连续梁线形监控方案

1、新建铁路郑州至开封城际铁路工程(60+100 +60) m 连续梁施工监控方案郑州铁路局科学技术研究所二一一年七月目录1 概述 11.1 项目概况 11.2 技术标准 11.3 监控方案制定依据 12 施工监控的目标 23 施工监控的目的和任务 24 拟采用的施工监控方法和体系 24.1 施工监控方法 24.2 施工监控体系 34.2.1 技术体系 34.2.2 组织体系 34.2.3 协调体系 44.3 对施工监控技术体系的进一步说明 54.3.1 施工控制计算 54.3.2 误差分析 54.3.3 施工误差容许度指标 55 施工控制的主要工作 65.1 实际参数的测试 65.2 实时控制

2、85.3 监控计算 85.4 几何控制 95.4.1 主梁线形监测 105.4.3 线形控制的实施 115.6 施工控制报告 116 施工监控技术方案的保障措施 11附表一：主梁施工控制数据指令表 12附表二：梁段观测表 14附表三：梁段模板变形观测表 15附表四：桥梁实际参数测试表 16附表五：主梁轴线偏移及基础沉降观测表 171 概述1.1 项目概况新建铁路郑州至开封城际铁路工程 （60+100+60） m 预应力混凝土连续梁为单线、有砟曲线 桥。主梁为单箱单室截面，中支点梁高 7 m，跨中梁高 4 m，梁顶宽 8.5 m，梁底宽 5.5 m。顶 板厚度除梁端附近外均为 41.5 cm ；

3、底板厚度 38 cm至 85. 2 cm ，在梁高变化段范围内按抛物 线变化，边跨端块处底板由 38 cm 渐变至 108 cm；腹板厚 40 cm 至 75 cm，按折线变化，边跨 端块处腹板厚由 40 cm渐变至 60 cm。全桥在端支点、中支点及跨中处共设 5个横隔板，横隔板 设有孔洞，供检查人员通过。全桥共分 55 个梁段， 0 号梁段长度 13 m，普通梁段长度为 3.0 4.0 m ，合拢段长 2.0 m ，边跨现浇直梁段长 11.65 m 。主梁两个边跨直梁段和主墩 0#块均采用 支架法施工，其余梁段均采用挂篮对称悬臂施工。悬臂段施工完毕后，先合拢边跨，再合拢中 跨。为保证本桥在

4、施工过程中的安全和施工质量，成桥后线形满足设计要求，运营后环境因素 及列车荷载等对线形的影响规律，并结合本桥的施工方案特制定本桥的施工监控方案。1.2 技术标准（1）铁路等级：联络线；（2）桥上线路：单线，有砟轨道，曲线半径 R=400 m，轨顶至梁顶高 0.826m；（3）设计行车速度：不大于 80 km/h；（ 4）设计活载： ZK 活载；（5）牵引类型：电力；（ 6）环境：一般大气环境，作用等级为 T2，冻融环境为 D1。1.3 监控方案制定依据（1）新建时速 200250公里客运专线铁路设计暂行规定 （铁建设函 2005140 号）；（ 2）铁路桥涵基本设计规范 （TB10002.1-

5、2005）；（ 3）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）；（4）铁路桥涵工程施工质量验收标准 （ TB10415-2003）；（ 5）客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准 （铁建设 2005160 号）；（ 6）高速铁路设计规范（试行） （TB10020-2009）；（ 7）相关设计图纸及施工组织设计。2 施工监控的目标施工监控工作的目标是：（1）各 T 构顺利合拢，成桥线形逼近设计线形；（2）精度控制和误差调整的措施对施工工期不产生实质性的不利影响。3 施工监控的目的和任务在施工过程中，如何采取有效的技术措施和管理措施，及时对施工中所暴露出来的问

6、题进 行调整和处理，保证成桥后的结构线形和内力与设计相符，是关系到工程质量和结构安全的至 关重要的一环。这样的一项工作，就是桥梁的施工监控。对高次超静定桥跨结构（多跨连续梁或连续刚构，或斜拉桥） ，其成桥的梁部线形和结构恒 载产生的内力与施工方法有着密切的关系，也就是说，不同的施工方法和工序会导致不同的结 构线形和内力。另一方面，由于各种因素（如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变、结构自重、 施工荷载、温度影响等）的随机影响，由于在测量等方面产生的误差，结构的原理论设计值难 以做到与实际测量值完全一致，两者之间会存在偏差。尤其值得注意的是，某些偏差（如主梁 的竖向挠度误差）具有累积的特性。若对偏差

