准朔铁路两桥施工监控实施细则

准朔铁路工程三标黄浦川、榆树湾1#特大桥（48+80+48）m连续梁施工监控实施细则中南大学土木工程检测中心2010年4月1. 工程概况准朔铁路工程三标黄浦川、榆树湾1#特大桥系单线新建时速200KM/h客货共线铁路桥梁。

由中铁第三勘察设计院有限公司设计（通图），中建股份公司施工。

设计时速：客车200km/h，货车120km/h；轨道结构形式：有蹅轨道。

1.1 线路基本资料施工方暂未提供。

1.2 主要结构形式黄浦川、榆树湾1#特大桥采用（48+80+48）m变截面预应力混凝土连续箱梁，参见图1.1，全长177.5m（含两侧梁端至边支座中心各0.75m）。

梁体结构为单箱单室直腹板箱梁，箱梁顶宽7.2m，底宽4.0m，端支座处及边跨直线段和跨中截面中心处梁高为3.6m，中支点处梁高6.4m，梁底按二次抛物线变化；顶板厚度除梁端附近外均为32cm，腹板厚度分别为40、60、80cm，底板厚度由跨中的46cm按二次抛物线变化至根部的80cm，全桥共设5道橫隔板，分别设于中支点、端支点和中间跨中截面。

该梁采用悬臂法施工，0#块长度6m，单T悬臂节段数10段，从1#～10#段分段长分别为：3×3.0+2×3.5m＋5×4m，边跨直线段长7.75m，边跨、中跨合拢段均为2.0m，先合拢边跨后合拢中跨。

图1.1 半(48+80+48)连续梁总体布置图(单位：mm) 受施工单位委托，我中心承担该主桥的施工监控任务，根据施工单位提供的相关资料，形成本监控实施细则。

2 施工控制的目的和意义本桥为新建客货共线铁路上的桥梁，起点高，工程精度要求高。

同时，大跨度P.C 连续梁桥采用悬臂浇筑施工，其结构体系的形成需要经过一个复杂的过程。

如何保证主梁合拢后悬臂两端挠度的竖向偏差和轴线的横向偏差不超过允许范围；如何保证合拢后的桥面线形良好；如何避免施工中主梁截面出现过大的应力等等；这些问题都需要进行仔细的分析和正确的处理。

为了使主桥安全、优质和高速地建成（即在成桥后主梁的线形符合设计要求，结构恒载受力状态接近设计期望值）。

在主桥施工过程中必须进行严格的施工监测和控制。

大跨度连续梁桥的设计与施工相关性很强，如所采用的施工方法、材料性能、施工程序、环境温度场及立模标高等都直接影响成桥的线形与内力，而施工的实际参数与设计参数的差异是客观存在的，为此必须在施工现场采集必要的数据，通过参数识别后，对理论值进行修正计算。

通过调整浇筑立模标高使主梁标高达到设计要求。

通过施工过程的监测、数据采集和优化控制，在施工中依据已建结构的指标，预测未来结构的指标。

因此，为了确保本桥的施工质量和施工安全，必须建立科学合理的实时施工监控系统对其施工过程进行。

3 主要研究内容总的说来，施工监控包括两个方面的内容：理论分析和现场监控。

对于连续梁桥施工监控的主要工作内容包括：①进行结构前期计算分析，校核计算参数，确定施工控制理论轨迹；②进行施工控制计算，确定各悬浇节段立模标高；③对施工过程结构的变位、温度进行观测；④进行参数影响分析，结合观测结果进行参数识别，并修正计算模型；⑤对立模标高进行优化调整；⑥根据监控结果和计算成果对合拢方案提出建议；⑦对重大工程问题及时汇报并会同各单位提出调整方案。

4 施工监控工作安排4.1 人员组成本次施工监控由施工方和我方（中南大学）共同完成，为了有效实施施工监控，成立领导小组，由施工方和我方人员组成，在施工现场成立施工监控组织机构，即设立施工监控工作小组。

全面负责现场测试及数据整理工作。

我方成立理论分析小组，负责理论分析，做出监控决策，对重大技术问题提出解决方案。

具体流程见图4.1。

图4.1 施工监控工作流程具体组成人员如表4.1所示。

表4.1 施工监控组成人员一览表4.2 仪器设备为了使施工监控工的作顺利展开，除以精干力量组成大桥监控项工作组外，需准备一下仪器设备，施工方需准备传真机、打印机、电脑、精密水准仪、智能型应变仪测试仪、全站仪、温度测试系统等多种设备，以及足量的高精度测温元件和应力应变元件等，我方将采用迈达斯桥梁分析程序等三套大型软件进行计算，相互校核，确保计算结果的可靠性，为监控工作的顺利进行提供了重要的保障。

4.3施工控制的依据本大桥施工监控依据下列合同文件及有关规范、标准进行：1.《铁路桥涵设计规范》(TB10002.1～TB10002.5-2005)2.《新建时速200公里客货共铁路设计暂行规定》（铁建设函[2005]285号）3.《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）4.《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）5.《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）6.《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）7.《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设『2005』157号）8.《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）9.《铁路混凝土工程施工质量补充验收标准》（铁建设[2005]160号）10.《铁路工程结构混凝土强度检测规程》（TB10426-2004）11.准朔铁路相关大桥施工设计图及其它相关资料12.《铁路工程抗震设计规范》GB50111－200613.《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-20044.4施工控制的方法4.4.1 施工监测系统施工监测系统是大跨度桥梁施工控制系统中的一个重要部分，各种桥梁施工控制中都必须根据实际施工情况与控制目标建立完善的施工监测系统。

