胡伟明
中铁六局集团北京铁路建设有限公司 北京市 100036
摘要：北京市中低速磁浮S1线工程金安桥-苹果园区间21#-27#钢梁采用桥前拼装+步履式顶推施工工艺，分三联施工。第一组顶推梁（20m后导+84m+33m+32m前导）总长度169米，跨越喜隆多前广场，阜石路辅路和阜石路主路，顶推距离全长333米，不仅跨径大而且顶推距离长。平面线性位于曲线上，圆曲线半径1500m;并且竖曲线坡度大,纵段位于37‰的上坡及41‰的下坡上，施工难度大，因此监测要求全程盯控，确保行走安全。首先建立监测控制网，控制网复核完成才可以使用。监测项目主要包括监测墩身沉降、墩身偏移、梁挠度及横向偏移 、临时墩基础沉降、应力监测。点位的布设、报验应及时完成，数据要实时处理分析，确保数据安全的情况下顶推。如果达到预警值，要按照预警要求加强观测频率，按照应急处理措施进行安排施工。
关键词：钢桥顶推、监测、应力监测、梁挠度、横向位移
一、工程概况
北京市中低速磁浮S1线工程西起门头沟区石门营站，东至苹果园枢纽，并与既有M1线形成换乘，全长10.2km。
S1线金安桥-苹果园区间位于北京市石景山区，其中21#-27#钢梁在DK9+211～DK9+544 跨越阜石路主、辅路及喜隆多广场，设计结构型式分别为33+84m钢箱拱梁（21-23#，跨喜隆多前广场）、66m钢箱拱梁（23-24#，上跨阜石路辅路）、33+84+33m钢箱拱梁（24-27#，上跨阜石路主路），区段全长333m。
钢梁采用桥前拼装+步履式顶推施工工艺，即钢箱梁构件在加工厂预制完成后，利用汽车运输至桥前拼装现场，在钢梁拼装平台进行预拼装完成后，采用步履式顶推方法自西向东依次顶进就位。钢梁顶进分三个节段，分别为25-27#节段（33m+84m）, 23-25#节段（33m+66m）, 21-23#节段（33m+84m）。
15-27号墩区间平面线形依次为缓和曲线、圆曲线（R=1000m）、直线、缓和曲线和圆曲线(R=1500m）。其中，上跨喜隆多前广场的84m简支钢箱拱梁位于直线、缓和曲线及圆曲线上(R=1500m），其余顶推梁段位于圆曲线(R=1500m）上。拼装平台位于缓和曲线、圆曲线（R=1000m）、直线、缓和曲线上。
15-27号墩区间纵段位于37‰的上坡及41‰的下坡上。
二、监测方案
2.1 监测任务
除了采用更安全的设计、更先进的施工方法外，在施工中进行严密的监测，通过监测数据进行分析，将信息反馈到施工中，与工程安全标准及允许变形对比得出结果，为验证、修改施工方案提供可靠的依据，最终达到使工程安全、稳步推进。
2.2监测网建立
2.2.1水平位移基准网建立
根据第三方测量交桩点，我单位已进场进行加密点布设，并经第三方测量检测批复同意使用，我部准备在以上点为基础布设水平位移基准网。
2.2.2沉降基准网建立
在施工围挡内和围挡外形成两个水准监测网，基准点埋设应视现场情况，首先考虑第三方测量交桩点和我单位进场后加密点，并经第三方测量检测批复同意使用的点，我部在以上点为基础布设沉降基准网。
每个网埋设最少两个基准点，以便基准点互相校核。基准点的埋设应牢固可靠，采用标准地表桩，必须将其埋入原状土，并做好井圈和井盖。在坚硬的道面上埋设地表桩，凿除路面和路基，将地表桩深埋入原状土。基准点采用二等水准测量要求和附近基准点联测取得原始数据。
2.3、监测内容
主要监测墩身沉降、墩身偏移、梁挠度及横向偏移 、临时墩基础沉降、应力监测。
本项目为顶推临时墩，L1---L16。监测目的是防止临时墩坍塌，临时墩出现坍塌前必定会出现水平位移，垂直沉降，所以监测项目为临时墩水平位移、垂直沉降。
临时墩水平位移、采用全站仪，垂直沉降监测采用水准仪。利用本项目的平面控制坐标系计算监测结果。
2.4、监控点设置
2.4.1 设置测量观测点，其分布为每个临时墩墩顶布置反射片（5cm*5cm），梁体两侧底部每隔10米布置反射片，梁体前后两段布置反射片。
2.4.2 底部距离地面0.3米位置焊接沉降观测点。
2.5、墩身沉降及墩顶位移
2.5.1监测点布置
本项目为顶推临时墩，L1---L16。监测目的是防止临时墩坍塌，临时墩出现坍塌前必定会出现水平位移，垂直沉降，所以监测项目为临时墩水平位移、垂直沉降。
2.5.2监测方法
临时墩水平位移、采用全站仪，垂直沉降监测采用水准仪。利用本项目的平面控制坐标系计算监测结果。
2.5.3监测频率
临时墩搭设完成，钢箱梁安装时后开始监测，监测分为4个阶段。第一阶段为临时墩搭设完成至预压过程中；第二阶段为箱梁安装施工期间；第三阶段为箱梁顶推施工期间；第四阶段为箱梁落梁施工期间。
第一阶段监测频率为：加载时分别在加载到50%、80%、100%是时候监测一次，加载完成后的2天，每天监测一次，卸载到50%和100%的时候各测一次；
第二阶段监测频率为：每片钢箱梁安装时各测一次；
第三阶段监测频率为：顶推施工时，每2个小时测一次；
第四阶段监测频率为：落梁施工时，每2个小时测一次。
遇到大雨或大风天气、监测数据突变等情况立即加密监测频率。
2.5.4监测预警值