7、不加以及时有效的调整，随着梁的悬臂长度的增 加，主梁的标高会显著偏离设计值，造成合拢困难或影响成桥的内力和线形。施工监控的目的，是根据实际的施工工序，以及现场获取的参数和数据，对桥跨结构进行 实时理论分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出其主梁端的挠度（每阶段 施工挂篮的立模标高或梁段定位标高）等施工控制参数。这样，才能保证结构变形始终处于安 全的范围内，成桥后的结构线形符合设计要求。本项目工作的任务是：把桥梁施工监控的理论和方法应用于大跨度连续梁桥的实际施工过 程，对该桥施工期间的线形进行有力的控制和调整，即：根据施工全过程中实际发生的各项影 响桥梁变形的参数，结合施工过程中测

8、得的各阶段主梁变形数据，随时分析各施工阶段中主梁 变形与设计预测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进 行施工，并确保在桥梁建成以后的外形曲线与设计尽量相符。4 拟采用的施工监控方法和体系4.1 施工监控方法随桥梁结构形式、施工特点及具体监控内容的不同，其施工监控的方法也不尽相同。对连 续梁桥的施工监控，拟综合采用参数识别修正法、预测控制法和最大宽容度法。参数识别修正法是指在监控开始阶段，在进行施工监控计算时，若控制体系的某些设计参 数（如既有桥梁的材料参数，施工设备的荷载参数等）与实际情况有出入，需要借助现场测试 体系或其他合适方式，进行参数估计、识别和修正，使

9、监控计算结果与实际情况更加吻合。预测控制法是桥梁施工监控的主要方法，其在考虑影响桥梁结构状态的各种因素和控制目 标设定的基础上，对每一施工阶段的结构状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。预订状态 与实际状态之间存在误差， 其对控制目标的不利影响则在后续若干施工阶段的预测中予以考虑。在分析误差、建立安全预警机制时，应当根据设计要求、工艺水平和相关的施工和制造规 范，按照最大宽容度法，确定一套合理可行的容许误差度指标体系。4.2 施工监控体系针对施工监控中的具体情况，将灵活综合采用上述各监控方法。为保证上述方法的实施， 需要建立和正确运作相应的施工监控体系，包括技术体系、组织与协调体系和信息传递体

10、系。4.2.1 技术体系桥梁的施工监控与其设计和施工方法有密切的联系。根据该桥设计和施工的具体特点，参 考国内同类桥梁的施工监控情况，拟建立图 1 所示的施工监控技术体系。4.2.2 组织体系为保障施工监控能优质高效地完成， 必须明确施工监控实施过程中的工作制度和组织制度， 建立相应的组织体系。从信息论的观点看，桥梁的施工监控过程是一个信息跟踪采集、信息分析处理、实时控制 和信息反馈的过程。一座大桥的建设将涉及到建设、设计、施工、监理和监控等多个单位，各 个单位在施工监控过程中发挥着不同的作用。施工监控工作必须依靠建桥各方的密切合作、团 结协调和共同努力才能实现。为保障施工监控工作的高效运作，

11、必须明确施工监控实施过程中的各项工作制度和组织制 度。为此，在施工监控阶段， 成立由大桥的施工单位、 监理单位和监控单位有关人员组成的 “施 工监控领导小组”，负责施工监控工作过程中的总体协调工作。为保障施工监控、监测工作保质、保量、高效地完成，结合本桥施工的实际情况和施工监 控、监测工作的具体技术内容，我单位将组织精干人员组成“施工监控组” ，常驻现场，密切配 合现场施工。另外，我单位还将为大桥的施工监控工作设立远程专家组，专家组由我单位有着 丰富桥梁设计、施工、科研、试验、检测经验的专家组成，他们将为施工监控工作提供技术咨 询，把好质量关。图 1 施工监控技术体系4.2.3 协调体系在桥梁

12、施工监控的信息系统中，信息传递的时效性、准确性、可靠性和通畅性是保证施工监控工作顺利进行的基本前提。施工单位的施工数据要能及时传递到施工监控的技术体系；施工监控单位对施工信息及时计算处理后的结果，形成施工监控的指令信息要及时反馈传递到施工单位予以执行。这些工作牵涉到设计、施工、监理和施工监控等部门。各部门的职责不同，重点不同，工作和组织关系也有所区别。为此，施工监控体系中还应当包括建立有效的协调体系及合理的工作制度和联系制度。建议的协调体系（着重于监理、施工、施工监控之间关系）见图 2。图 2 建议的多方协调体系4.3 对施工监控技术体系的进一步说明4.3.1 施工控制计算在实施施工监控时，第

