（试行）（TB106212009）；（3）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.12005）；（4）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.32005）；（5）铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB 10005-2010）；（6）铁路轨道设计规范(TB100822005.J4482002)；（7）高速铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB107522010.11422011）；（8）高速铁路桥涵

6、工程施工技术指南（铁建设【2010】241号）；（9）铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南（TZ 3242010）。2）计算参考的规范（1）铁路架桥机架梁规程（TB 10213-99）；（2）铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB 10005-2010）；（3）新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定（2003.6）；（4）铁路桥梁钢结构设计规范（TB 10002.2-2005）； 2.施工监控的重要性2.1施工监控的必要性按照相关规范标准和设计的要求，结合桥梁具体的结构和施工特点，对桥梁实施有效的施工监控是大跨度桥梁成功施工的关键。施工控制是随施工过程中的预测、实测、评估及反馈、再预测的循

7、环控制逐渐实现的，它是将使结构现场测试技术和计算分析技术应用于施工，并结合施工过程形成结构评估、反馈控制的安全及质量技术控制系统。也就是说，在桥梁施工期间实施监控，通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态预测得出合理的反馈控制措施，给施工过程提供决策技术依据，也为结构行为控制提供理论数据，从而正确地指导施工，确保施工成桥状态线形与设计文件相符。黄板桥2#大桥及油麻冲大桥为大跨度连续梁桥结构体系，其施工过程复杂，施工周期长，影响因素多，技术含量高。对于预应力混凝土大跨度连续梁桥来说，采用悬臂施工法有许多优点，但桥梁的形成都要经过一个复杂的过程。在施工过程中如何保证主梁竖向线形偏差及轴线偏移

8、不超过容许范围、如何保证合龙后的桥面线形良好等问题，如何保证施工状态与设计状态最大程度吻合等均需进行施工监控监测来解决。此外，设计是在对结构参数按照规范等取值进行的理论计算，设计时难于精确估计结构的实际状态。实际施工时，各种施工误差（如截面误差、材料容重误差、弹性模量误差、张拉误差等）和施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用都会引起桥梁结构线形与内力的改变，影响结构在施工和成桥时的状态和结构的安全。而施工监控是根据施工现场实测结果所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定每个节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测成果进行误差分析、预测和对下一立模标高进行调整，从而保证成桥后线形、合龙精度符合

9、规定值的要求。实行桥梁监控措施，是加强过程安全质量管理，防止重大事故发生的有力手段。对施工过程中结构的变形进行有效的监测和控制，通过施工过程的数据采集和优化控制，在施工中做到把握现在、预估未来、避免施工差错，从而保证结构的安全性并尽可能缩短工期和节省投资。从而为该桥的成功、顺利修建提供技术支持，为该项目桥梁的顺利投入运营和长期健康监控提供可靠的依据。2.2施工线形监控的目标通过对桥梁实施线形控制，使其结构在施工过程中的实际位置（平面位置、立面位置）与预期状态之间的误差在规范允许范围之内，保证桥梁顺利合拢、成桥线形符合设计要求。2.3施工监控的总体思路施工控制应当采取理论计算预测按预测进行节段悬

10、臂施工作业节段施工作业完成后实测线形数据反馈根据实测反馈进行参数分析、识别及优化进行下一施工阶段理论计算预测的循环次序进行。因此其主要工作内容包括阶段施工前的预测计算、节段悬臂施工过程中的控制测量、实测结果与计算预测结果的偏差分析及优化分析三个方面的内容，具体实施时，需要考虑以下内容：1）建立全桥关键截面线形及温度场实时监测系统，针对不同的施工阶段及施工内容，适当提高监测频率；2）施工控制以每一节段梁顶标高、主梁轴线控制为主；3）预应力张拉损失、梁体截面尺寸、混凝土材料性能及浇灌重量、施工周期、结构的温度场等对桥面的竖向线形影响比较敏感，应作为精度控制的重点；4）预应力张拉对结构线形有较大影响

