史 晓 丽
1.中铁十四局集团第一工程发展有限公司 山东省日照市 邮编276826
摘 要 为探索施工监控技术在耐候钢转体桥中的应用，本文以新机场三标耐候钢转体桥为研究对象，该桥属于超静定结构，设计受力状态和线形与施工高度耦合，所采用的施工方法、材料性能、施工顺序、拼装节段定位标高和接头转角、状态温度等因素都将影响到成桥状态桥梁的线形与受力。在施工过程中，上述因素总会与设计假定存在差异。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，为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，使施工完成后的桥梁在成桥状态满足设计和规范要求。为确保上跨青荣城际等既有铁路转体桥2*120m变截面钢箱梁T构施工过程和成桥状态下结构内力和变形始终处于安全范围内，结构恒载受力状态接近设计期望，在全桥施工过程中进行严格的施工控制。
关键词 施工监控技术 线形 受力 结构测试 计算分析 成桥状态
中图分类号TU997 文献标识码A
Application of construction monitoring technology in weather-resistant Steel Swivel Bridge Project
SHIxiaoli
(1.China Railway 14th Bureau Group No.1 Engineering Development Co., Ltd，Rizhao， China )
Abstract In order to explore the application point of construction monitoring technology in weather-resistant Steel Rotary Bridge, this paper takes the new airport three-bid weather-resistant Steel Rotary Bridge as the research object, the adopted construction method, material property, construction sequence, location elevation of assembling segment, Joint Angle, state temperature and other factors will affect the shape and force of the finished bridge. These factors will always be different from the design assumptions during construction. The reasonable feedback control measures are obtained through the construction site structure test, the track calculation analysis and the bridge completion state forecast, which provides the decision-making technical basis for the construction process, as well as the theoretical data for the structural behavior control, thus correctly guide the construction, so that the completed bridge in the finished state to meet the design and specification requirements. In order to ensure that the internal force and deformation of the steel box girder t structure with 2 * 120 m variable cross-section in the construction process and in the finished state of the existing railway revolving bridge, such as the Qingrong intercity bridge, are always within the safe range, and the state of the structure under dead load is close to the design expectation, carry out strict construction control in the whole bridge construction process.
Keywords Construction Monitoring Technology;LINE SHAPE;stress, structure test;calculation and analysis;finished bridge state.
1[] 引言
桥梁施工监控项目是通过对桥梁重要构件的监测和控制,来保证被监控构件的安全和质量，本文基于中铁十四局承建的新机场三标连接线项目，在施工监控计算、钢箱梁架设监控、斜拉索及索塔监测、环境监测、转体施工监控等应用点中，深度探讨施工监控对桥梁施工全过程监控的价值，为类似的施工项目提供借鉴。
2 施工监控的定义
针对桥梁设计目标,通过施工过程模拟分析、现场监测以及误差识别与预测,对桥梁施工过程中的结构进行反馈控制,为实现设计要求的成桥结构受力与线形状态提供技术支撑的全部工作总称。
3 施工监控的目的