顶推过程中对顶推梁段及导梁的应力及竖向位移进行实施监控。预警设置分三级，一级预警之前正常施工；超过一级预警至未达二级预警应增加监测频率，密切关注各部件受力及变形情况；超过二级预警至未达三级预警应做好应急措施，随时准备停止施工，如应力或变形非正常急剧变化应立即停止施工，待查明原因并采取相应补救措施后方可继续施工；达到三级预警值应紧急停止施工，待查明原因并采取相应补救措施后方可继续施工。
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2.6 梁挠度及偏移
⑴监测方法
全站仪观测
⑵观测点布置
监测点沿梁前段两侧布置。测点布置反射片。
⑶监测仪器
监测仪器:徕卡TS09
⑷监测频率
①拼装顶推期间
横向偏移1次/1m；挠度1次/1m。
2.7应力监测
2.7.1施工观测内容及监测预警值
监测钢梁拖拉安装过程中的钢梁关键杆件应变，用应变采集仪采集数据并进行分析；索力采用索力计测量并进行分析。
本桥结构复杂，施工工艺为顶推及原位拼装施工，跨度大，施工过程中存在多次体系转换，顶推阶段梁体的应力变化幅度大，故顶推过程必须对钢主梁、联间连接、墩身（含临时墩）进行应力监控，并以监控数据控制顶推进程，出现异常情况必须立即停止顶推，查明原因并解决后方可继续顶推。
顶推过程中对顶推梁段及导梁的应力及竖向位移进行实施监控。预警设置分三级，一级预警之前正常施工；超过一级预警至未达二级预警应增加监测频率，密切关注各部件受力及变形情况；超过二级预警至未达三级预警应做好应急措施，随时准备停止施工，如应力或变形非正常急剧变化应立即停止施工，待查明原因并采取相应补救措施后方可继续施工；达到三级预警值应紧急停止施工，待查明原因并采取相应补救措施后方可继续施工。
第一组顶推梁（20+84+33+32m）监测：每侧拱肋设置3个应变测点，每侧吊杆设置3个应变测点，84m跨纵梁每侧设置4个应变测点，33m跨纵梁每侧设置4个应变测点，前导梁每侧设置2个应变测点，后导梁每侧设置2个应变测点，索塔设置每侧2个应变测点，共40个应变测点。拉索每侧设置6个索力测点，共12个索力测点。
拱肋应变测点布置于拱肋上缘，纵梁应变测点布置于纵梁下缘，吊杆测点布置于杆件中部腹板，索塔布置于塔底腹板。各测点具体位置待监测单位计算后最终确定。测点布置示意见下图。
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本部分监测预警值见下表，其中“监测单位计算”一栏将在施工开始前补充计算完成。表中以+为拉，以-为压，所测量值表中未列出者，由监测单位后续计算给出。
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钢梁应变监测自顶推开始起，至本组钢梁正位至。顶推过程中全程实时监测。
2.7.2监测数据的处理及信息反馈
1.1监测数据的分级管理
由于本工程施工难度大，监测后对各种监测数据应及时进行整理分析，判断其稳定性并及时反馈到施工中区指导施工。
在现场监测时间，可根据监测结果所处的管理阶段来监测频率，一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些；Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；Ⅰ级管理阶段则应加强监测，通常监测频率为1次/天。
1.2监测数据的分析和预测
取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移随时间或空间的变化曲线图。取得足够的数据后，应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最终位移值，预测结构的安全性，据此确定施工方法。
三、风险预警管理及应急预案方案
3.1钢桥顶推施工风险
钢桥施工顶推主要是临时墩结构失稳，梁前段挠度太大。
3.2风险等级划分
根据设计及施工经验，墩身结构等级为二级，挠度为二级。
3.3三级预警分级说明
施工监测按照预警、报警和控制三级预警进行管理。具体实施见下表：
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3.5预警系统结构建立
钢桥顶推施工阶段的预警主要注重“预测——报警”工作，因此施工过程中主要做好监测、识别、诊断、评价与对策。具体预警系统见下图：
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施工预警系统图
3.6预警管理程序
预警管理见下图所示。
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监测数据分析总流程图
1、当达到预警值时由项目总工组织所有施工人员严格按设计接续施工。
2、当监测达到报警值时，由项目经理组织所有施工人员进行原因分析，采取加强措施后接续施工。
3、当监测达到报警值时，立即停止施工，在做好抢险的同时，上报监理、第三监测、设计、业主进行方案研究。根据研究方案在恢复施工。
3.7应急处理措施
3.7.1异常处理情况
当施工中出现下列情况之一时，应立即停止施工，加大监测频率，采取措施处理：
⑴监测数据有不断增大的趋势和桩间喷锚结构有较大开裂；
⑵桩位移超过控制基准或出现明显受力裂缝并不断发展