11、，在张拉过程中应对其进行重点控制；5）温度的变化会影响梁体的几何线形，并对梁体的精确线形确定影响较大。各施工阶段的线形测量应在晚上6点之后或黎明7点之前进行，以消除局部温差造成的与设计值的偏离；6）施工中温度的影响、砼的收缩和徐变、基础沉降等应在每一个施工阶段的分析模型中进行修正；7）混凝土收缩徐变对结构线形影响较为明显，施工前收集相关资料进行预测分析，施工过程中结合实测资料进行详细分析；8）高墩对结构的影响应在预测计算中加以考虑，在后续施工过程中进行控制。在进行梁段立模标高计算时，主要提供每一个拟浇梁段前后端截面的高差，并兼顾绝对标高，如果出现位移计算结果与实际发生的位移值有偏差，再对高差进

12、行修正。在成桥桥面标高的控制中应以桥面平顺为目标，当施工中某工序或梁段浇注后标高值与理论值发生偏差后，如偏差较小，则在下一个梁段施工中加以调整，若是偏差较大，不必强行在下一个梁段中立即调整过来，而应根据偏差发生的特点找出原因，在后期悬臂浇注梁段挠度计算时进行修正，在以后的几个梁段中将标高偏差逐步纠正过来。以保证桥面整体线形平顺、流畅及结构内力状态合理。2.4施工监控的重点1）混凝土弹性模量混凝土弹性模量是结构计算中的一个非常重要的参数，实际的弹模与假定值总是存在一定的差距，需要通过试验得出实际的混凝土弹性模量。由施工单位材料试验室负责落实。混凝土弹性模量变化对桥梁线形的影响分析由监控单位结合实

13、测进行计算分析。2）混凝土容重及配合比混凝土容重大小与混凝土配比、所用石料密度等有关，实际容重与计算取值有一定差异。在主梁施工前几个节段，要求按规范制作试块，测定实际混凝土容重。混凝土重量由混凝土搅拌站根据材料用量确定。3）截面特性参数任何施工都可能存在截面尺寸误差，验收规范中也允许出现不超过限值的误差，但这种误差将直接导致截面特性误差，从而直接影响结构内力及变形的分析结果。因此在施工过程中，从立模开始至混凝土浇注成型后，都应进行截面特性参数的控制，一方面及时纠正施工偏差，另一方面及时发现成型后的截面特性偏差，在计算分析中予以适当考虑。截面特性参数由施工单位负责组织，由现场质检员进行监测。4）

14、挂篮弹性变形预拱度的设置应考虑挂篮弹性变形的影响，挂篮弹性变形通过挂篮加载试验获取。挂篮弹性变形试验由监控单位协助，由施工单位负责在挂篮预拼装完成后组织实施。5）钢材的力学性能预应力混凝土梁体所使用的普通钢筋及预应力钢筋的弹性模量及强度指标、延伸率指标一般由材料供应商提供，在本施工控制中具体由施工单位材料试验室负责落实。6）混凝土材料的收缩、徐变参数由于混凝土材料的收缩徐变，会导致施工过程中及成桥后梁体线型及内力发生较大变化，因此在施工前及施工过程中的监控计算必须了解混凝土材料的收缩徐变特性。7）预应力施工控制参数预加应力是预应力混凝土结构内力及变形控制考虑的重要结构参数，预加应力的大小受很多

15、因素的影响，需根据现场实际进行测定。8）温度场测量混凝土箱梁的温度分布是坐标和时间的函数，同重力场、电磁场一样，混凝土箱梁中也存在温度场，是各时刻箱梁中各点温度分布的总称。箱梁混凝土的温度作用是指由于外界环境条件等因素引起的箱梁混凝土温度场的变化。混凝土箱梁的温度作用按其产生原因可以分为三类：一是日照温度作用，主要是由太阳辐射作用所致；二是大气降温作用，主要是强冷空气的侵袭和日落后在夜间形成的内高外低的温度分布；三是年温度变化，是由于季节更替产生的温度变化所产生的，其特点是变化较日照温度和大桥降温缓慢得多，混凝土箱梁温度场均匀变化，其主要是引起箱梁发生整体的均匀变形。混凝土箱梁的温度作用具有分