通过现场监控、监测与计算等手段，对结构施工过程中的结构主控截面的应力变化和位移状态进行有效地监测、分析、计算和预测，为施工单位提供施工控制信息，以确保整个结构在施工过程的安全并达到最终的设计成桥状态。施工监控的目的是使大桥高精度的合龙，成桥后主梁线形与结构内力满足设计要求。监控单位应根据现场实际情况，按照施工监控方法对主梁安装线形提供数据，在各施工阶段的施工标高等进行计算，提供正确的数据以指导施工。
4 施工监控计算
对照施工图设计文件，重点复核钢箱梁设计预拱度、临时索塔拉索索力等重要参数，为该桥的拉索张拉和转体合龙提供依据。
建立包括施工支架、钢箱梁、临时索塔拉索等结构、构件的全过程计算模拟，根据施工过程开展仿真分析，以此获得主要结构、构件的受力与变形等重要技术参数，为该桥准确架设提供高程控制依据，具体验算复核内容包括：
（1）钢箱梁预拱度复核验算；
（2）临时索塔拉索张拉设计索力复核验算；
（3）悬臂转体过程中拉索索力变化及梁体高程控制和应力控制；
（4）转体后上顶过程和合龙过程中梁体高程控制；
（5）二期等附属荷载下梁体高程变化；
（6）施工过程中稳定性验算，重点分析钢箱梁悬臂转体阶段，并考虑风荷载作用下的弹性稳定，依据计算结果，提出合理化建议；
（7）参数敏感性分析，根据上述计算结果，分析影响该钢箱梁施工过程中影响较为显著的参数，为实现精准施工监控、确保施工安全提供保障。
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图1 新机场连接线三标（双埠-夏庄段）转体桥计算模型
5 施工监控应用
5.1 钢箱梁架设监控
5.1.1 箱梁线形监测
桥梁施工监控的一个重要指标就是使得成桥结构线形满足设计要求，线路平顺，钢箱梁桥线形监控包括钢箱梁制造过程监控和安装施工过程监控。钢箱梁节段制造过程监控属于车间下料加工控制，箱梁监测主要考虑钢箱梁现场节段安装施工过程几何线形监控量测，监控的主要内容包括箱梁高程和轴线定位。根据节段划分长度，钢箱梁节段线形监控测点布置如下图4-1所示。
（1）A、B和C节段长度分别为10.0m、12.5m和12.5m，每个节段布置4个高程测点和2个轴线测点。标高测点位置顺桥向距离节段边缘50cm，横向距离翼缘板外侧边缘200cm；轴线位置测点位置顺桥向距离节段边缘50cm，横向为梁宽中心。
（2）D、E~F节段长度分别为15.0m、17.5m，每个节段布置6个高程测点和2个轴线测点。标高测点位置顺桥向距离节段边缘50cm和节段纵向中心线，横向距离翼缘板外侧边缘200cm；轴线位置测点位置顺桥向距离节段边缘50cm，横向为梁宽中心。
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5.1.2 箱梁应力监测
结构的应力应变状态是对成桥状态是否合理，施工过程是否安全最直接的反映，也是桥梁施工监控中的重要监测指标。为了更好地监测桥梁施工过程中钢箱梁的实际受力状态，跟踪主要施工过程对钢箱梁的影响，评价主要施工过程是否安全可靠，本监控方案拟对钢箱梁关键截面进行应力跟踪监测。
测点布置：
经对该桥进行初步结构分析，并结合相关工程经验，初步拟定每个T构钢箱梁布置8个应力监控截面，每个截面布置4个应力监测点，全桥布置64个应力监测传感器，具体如图4所示。
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5.1.3 箱梁温度监测
温度变化不仅会引起结构发生变形，而且可能引起结构附加内力响应。在桥梁施工监控过程中应剔除温度变化引起的结构变形和构件应变响应，对线形监控和应力监控结果进行修正。为此，本项目拟采用带温度经修正功能的弦式应变计同时进行应力和温度监测，固钢箱梁的温度监测截面和测点布置与应力监测完全一致，全桥钢箱梁共布置64个温度监测点，如图4所示。
5.1.4 测试时间和频率
钢箱梁截面应力、温度和线形监测频率如下：
（1）每个节段拼装焊接前；
（2）每个节段拼装焊接完成后；
（3）循环（1）~（2）至钢箱梁节段全部拼装完成；
（4）截面应力、温度和线形通测一次；
（5）斜拉索张拉前通测一次；
（6）斜拉索张拉过程测试；
（7）斜拉索张拉完成通测一次；
（8）转体后通测一次；
（9）梁端顶升后同侧一次；
（10）边跨合龙后同侧一次；
（11）二期和桥面铺装后同侧一次。
5.2 斜拉索及索塔监测
5.2.1 斜拉索索力测试
虽然本桥的斜拉索和索塔都是临时结构，但对确保主体结构的安全和稳定至关重要。因此在进行临时斜拉索张拉时仍需要严格控制斜拉索的对称张拉和实际施加状态，对每一根斜拉索张拉过程都进行实施跟踪测试。斜拉索索力测试采用金码JMM-268索力动测仪。
斜拉索张拉测试频率：
在斜拉索张拉过程中应对斜拉索的实际索力情况进行及时监控测量，具体监测频率如下。
（1）初张节段：每张完1对斜拉索就对其进行实际索力进行测量，待一个桥塔的所有斜拉索全部初张结束后，对初张后斜拉索的真实索力做一次全面测量，以确保落架安全。
（2）终张节段：每张完1对斜拉索就对其进行实际索力进行测量，待一个桥塔的所有斜拉索全部终张结束后，对终张后斜拉索的真实索力做一次全面测量，以确保成桥状态满足设计要求。
斜拉索张拉监测流程：
斜拉索张拉监测是在建设单和监理单位领导下，在施工单位配合下，以监控量测单位为主，多方协作共同完成的工作。监控单位根据施工进度和监控方案，及时进行跟踪监测，及时整理监测数据，并进行初步分析后反馈给监理单位，以指导下一步施工，确保工程质量与安全，具体流程如下：
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5.2.2 临时索塔位移监测
由于该桥索塔为临时结构，索塔采用钢管格构柱结构，结构水平向刚度较低，为此在临时索塔安装完成后和斜拉索张拉过程中应对塔顶位移变化情况进行跟踪监测，确保安全。塔顶位移监测点布置如图6所示，每个临时索塔钢管立柱顶端布置一个测点，采用高精度全站仪进行三维变位测试。
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图6 塔顶位移测点布置图
