某特大桥连续梁监控方案

1.1 编制依据

1.1.1 新建南京至安庆城际铁路招标文件、施工合同、施工图设计文件等。 1.1.2 国家、铁道部现行的技术标准、施工规范（指南）、操作规程和工程质量检验评定标准；

1.1.3 施工现场调查资料、企业施工经验、劳动力及技术装备、专业化程度、机械设备实力、综合施工能力等。

1.1.4中南大学《宁安铁路无砟轨道连续梁施工监控方案》。 1.2编制范围

编制范围为漳河特大桥（DK99+714.59-DK112+663）连续梁线型监控施工。

第二章 工程概况

2.1工程简介

漳河特大桥（DK99+714.59－DK112+663）跨越规划青弋江分洪道、芜铜铁路、漳河、峨溪河及淮九公路。区段内有八处连续梁，详情见下表：

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 中心里程 DK105+710 DK105+4 DK109+071.97 DK110+156 DK110+524 DK110+685 DK110+961 DK111+246 结构形式 40++40m 32+2*48+32m 48+80+80+48m 60+100+60m 48+80+48m 48+80+48m 32+48+32m 40+++40m 备注 跨越漳河第二道河堤 跨越规划青弋江分洪航道 跨越既有芜铜铁路 跨越漳河主河道堤坝和漳河主河道 跨越漳河主河道堤坝 跨越峨溪河 跨越峨溪河堤坝 跨越淮九路 连续梁为变高度变截面单箱单室、直腹板箱梁，梁高按圆曲线变化。梁体按纵向、横向、竖向全预应力设计，预应力筋采用高强度低松驰钢绞线，竖向预应力筋采用高强精轧螺纹粗钢筋，混凝土采用C50混凝土。连续箱梁采用挂篮悬臂施工。

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2.2地震

地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35-0.45s。 2.3气象情况

漳河特大桥属亚热带湿润气候，季风显著，气候温和，梅雨集中，阳光充足，无霜期长，降雨丰沛集中。区内降水季节性强，5～9月份占年降雨的60％以上，多年平均降雨量1053mm，最大日降雨15.5mm，每年6月下旬～7月上旬都会出现一段降水量大，降水日数多的梅雨天气。多年平均气温15.6℃，年极端最高、最低气温分别为41.1℃、-13.0℃；一年中最热为7月，平均气温28.2℃，最冷为1月，平均气温2.7℃。季风气候明显，年平均风速3.3m/s，年最大风速24.3m/s。

2.4主要技术标准

⑴ 铁路等级：客运专线。⑵ 正线数目：双线。⑶速度目标值：250km／h。 ⑷线间距：4.6m。 ⑸ 设计竖向荷载：“ZK活载”。 ⑹轨道类型：有档肩的新型无砟轨道。

第三章 线型监控方案

连续梁线型控制包括监控计算和施工监测，监控项目主要包括线形和应力。漳河特大桥连续梁线型监控分析采用桥梁专用有限元程序桥梁博士V3.0对桥梁平面建模及用MIDAS/CIVIL对桥梁空间建模进行计算。

3.1线形控制

线形控制分横向线性控制和竖向线性控制。

①横向线性控制：先按设计每节段梁长结合每节梁段中轴线偏角计算确定每节梁前后端中心点坐标；然后按理式计算出曲线梁每节段内外侧弧长，

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分别在每节梁顶翼缘板端部做上标记，并与梁端中心点连线确定内外侧梁段长度。

②竖向线性控制：首先由我分部提供挂篮、内外侧模、底模重量,挂篮静载试验获得后锚和前支点的弹性、非弹性变形值等数据，再根据设计图各梁段设计挠度值；其次在立模前实测施工挠度值,与设计值进行比较,并与外委监控单位(中南大学)代表确定下一梁段修正后设计挠度值，确定立模标高。