16、布非线性和时间相关性等特点，在目前技术条件下，确定箱梁温度场的分布和精确计算混凝土箱梁温度应力是较为困难的。但目前的研究和试验均已表明，箱梁的竖向温度梯度作用效应在温度作用对混凝土箱梁的影响方面占主要地位。因此国内外桥梁设计规范在考虑箱梁结构的温度作用时，基本只考虑箱梁的竖向温度梯度，把三维的箱梁温度场转化为一维问题。由于混凝土箱梁的温度作用产生的应力称为混凝土箱梁的温度应力。因混凝土箱梁的内、外约束而产生的温度应力又分别称为温度内约束应力和温度外约束应力。温度内约束应力是指由于温度在混凝土箱梁结构中的非线性分布而使构件各部分因温度的收缩不均匀而产生的约束应力。温度内约束应力在箱梁截面上是自平

17、衡的，也称为温度自约束应力，简称温度自应力。对于属于超静定结构的桥梁而言，赘余约束会阻止结构由于温度而产生的变形，由此产生的应力称为温度外约束应力，也称为温度次应力。本桥混凝土箱梁温度效应对桥梁结构受力和线形的影响主要是通过现场观测和统计分析等手段，确定温度作用模式，再采用有限元方法对温度效应进行分析。9）施工线形控制测量施工过程中的线形测量包括桥梁施工控制测量网定期复核测量、主墩沉降测量、各节段施工立模标高测量、施工荷载对线形影响测量、温度对线形影响测量等。施工线形控制测量由施工单位进行测量。线形测量的测点布置及测试方法详见后文。10）桥墩垂直度和基础沉降对桥墩设置观察点，在施工过程对桥墩的

18、垂直度和沉降进行定期观测。2.5施工监控的内容根据监控重点和黄板桥2#大桥及油麻冲大桥的结构形式，为保证桥梁的施工质量，达到桥梁监控的目的，在施工时，桥梁监控的主要内容包括以下几点：1）桥墩垂直度及基础沉降监控桥墩垂直度监控测量采用高精度全站仪或经纬仪进行观测，桥墩施工后在纵、横向顶底设垂直观测点，随着主梁节段的浇筑，定期监测上、下观测点的偏差，从而算出主墩的实测偏位。主墩的各测点以施工单位的施工放样测点为准。基础沉降变形测量采用直接测量的方法，在每个墩、台底承台四角各设置一个沉降观测点，根据基准点标高用水准仪测出沉降观测点的标高，从而得到主墩的沉降值。2）主梁线形监控主梁立模标高是主梁线形的

19、基础，一旦确定，主梁的线形就基本确定。因此立模标高是决定成桥线形的最重要的因素。成桥合理线形和施工过程中计算完成后，就可以确定主梁施工预拱度，从而可求得立模标高。梁段立模标高设置原则：H施H0fsfmfg+H施主梁梁顶立模标高；H0主梁梁顶设计标高，即成桥状态设计线形；fs从梁段安装到成桥状态累计位移，向下为负；fm主梁的活载预拱度，取活载最大位移的1/2；fg挂篮变形产生的挠度；立模高程修正量。成桥状态设计线形为考虑3年收缩徐变后的成桥线形，挂篮变形产生的挠度通过挂篮加载试验来获得。3）主梁温度场测试由于混凝土结构的热传导性能较差，周围环境温度的变化和阳光照射不同等原因，将会使其表面温度和内

20、部温度形成较大的温度梯度。温度测点的布置将要反映这种梯度的变化。4）提供合拢方案计算结果及控制参数根据监控计算提供合龙方案及控制参数。5）监测方案应包括：监控项目、方法及监控测量断面的选定，断面测定数量和位置、测量的频率、测量仪器和元件的选定、精度和校订方法、测点埋放时间等。6）施工全过程的软件分析：对各阶段的施工监控参数进行预测；如何用反馈信息修正计算；如何为施工过程出现的偏差进行调整提供依据等。2.6施工监控的工作流程施工线性控制的总体流程为采取理论计算预测形成报告、进行施工准备和前期测试按预测进行节段悬臂施工作业节段施工作业完成后反馈实测线形数据根据反馈实测数据进行参数分析、识别及优化进