⑶时态曲线长时间没有变缓的趋势等。
3.7.2 成立应急抢险组织机构
一旦出现险情，能够做到指挥正确、果断，抢险迅速有效，将险情控制在最小范围，将损失减小到最低程度，特成立抢险领导小组。
组长：项目经理
组员：机械物资部、工程部、设备部、安质部、工区有关人员组成。
3.7.3应急抢险程序
应急抢险程序如下图所示。
3.7.4抢险物资设备
整个顶推施工均应严格按规范和设计要求进行，认真按技术规程操作，防止出现任何险情，做好施工监测的各项工作，提前作好抢险预案，防患于未然。除上述工艺措施外，必须同时作好物资、机械、材料与施工人员准备。
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四、监测保证体系
4.1监测组织机构
成立以项目经理、总工、安全总监为监测领导小组，项目检测班具体实施的监测组织机构。
4.2监测仪器
监测仪器为专用仪器，具体仪器见下表：
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注：其他测量设备随工程的实际进度分批进场。
4.3监测管理保证措施
1、监测工程设计要保证基本资料完备，数据可靠，设计文件和图纸符合有关规定；对监测工程的实施，提出严格的技术要求和规定。
2、制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中，在监测工作中严格执行。
3、测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度；测点埋设应达到设计要求的质量。并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志，提高现场施工人员的保护意识，加强对监测点位的巡视检查。
4、仪器在安装埋设的全过程中，必须对仪器、监测元器件和设备工艺等进行连续性的检验，以保证它们的质量的稳定性，并作安装记录。
5、所有量测设备、元器件等在使用前均应经过检校率定，合格后方可使用。量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理制度。要定期校核，标定。
6、人员要相对固定，以确保数据资料的连续性。各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则，量测数据均要经现场检查，发现导常及时进行重测，建立室内两级复核制。
7、所有量测数据均采用计算机进行管理，由专人负责。
8、在工程监测过程中，实时对监测结果进行整理，一般情况下，每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、应力变化速率、累计值，并绘制沉降和应力变化曲线。
4.4监控测量工作制度
1、定人定位、职责明确、设备到位、人员到位、领导重视。将监控测量作为判定工程质量的一项重要内容。
2、加强仪器、设备的管理、保养，确保观测数据的准确性。
3、及时整理第一手资料，保证随时随地提供准确的监测结果。按时向现场监理报送监测结果。
4、严肃认真加强工作责任心，保持每天按时量测，风雨无阻。进行换手复核，保证监测资料的准确、完整。
5、积极开展交流活动，集思广益，不断改进工作质量，提高施工水平。
4.5监测过程中安全注意事项
1、进行监测工作必须按规定配戴安全防护用品，马路上配锥形桶等。
2、进行监测工作时避让机械和车辆，避开高峰期，选择安全路线。
3、监测过程中严禁嬉戏打闹。
4、在道路上作业时遵守交通规则，并据现场情况采取防护措施，避让车辆，必要时设专人监护。夜间施工时，配戴警示标识，如反光背心，放置警示灯。
五、监测信息处理及报送
5.1监测数据、设备的整理
1、监测人员要固定，以保证资料、数据的准确与连续性。
2、对量测设备、仪器应专人负责保管、使用。在使用前必须经过检验，认为合格后方可使用。保证量测数据准确。
3、对量测的数据必须换手复核，认为准确无误后方可上报，并采用计算机系统进行管理。
5.2监测数据发生突变的处理对策
1、监测数据突变，立即停止开挖掘进，调整各种设备参数。立即请相关部门协助，采取疏解交通等有效措施。
2、上报项目部，由项目总工请业主组织设计、施工、监理等部门共同制定应对措施。
六、监测计划及拟提交的成果
6.1监测计划
根据施工组织设计及施工计划制定监测工作计划，并根据施工计划的改变及时调整，确保施工需要。
6.2拟提交的成果
a、建立日报制度，汇报当天监测的本次变化量、累计变化量以及需要注意的问题，报送数据、提交报表，每天17：00前向标段上报监测日报，同时填报《安全监督管理信息系统》。
b、建立周报制度，于每周六编制，汇总本周监测数据并分析，经监理审批后于次日16：00前报送到总监办。
c、建立月报制度，每个月最后一个星期填写月报，总结本月监测情况，评价施工状况，报送到总监办
d、当监测（孔）达到报警值时，立即报警；
e、对监测数据进行计算机数据处理，计算日变量和累变量，并绘制必要的变形曲线图和工程进展图；
f、工程结束后提交施工监测成果报告。
参考文献
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