箱梁悬灌的各节段立模标高按下式确定：H1=H0+fi+(-fi预)+f篮+fx 式中H1—待浇段箱梁底板前端处挂篮底模板标高(张拉后)；

H0—该点设计标高；

fi—本施工段及以后浇筑的各段对该点挠度的影响值，该值由设计图

纸提供，实测后进行修正；

fi预—本施工段顶板纵向预应力束张拉后对该点的影响值，由设计图纸提供，但需实测后进行修正；

f篮—挂篮弹性变形对该灌注段的影响值，由挂篮结构和构造决定； fx—由混凝土的徐变、收缩、温度、结构体系转换、二期恒载、活载等影响产生的挠度计算值。

3.2施工监测

连续梁的线型监控具体工作内容包括：线形测量；主梁应力测试；温度场测试；混凝土弹性模量测试。

3.2.1线形测量

线形测量包括挠度监测、主梁轴线偏位测量与墩顶沉降测量。 3.2.1.1挠度监测

主梁高程控制是施工控制项目中的重点。高程监测的基准点布设在各墩的

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0#节段上，在每个0#节段上可布设2个基准点。为了能反映出在各施工阶段完成后各梁段的标高，得到各施工阶段后的主梁线形，并且可以根据浇筑前后梁段标高的变化计算出主梁的竖向挠度，每个施工节段上布臵3个高程观测点，测点布臵应避开挂篮的位臵，测点布臵在离节块前端10cm处，横向布臵在腹板顶部外侧70cm处。为便于分析实测结果，将箱梁悬臂施工分为3 个阶段：（1）挂篮前移；（2）浇筑阶段混凝土；（3）张拉预应力。测量时3 个阶段均要有实测数值，前两个阶段仅测现浇段， 后一个阶段现浇和已浇节段均测，以便复核实测线形与理论线形是否吻合。

挠度观测尽量安排在晚上20：00与凌晨8：00清晨时间段内观测并完成。因为该时间段内，悬臂箱梁正好处于夜晚温度降低上挠变形停止和白天温度上升下挠变形开始之前，是悬臂箱梁温度-挠度变形的相对稳定时段。如果必须在其它时间进行，应予以修正，一般昼夜温差在10℃左右时，标高变化在7～10mm之间。每天同一时间内对各点进行观测，把所有的数据汇总分析，确定各个工序、各种原因引起的标高变化的修正系数，然后技术人员会签立模通知单，用于指导下一梁段立模标高。

①测点设臵

测点采用Ø16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1.5～2.5cm，测头用红油漆标记，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。梁段挠度测点布臵在顶面上，每节梁段前端设一个测试断面，每断面设三个测点，见图3。若图中测点位臵与现场挂篮走行梁位臵相冲突，可适当调整。

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②观测

图3 标高测点布置示意图

采用索佳－SDL30自动安平水准仪，精度级别S1，及检校后的3m板尺把高程控制点引至0#块梁段顶面上，标上明显标记并保护好。在以后的施工期就以此点为基准，作为其它水准测量的后视点，得出所测梁顶的高程。每一墩顶至少应布臵两个基准点，每次测试时首先应进行基准点之间的相互校核。对于这些基准点，要求施工单位每隔一个月复测一次。

3.2.1.2轴线偏位测量

主桥平面线形控制主要是监控每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合，防止箱梁横向出现偏差。平面监控测点设在箱梁顶面中心。

用钢尺找出前端梁段的中线并做标记，采用视准法直接测量其前端偏位。即将全站仪架设在墩顶梁面中心，后视另一墩顶梁面中心，视线为基准线，在梁前端中心标记处放臵小钢尺，钢尺基准点与梁端中心点重合，用仪器直接读取钢尺读数，即为轴线偏位值。

每块节段施工时均进行轴线偏位测量。 3.2.1.3墩顶沉降测量

墩顶沉降测量采用全站仪在一侧设臵两个站点，测出墩顶测点的三维坐标，以便得到墩顶标高值。每一测试工况下的变位即为测试值与初始值的差值。

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初始值为主墩刚建完后在气温恒定、无日照影响时自由状态下的测量值。

墩顶变位采用TOPCON GTS-601 全站仪测量，仪器测角精度为1″，测距精度为1mm+1ppm。每块节段施工时均进行墩顶沉降测量。

3.2.2 应力监测

由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力未必能与设计计算预期的结果相一致。因此有必要在施工阶段对梁体控制截面进行施工应力监控测试，为施工控制提供参考数据，以确保连续梁的安全、质量。

3.2.2.1测量方法及原理

影响混凝土构件应力测试的因素很复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变外，还与收缩、徐变、温度有关。目前国内外混凝土构件的应力测试一般通过应变测量换算应力值，即：σ弹=E〃ε弹式中：σ弹为荷载作用下混凝土的应力；E为混凝土弹性模量；ε弹为荷载作用下混凝土的弹性应变。