21、行下一施工阶段计算预测，以此循环次序进行。因此，其主要工作内容包括节段施工前的预测计算、节段悬臂施工过程中的施工测量、实测结果与计算预测结果的偏差分析及优化分析三个方面的内容，其目标是确保线形符合设计要求，为今后的安全运行奠定基础。图2.1 线形监控工作流程图3.施工过程仿真模拟黄板桥2#大桥及油麻冲大桥施工采用分阶段逐步完成的施工方法，结构的最终形成，需经历一个长期而复杂的施工与结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的变形计算，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。同时，为了能够确保施工过程中结构的安全，保证成桥状态最大程度地接近设计目标状态，必须采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过

22、程中每个阶段在变形方面的理想状态，以便为施工提供中间目标状态，控制施工过程中每个阶段的结构行为和状态，使得其施工过程受力合理，而且最终的成桥线型满足设计要求。施工监控的过程就是通过对施工过程的仿真计算，初步确定每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和调整后续梁段的立模标高，以确保施工过程中结构的可靠度和安全，确保合龙精度以及成桥后的桥面线形、符合设计要求。本项目监控计算准备采用多套软件进行，对本项目桥梁复核计算和施工架设过程采用“MIDAS/Civil”进行平面和空间计算，桥梁博士进行校核计算。对本项目桥梁监控计算采用正装法进行计算，整个计算步骤按主桥施工

23、架设过程进行，直至主跨合拢。3.1监控计算基本内容监控计算是施工控制的核心依据，利用三维空间结构分析程序计算分析施工全过程、成桥状态的变形，平面位于曲线段的桥梁应考虑结构空间的扭转效应对变形的影响和施工阶段的划分。根据理论参数进行的监控计算成果应与设计计算结果比较分析，差别应在容许范围内。根据工程进展，监控计算工作主要包括以下内容：3.1.1计算模型计算模型是施工监控计算的基础，一个高质量的计算模型首先应该尽可能真实模拟设计图纸的各个构造(包括截面和边界条件等)，将结构离散；然后根据现场施工方案划分施工阶段，在划分施工阶段的时候应该区分一般施工工况和重点施工工况，为了简化计算模型，对于一般工况

24、可以在施工阶段中不单独列出，但重点工况必需有单独的施工阶段。计算参数在施工计算前期可以结合规范和经验取值，在施工过程中应结合现场实测结构效应，进行参数的识别和修正。计算模型见下图3.1：图3.1 计算模型3.1.2计算参数1）材料参数（1）混凝土：主梁采用C50混凝土，混凝土力学性能指标见表3.1。表3.1 混凝土力学性能指标力学性能指标C50混凝土弹性模量E（MPa）3.55104轴心抗压（MPa）fc33.5轴心抗拉（MPa）fct3.1容重（kN/m3）26热膨胀系数（1/）0.00001混凝土的徐变收缩参数参考（JTG D622004）考虑，环境湿度按70取，构件的理论厚度按每个单元的

25、实际截面特性计算，水泥的种类系数取5.0，考虑三年的混凝土收缩徐变时间。（2）预应力钢筋结构预应力钢筋计算参数表见表3.2：表3.2 预应力钢筋计算参数表主要参数纵向预应力束横向预应力束竖向预应力筋型号15、19-15.244-15.2425精轧螺纹钢弹性模量(MPa)1.951051.951052.0105抗拉标准强度（MPa）18601860830锚下控制应力(MPa)13021302650孔道偏差系数K0.0030.0030.003孔道摩阻系数0.260.260.35松弛系数0.300.300.3锚具变形及回缩量6mm6mm6mm2）计算荷载参数（1）恒载 一期恒载：混凝土容重取为26k

26、N/m3。在施工控制阶段，混凝土容重需要通过试验确定，预应力齿块按集中力处理。 二期恒载：二期恒载包括钢轨、扣件、轨道板、底座板等线路设备重以及防水层、保护层、人行道栏杆、防护墙、电缆槽盖板、竖墙、接触网支柱等附属设施重量，根据设计文件取值为114.3kN/m。 预应力：按照设计图拟定的施工过程，分阶段张拉，并考虑损失效应，压浆分步骤完成。 收缩及徐变作用：收缩、徐变按各自的计算周期考虑。收缩、徐变计算参考JTG D622004规范模式，强度发展模式参考CEB-FIP取值，计算结构十年后的收缩徐变量。 基础变位：墩台沉降差按20mm考虑。（2）施工荷载根据设计图纸提供的资料，悬臂施工时挂篮、模