5.2.3 临时索塔应力监测
为确保临时索塔受力安全，在斜拉索张拉过程中对临时索塔的4根边立柱进行应力跟踪监测，具体测点布置如下图7所示，每个立柱对称布置4个应变测点，2个T构共32个测点。
临时索塔截面应力、温度、变位监测频率如下：
（1）临时索塔安装完成后，对临时索塔截面应力、温度、变位连续测试2天，每天3次，做好温度修正；
（2）每对斜拉索张拉完成后，测试一次；
（3）全部斜拉索张拉完成后，连续测2天，每天测试2次；
（4）箱梁落架后测试一次；
（5）称重后测试一次；
（6）转体前测试一次；
（7）转体后测试一次。
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图7 临时索塔应力测点布置图
临时索塔测得最大值σmax=86 Mpa
5.2.4 临时索塔温度监测
为修正温度变化引起的临时索塔变位和截面应力测点应变的变化，对截面应力测点的温度进行同步测量，测试方式采用温度补充式应变计，同时记录测点的温度，测点布置如图7、图8。
5.3 环境监测
为更好地为服务于桥梁施工及监控，为监控判定提供决策依据，在进行现场监控量测时，必须同时记录环境温度和环境风速等当天气象情况。测试采用便携式温湿测试仪和风速仪。
5.4 转体施工监控
5.4.1 转前不平衡称重及配重
转体结构施工过程中不可能做到转动球铰两侧完全对称，因此很可能存在不平衡力矩，这对转体施工安全是极其不利的。因此在转动之前要进行不平衡力矩测试，然后根据测试出的不平衡力矩，进行配重设计，确保施工安全。不平衡力矩的测试方法有：
（1）球铰转动测试不平衡力矩法；
（2）用挠度测试不平衡力矩法。
本桥拟采用第一种方式测试转体的不平衡力矩，即利用球铰转动测试不平衡力矩法。
5.4.1.1 利用球铰转动测试不平衡力矩原理
该测试方法假设梁体可以绕球铰发生刚体转动。当脱架完成后，整个梁体的平衡表现为两种形式之一：
a)转动体球铰摩阻力矩(Mz)大于转动体不平衡力矩(MG)。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持；
b)转动体球铰摩阻力矩(Mz)小于转动体不平衡力矩(MG)。此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的矩所保持。
（1）当转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时
a、设转动体重心偏向A侧，在B侧承台实施顶力P1 (见图8)。当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：
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图11 竖向位移传感器及称重实时记录及分析
5.4.1.3称重结果
由称重试验画出顶升力-位移曲线图，根据转动体刚性位移突变法原理，通过理论分析和实测数据计算，称重试验结果如下：
右幅2#墩纵桥向大里程顶升力-位移曲线（临界值：8300KN）
右幅2#墩纵桥向小里程顶升力-位移曲线（临界值：3000KN）
左幅5#墩纵桥向大里程顶升力-位移曲线（临界值：8000KN）
左幅5#墩纵桥向小里程顶升力-位移曲线（临界值：2800KN）
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5.4.1.4配重方案
根根据桥梁实际状态，采用平衡配重方案，即右幅2#墩在纵桥方向小里程侧距离0#节段中心100m 处配重10.0t；配重后经复称验证，偏心距为0.005m,偏向大里程侧。
左幅5#墩在纵桥方向小里程侧距离0#节段中心100m 处配重10.0t；配重后经复称验证，偏心距为0.002m,偏向大里程侧。如图12所示。
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图12 配重示意图
5.4.2 转体监测流程及内容
5.4.2.1 转体监控步骤和程序
本项目主要监控工作的工作步骤和流程如下：
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图13 转体监控流程
5.4.2.2 主要监测内容
通过对转体前各项主要参数的测试，对转体不平衡力矩的测试，提出合理的平衡配重方案，在转体过程中对各关键参数进行随时跟踪测试，并及时提出预警，确保转体施工的绝对安全，在铁路给定的窗口时间内顺利完成既定的转体施工过程。其主要测试内容包括：
1、试转前测试
箱梁落架过程中梁端挠度测试。主要仪器：位移计（YHD-100型）、Dini03高精度水准仪；
转体前不平衡力矩测试及配重，测试转体结构的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系数等参数。主要仪器：位移计（YHD-100型）、600t荷重传感器、JMZX-3006综合采集仪、千斤顶、笔记本。
2、试转参数测试：
（1）是否需要助力启动及助力吨位大小；
（2）每分钟转速：主要仪器——全站仪；
（3）停机后靠惯性力梁端转过的弧线距离：主要仪器——全站仪；
（4）每点动一次梁端转动水平弧线距离，包括10秒点动、5秒点动、3秒点动和1秒点动：主要仪器——全站仪。
3、正式转体过程监控测试：
（1）转速监控测量：主要仪器——全站仪；
（2）转体结构刚体位移监测：主要仪器——东华振动测试仪（2个竖向拾振器），监测设备及监测数据；
（3）转体加速度和竖向振幅监测：主要仪器——东华振动测试仪（2个横向＋4个竖向拾振器）
6 结束语
施工监控技术目前在桥梁施工全过程控制领域上的应用点已经成熟，本文基于施工监控计算、钢箱梁架设监控、斜拉索及索塔监测、环境监测、转体施工监控应用等方面进行分析，为大跨径耐候钢临时斜拉转体桥领域的施工全过程监控提供一定的借鉴。
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