实际测出的混凝土应变则是包含温度、收缩、徐变变形影响的总应变ε。即：

ε=ε弹+ε徐+ε无应力式中：ε弹为弹性应变；ε无应力为无应力应变，包括温度应变和收缩应变；ε徐为徐变应变。

为了补偿混凝土内部温度应变并消除温度、收缩影响，在布臵应力测点时同时布设无应力计补偿块，分别测得混凝土应变ε和无应力应变ε无应力，再通过相应的分析和计算分离出徐变应变ε徐，按式（1）即可得到弹性应变ε弹。

3.2.2.2测量仪器及元件

应力测试与主梁施工同时进行，因而要求测试元件必须具备长期稳定性、抗损伤性能好、埋设定位容易及对施工干扰小等性能。通过以前测试经验和对

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国内元件及仪器综合分析比较，决定测试元件选用JMZX-215AT型混凝土钢弦式记忆智能应变传感器，配合使用无应力计。检测仪器为JMZX-3001型振弦检测仪。通过应变—频率标定曲线，换算出混凝土的实际应变，再根据混凝土弹性模量推算混凝土应力。

3.2.2.3测试断面与测点布臵

应力测试断面为每个T构的支座断面、墩顶临时固结断面和跨中断面，测点布臵在箱梁底板和顶板，顶板上的传感器臵于最上层钢筋的下方，以防振捣时损坏传感器，底板上的传感器臵于最下层钢筋的上方，所有传感器均纵向放臵并与纵向主筋连接牢固，箱梁横断面测点布臵见图4。图5为顶板温度和应变传感器的埋设；图6为顶板测点应变的测试。

SSSSS13457-----22222S7-1

S1-S1、S3-S3、S4-S4、S5-S5、S7-S7截面测点布臵图 S2-S2、S6-S6截面测点布臵图

S7-3S7-4图4 断面应力测点布臵图

图5 顶板温度和应变传感器的埋设 图6 顶板测点应变的测试 应力监控点的布臵原则是对关键部位重点、详细测试，并布臵一定数量的

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校核测点，对其他部位的测点，采用对比的方法，进行一般监控，并结合关键部位的数据进行监控。

通过对箱梁主要控制截面的应力测试，可掌握箱梁在施工过程中的内力变化。采用带温度修正功能的埋入式混凝土应变计进行应力测量，它在测量过程中可消除温度影响。

应变元件的信号线从一点引出砼表面，在周围预埋一个20cm见方的钢筋框架护住信号线。用油漆作上明显记号,设臵警示标志。

3.2.2.4测试工况

确定在以下工况进行应力测量：

a.混凝土浇注前;混凝土浇注后; 预应力束张拉后 b.合拢前；合拢后；

c.其它测试时间根据监控需要和施工过程具体情况而定。 3.2.3温度场测试

温度对连续梁结构的影响十分明显，因此必须对结构的温度场加强监测。 3.2.3.1测量仪器及元件

主梁温度测量元件采用JMT-36B型温度传感器，并配合使用JMZX-300X型综合测试仪测量，JMT-36B型温度传感器具有高精度（±0.5℃）、高稳定性（±0.5℃）、测量范围宽（-40℃~125℃、最高可达150℃）、线性误差小（±0.3℃）等特点。

大气温度的测量采用水银温度计和点温计测试，温度测试精度±0.5℃。 3.2.3.2测试断面与测点布臵

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，将会使其表面和内部形成较大的温度差，顶、底板形成温度梯度；由

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于本桥箱梁较窄，两侧腹板也会形成温度梯度。温度测点的布臵将要反映这种梯度的变化，在截面的顶板、腹板及底板分别布臵测点。温度场测试断面布臵见图7，断面温度测点布臵见图8。

T1-T1、T4-T4截面测点布臵图 T2-T2截面测点布臵图

图7 温度场测试断面布臵图

T3-T3截面测点布臵图

图8 断面温度测点布臵图

3.2.3.3测试工况与时间

混凝土浇注后2天、4天、预应力束张拉后,应力测试时均需测量温度场。 边跨及中跨合拢前选择气温变化较大的一天进行全天测试。每隔两个小时测试一次（在温度敏感时段每隔半小时测试一次），分析温度场随气温变化的规律，确定合拢的时机。