施工监测系统主要包括：结构设计参数监测、几何状态监测、应力监测、预应力监测、温度监测等几个部分，其组成如图4.2所示。

图4.2 施工监测系统4.4.2 施工控制流程大跨度连续箱梁桥的施工控制是一个施工—测量—识别—修正—预测—施工的循环工程。

施工控制中最基本的原则是确保施工过程中大桥结构的安全，在大桥施工过程安全性满足要求的前提下，再对大桥施工过程中结构的变形、应力（变）进行双控，而其中又以变形控制为主，确保大桥最终线形和内力满足预期目标。

大跨径梁桥施工过程复杂，影响参数多。

如：结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等。

求解施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值。

为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，我们在施工过程中对这些参数进行识别和预测。

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。

施工控制流4.4.3 参数识别对于大跨度桥梁来说，施工控制的前进分析中采用的参数按规范取值或由室内试验确定。

然而，在实际工程中不确定的因素多，由于现场条件同规范条件或室内试验条件不同，按规范取值或由室内试验测定的参数往往与实际值存在较大差异。

且大部分参数在施工过程中是不断变化的，如果不对这些参数的误差进行实时识别与修正，仍然采用不准确的参数进行分析，来确定施工各节段的立模标高，可能会使实际线形和内力与设计理想状态存在一定误差，这不仅影响桥梁美观和行车舒适，同时也使桥梁最终内力状态偏离设计值，影响使用寿命而且为了纠正线形往往会给施工带来较大的麻烦。

在实际施工过程中的参数识别应该采用理论分析与试验测试相结合的方法，才能更准确、更迅速的识别参数误差。

对各参数误差进行敏感性分析，初步选定待识别的主要参数如下：①梁段自重，为各施工梁段的重量，混凝土浇筑超方和欠方的影响。

②结构刚度，包括所有单元的EI,EA.③混凝土收缩徐变，主要是计算模型的各项参数。

④温度，为各施工状态下结构中温度场的分布情况。

⑤预应力，主要为预应力有效值计算中的各个参数。

⑥施工荷载，为各个施工状态施工临时荷载的施加、移动和去掉等情况。

组成控制结构系统的参数很多，一般与设计取值都存在一定差别，应该对所有参数进行识别。

然而，对所有参数的识别将使整个结果系统都成为不确定的，结构的系统识别工作变得极其复杂。

因此，对必须结构参数识别工作进行简化，将其分为以下四个步骤进行：a）确定待识别参数；b）参数相关性分析；c）参数敏感性分析；d）参数识别实施。

（1）待识别参数的确定连续梁桥各施工节段完成后的几何尺寸，一般与设计图的几何尺寸存在偏差，在参数识别中考虑超方和欠方的影响，但结构尺寸一般仍按设计图纸取值。

各节段单元的计算容重、弹性模量、混凝土的收缩徐变各参数都因混凝土组成材料的不同、配合比的不同、外加剂的不同而与设计规范取值及其他桥梁的取值有所不同，因此混凝土构件的计算容重、弹性模量、混凝土的收缩徐变各参数都是待识别的系统参数。

预应力是预应力混凝土连续梁的一个重要组成部分，与其有关的诸多参数，如钢绞线的弹性模量、真实抗拉截面积、预应力损失诸参数等，与规范取值存在差别，也应该作为待识别的系统参数。

（2）参数相关性分析以上待识别参数中，许多都是相互关联的，而且这些参数发生不同变化都可能引起观测量相同的变化，这样就很难准确的识别出各待识别参数的真实值。

因此应尽量将其分离开，以便可以对其进行单参数的敏感性分析和单参数的识别。

（3）参数敏感性分析参数敏感性分析的目的是要确定对桥梁施工结构行为影响较大的设计参。

具体表现在结构参数发生一定幅度变化后，引起结构控制部位的位移以及内力变化幅度的大小。

根据各个参数对结构状态影响的敏感程度，将待识别参数分为主要控制参数和次要控制参数。

分析步骤如下：①根据有关资料和具体情况，确定适当的参数变化幅度，一般不超过10％；②选定控制目标，利用结构分析系统，修改参数值，计算所求状态下的控制目标的变化幅度。

③依据影响程度确定出主要控制参数和次要控制参数。

（4）参数识别的方法在参数识别理论分析中采用简单易行的是带权值的最小二乘法，先通过前进分析计算各参数与状态间的转移矩阵，只要将施工中的状态变量输入就可以得到各参数的值。

设在某一施工阶段测得主梁悬臂端m 个节段的挠度为：()()()[]Tm S S S S ,,2,1 = （4-1） 理论计算挠度：()()()[]T m U U U U ,,2,1 = （4-2）则误差向量为：()()()[]T m Y Y Y Y ,,2,1 = （4-3）U S Y -= （4-4）若记待识别的参数误差为：()()()[]T X X X X 1,,1,1 = （4-5）认为向量误差Y 是由参数误差X 引起的，应满足：P A ·Y X = （4-6）式中：P A 为n m ⨯阶的影响矩阵，其元素ij a 的物理意义为第j 个参数误差，引起状态变量i y 的变化。

通常状态变量的个数m 多于需要识别的参数的个数n ，则式(4-6)变成一超静定方程组，此时可应用最小二乘法引入残差E:P A Y =·E X + （4-7）最小二乘法就是基于残差最小的算法，由于残差可正可负，要求使残差平方和最小，引入函数J ：()T E X J =·E （4-8）式（4-8）就是最小二乘参数估计的准则。