27、板等临时荷载按800kN计，各节段湿重按下表3.3计算。合龙吊架及模板重量按800kN考虑，如实际施工中超出重量要求，应重新计算。在混凝土初凝前的施工过程中考虑混凝土湿重对主梁的线形的影响，以集中力的方式加载到已施工梁段上，各节段湿重见下表3.3：表3.3 各节段湿重（kN）节段号012345节段重量(kN)9002.01371.51311.91435.41477.41346.6节段号67891011节段重量(kN)1288.01236.71133.31037.81020.6939.6（3）活载 纵向计算采用ZK标准活载，加载图式加下图：图3.2 ZK活载加载示图 横向计算采用ZK特种活载；

28、列车活载动力系数如下：其中为计算跨长，当计算出的动力系数小于1.0时采用1.0；计算预拱度值时不计动力系数。 横向摇摆力取100kN，作为一个集中荷载取最不利位置；（4）附加力体系温度作用，整体升温：25，整体降温：-25；日照温差：按规范取值。3.1.3参数影响性分析和施工控制参数的确定由于各种原因限制，实际结构的刚度、重量等参数可能会和最初拟定的参数有一定差别。利用计算模型计算分析采用不同的参数对施工控制目标的影响，掌握各种参数差别的影响。参数分析包括:砼弹性模量、主梁节段重量、预应力参数、温度场等。根据各参数影响程度确定一个或几个施工控制主要参数，作为施工控制过程中参数识别和分析的重点。

29、弹模和容重对结构在收缩徐变3年后的最大挠度的影响见下图3.3：图3.3 弹模和容重的影响从上图可以看出，弹模的变化对梁的线形影响并不敏感，容重的变化对线形影响较显著，因此在施工时容重的修正，即梁重的统计是施工控制的参数之一。图3.4 摩阻系数的影响从上图可以看出孔道摩阻系数的变化对墩顶最大负弯矩的影响较敏感，因此施工控制中根据实测孔道摩阻系数进行模型参数的修正是有必要的。3.1.4主梁立模标高的确定主梁立模标高是主梁线形的基础，一旦确定，主梁的线形就基本确定。因此立模标高是决定成桥线形的最重要的因素。成桥合理线形和施工过程计算完成后，就可以确定主梁施工预拱度，从而可求得各施工阶段的立模标高。对

30、于现浇施工的混凝土桥梁，其线形调整主要是通过设置合理的预拱度来实现的。因此，线形控制的关键在于分析预拱度的组成以及确定各组成的取值。对于预拱度的设置，可根据规范要求及混凝土浇注托架的传力机理，一般能准确确定。而对于预拱度各组成的取值，由于计算模型、设计参数取值、施工量测等的误差不可避免，因此挂篮悬臂施工主梁实际产生的变形与理论计算值存在误差。所以理论计算变形以及荷载试验所测得的变形只能作为预拱度取值的一个依据，预拱度的合理取值还须在前期施工过程中，通过多个梁段施工有目的的大量测量，不断积累数据和经验，逐步取得预拱度各组成部分的合理取值。对于设计预拱度，按规范要求取考虑3年收缩徐变后成桥累计位移

31、+静活载挠度的反值，计算得到的设计预拱度见下图3.5。挂篮变形产生的挠度通过挂篮加载试验来获得。图3.5 设计预拱度3.2监控计算基本阶段3.2.1施工前仿真计算根据设计图纸和现场前期收集的设计、施工资料和荷载等参数，进行施工过程和成桥状态计算。验证施工方案的可行性，得到初步的施工过程理论轨迹和架设前的主要施工控制参数。通过熟悉与审查图纸，对工程任务情况有较为详细的了解，从而弄清设计意图，掌握使用要求，并根据这些情况来作为部署生产，弄清本工程中的重点部位、关键项目和困难及薄弱环节，从而做到预见性的发现问题，并采取相应的技术措施，保证施工的顺利进行，防止中途停工和质量事故的发生。依据施工指导步骤图进行施工阶段分析，施工阶段的划分入下表3.4：表3.4 主梁上部结构施工顺序表施工阶段ST内 容