3.2.4混凝土弹性模量测试

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有一定的差距，需要通过试验得出实际的混凝土弹性模量。

按规范制作弹性模量试块2组，每组3个，分别做7天、14天.28天的弹性模量试验。弹性模量试验在0#块浇筑后1个月内完成。

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3.3数据分析及预测预报

根据理论计算数据和实测成果，采用控制理论分析方法来调节偏差，使整个施工过程中结构状态始终在受控状态并处于控制安全范围内，并尽量接近设计和计算理论值。

在连续梁施工控制中，对于设计参数误差的估算、预测和调整就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的。

3.3.1参数估计

参数估计的目的是消除计算误差。分别定义参数估计的单项最大容许偏差和累计最大容许偏差，则当实际的单项偏差及累计偏差均小于容许值时，可认为偏差主要由测量误差组成，不用考虑参数估计，否则，应根据实际情况进行参数估计。

定义Y(k)为结构状态偏差则参数估计方程为: Y(k)(k)k其中：k--第k次待识别的参数误差；

(k)--为参数偏差。k(k)

对结构状态偏差Y(k)的影响矩阵，可通过结构计算

模型求得；

(k)--残差，也就是参数识别之后结构仍然存在的状态偏差。

判别第k次识别的参数.k的好坏常用及有效的方法是利用最小二乘准则，使残差的平方和J=∑ε2（k）为最小。

J极小化估计J的必要条件是

0

T展开后得一个线性方程组(k)T(k)(k)Y(k) 当(k)T(k)可逆时，可解得

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参数θ的最小二乘法估计为ˆ[(k)T(k)]-1(k)TY(k)

首先根据影响程度分析确定需进行参数估计的各物理量（如箱梁的重量、刚度、荷载参数、砼的弹性模量及预应力损失量等）；然后根据大量的实测数据，采用最小二乘法确定最优估计值；最后将最优估计值重新带入安装计算模型重新计算，得到一套与实际更为符合的理论计算数据。

3.3.2滤波和预测

通过参数估计，基本上消除了计算误差（系统误差），但实际施工中由于测量手段、施工工艺的，仍然会存在一定的偶然误差，这就需要进行滤波、预测和调整。

建立合适的状态方程，采用目前较成熟的卡尔曼滤波法进行滤波和预测，可以得到目前结构状态的滤波估计值，和下一步施工参数的预测估计值。根据合理的预测值可以及时采取措施，减小后续施工过程中结构偏差。

3.3.3优化调整

对于已存在的偏差，根据最小二乘法理论，采用适当手段进行最优调整，做到既能最大化减小结构偏差，又方便施工。

通过计算分析，可以得到各施工阶段的预拱度值，及混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力张拉前、预应力张拉后的预计标高。

建立具有反馈控制的实时跟踪分析系统，采用自校正调节法最优控制技术对后续的施工阶段的预计值作出调整方案，既使误差不致于积累，又使得最终的成桥状态与理想状态的差别最小。

3.4施工监控工作的实施

根据施工组织设计和施工特点，为了保证桥梁合拢的精度和施工的安全，主要对桥梁的线形和内力进行监控，拟采用的施工监控流程见图9。

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1）结构施工前期分析

根据设计及施工方法进行每一工况的有限元理论分析时，尽可能预先精确模拟计算施工全过程，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的内力、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应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，作为施工依据。

2）现场测试与现场计算分析调整

在施工全过程中，对连续梁结构进行现场测试跟踪，将测量结果与计算结构进行分析对比，在出现误差时，通过结构线形、材料弹性模量、温度场等的现场测量结果，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施、调整以后的施工要求。

3）关键部位的应力及变形跟踪

根据前期分析的结果，确定结构在施工期间的薄弱环节，对施工期的控制截面进行结构应力状态监测及变形测量。

桥梁施工施工监测挂篮移位安装模板浇筑混凝土张拉预应力量测变形、应力、温度、预应力张拉力等设计计算结构设计参数桥梁计算模型正装计算倒装计算施工与成桥状态的结构变形、截面应力施工控制计算实测数据处理分析标高误差应力误差设计参数误差施工误差比较误差分析参数识别施工模拟计算理论计算数据预告施工标高与应力 图9 施工监控流程图

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3.5线型监控控制精度

参照《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准（铁建设[2005]160号）》，结合目前测试仪器的误差范围，控制精度如下：

项目 混凝土强度 悬臂浇筑状态 立模标高 悬臂梁段高程 合龙前两悬臂端相对高差 梁段轴线偏位 梁段顶面高程差 轴线偏位 顶面高程 成桥状态 断面尺寸 L＞100m 相邻节段高差 高度 顶宽 顶板厚 底腹板厚 规定值或允许偏差（mm） 符合设计要求 ±3 15，-5 L合龙段/100，且≤15 10 ±10 10 ±20 10 15，-5 ±10 10，0 10，0 3.6线型监控成果

3.6.1 过程提交的阶段报告 （1）各阶段施工总结；

（2）各阶段施工控制数据（理论数据和实际数据）； （3）各阶段完成后的结构状态（内力和线形）； （4）下阶段施工控制工作的安排和调整。 3.6.2 最终提交的报告 （1）桥梁施工监控总结报告； （2）成桥后的力学分析报告； （3）桥梁今后管理和养护的技术建议； （4）监控报告。

第四章 确保线型监控施工措施

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4.1成立组织机构

成立连续梁线型监控小组。小组由局指挥部、第二项目分部、中南大学监控单位技术人员组成，小组不定期开会，由组长召集，讨论线型监控中出现的重大问题，并提出修改方案。

线控测量工作由有经验的专职测量工程师完成，并配备先进的测量仪器，用全站仪控制中线，用高精度水准仪控制标高，严格按照工程部确定的方案施测。观测中注意测法，所有观测点均应换手复测后方可成为一个可用数据，并确保准确及时测得数据。设专人整理测量数据，进行统计和分析，及时上报工程部。对出现的问题及时找出原因，提出相应技术措施加以解决。

4.2人员及管理制度

选派经验丰富的技术人员参加本项目的工作。项目负责人由从事过连续梁桥施工控制的高级工程师担任，分项负责人均有中级以上职称且必须从事过多年相关工作，其他的监控人员均由具有监控、监测经验技术人员组成。

在施工控制开始之前制定完善的监控工作细则，明确项目成员的工作和责任。定期检查各监控人员工作，保证工作细则严格执行。定期组织监控人员培训和学习。

施工控制过程中，线型监控负责人长驻现场，确保不发生由于监控人员缺席而影响工程进展的情况。

4.3技术方面

成立技术顾问组，由监控单位的总工程师及资深的桥梁专家组成，为本项目提供技术咨询。

对关键技术问题成立专题研究课题，组织专家进行讨论和评议。 主要的计算和测试数据要求由多人复核，保证计算和测试数据的正确性。

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监控指令经内部审核后，还需要得到设计单位的认可。

根据现行的相关规范制定监控工作的要求和内容，开展施工监控工作。 按照ISO9001质量保证体系，建立完善的文件资料管理系统，确保测试及计算数据的可追溯性。

4.4监控设备

根据实际工作的要求配备先进的测试仪器和设备，选用高精度、稳定性好的测试元件和传感器。监测仪器和设备在投入项目之前和使用过程中都进行严格的标定，并制定详细的仪器设备使用规程，保障测试数据的真实性。主要监控仪器及设备如下表：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 混凝土埋入式应变计 温度传感器 点温计 综合测试仪 计算机 全站仪 水准仪 桥梁博士V3.0 MIDAS/CIVIL 型号 JMZX-215AT JMT-36B JMZX-3001 数量 1个 功能及效能 应力测试 温度测试 温度测试 分析计算 线形、位移测试 变形监测 计算分析软件 计算分析软件 备注 根据连续梁进度进场 根据连续梁进度进场 1台 应力、温度测试仪器 Acer 4090Z 1台 TOPCONGTS-601 1台 索佳 SDL30 1台 1套 1套 4.5安全措施

连续梁桥各相关部门交叉作业，危险性大，容易出现安全事故。安全责任重于泰山，本项目采取了以下保证措施：

建立严格的安全操作规程并严格执行；

对监控人员进行安全知识培训，严格考核通过后才能进场工作； 要求每个现场员工了解施工现场的情况，对可能出现的安全问题提前做好预防措施；

服从安全管理，安质部可以对监控人员的安全违规进行处罚； 尽量避免与相关单位的交叉作业；

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采用不定时抽查的方式监督监测人员现场操作的安全；

明确安全责任；加强对设备和仪器的维护和管理，避免由于仪器和设备故障导致的安全事故。

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