13、一步的工作是要形成控制的目标文件，以校核设计计算与施工控制 计算的闭合性。施工控制的预测计算将采用设计计算参数对施工全过程进行分析，计算出控制 目标的理论值。随后，建立施工监控计算模型，在这项计算中，则会尽可能采用现场实际参数 用于计算，以反映出施工实际情况，并提供监控目标理论值。4.3.2 误差分析施工误差的出现是不可避免的，但各类施工误差会出现不同的分布形态。常见的误差形态 有三类：白噪声分布形态、连续单向分布形态和大峰值分布形态。白噪声分布形态的特点是：误差峰值较小，且正向或负向误差分布基本均匀，类似于白噪 声干扰，因误差不会累积，其对结构的影响很小，是施工控制所追求的理想状态。连续单向

14、分 布形态的特点是：虽然其单个误差的峰值一般较小，但整体误差分布出现连续的正向或负向分 布，特殊情况下会产生误差累积。有累积的连续分布误差会对结构线形及内力产生严重不利影 响，必须防止和避免。大峰值分布形态的特点是：虽然其整体误差的均值较小，但出现单个误 差峰值较大的情况，也会对结构线形和内力产生不利影响，需要加以控制和调整。应对施工反馈的数据与施工控制预测计算的理论目标值以及施工控制实时计算结果的修正 目标值进行比较，确定误差的实际分布状态，对连续分布误差和大峰值误差进行及时调整。4.3.3 施工误差容许度指标要确定误差峰值的大小并决定是否进行误差调整，必须预先确定一套符合施工实际情况的 误

15、差容许度指标体系。误差容许度的确定还必须满足设计和监理对施工质量的要求。过严的误 差容许度会为施工带来困难，延误施工进度；过宽的误差容许度会为施工留下一定的安全或质 量隐患。本桥施工控制的最终目标是，使成桥后的线形与设计成桥线形的所有各点的误差均满足中 华人民共和国行业标准铁建设 2005160 号客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准 规 定：(1) 悬臂梁段高程误差在 15 mm和-5 mm之间；(2) 合拢误差在 15 mm以内；(3) 梁段轴线偏差在 15 mm以内。根据这一目标，要求施工单位在每一梁段的施工中，挂篮定位标高与监控指令控制标高之 差控制在 5 mm以内。5 施工控制的

16、主要工作5.1 实际参数的测试在施工控制计算中，需要根据实际施工中的现场测试或核定参数，进行仿真计算，并根据 实际施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合，以使施工控制计算能与实际施工相符。需要进行现场测定的参数主要包括：(1)实际材料的物理力学性能参数 混凝土的容重、弹性模量、拉压强度在预应力混凝土桥梁的施工中，混凝土力学性能的变异性对施工计算的影响很大。如：主 梁混凝土的实际容重与设计取用值的差异将直接引起计算恒载的差异；混凝土弹性模量实际值 与设计值的差异将引起的主梁刚度的差异，进而会导致按设计计算出的主梁施工挠度与实际挠 度的误差。混凝土的材料特性的离散性往往较大，因此有必要对工地现

17、场用于主梁的混凝土进 行专门的弹性模量测试(由施工或业主单位完成) 。试验时取几组试件做混凝土 7天和 28 天的 静弹性模量测试，用其统计平均值作为弹性模量施工控制计算的实测值。根据以往桥梁施工控 制经验，混凝土的实际容重值与设计值之间也存在一定的差异。混凝土的容重参数和强度参数 直接使用施工单位工地试验室的测试资料以及监理平行试验的资料。 混凝土收缩徐变系数的取值混凝土的收缩徐变系数对分阶段施工的混凝土桥梁的施工计算影响较为显著。但混凝土的 收缩徐变系数的试验测试需要一个较长的周期及较大投资的设备，对施工现场的混凝土的收缩 徐变系数的测定目前尚无较满意的方法。若难以进行现场测试，则收缩徐变

18、系数按现行设计规范取值，并可考虑在施工控制过程中按一定的方法进行分析和修正。 其它物理参数的测量在大跨度桥梁的施工控制中，在有必要考虑温度效应对结构体系的影响时，还需对材料的 线膨胀系数和热传导系数等进行现场测试。（ 2）实际荷载参数 恒载主梁自重：主梁自重（一期恒载）原则上是根据设计资料进行统计，再依据现场提供的材 料容重进行计算，并考虑实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差。二期恒载：桥梁的二期恒载也是根据设计资料与现场调查相结合，并采用现场测试的材料 参数加以计算。并以均布荷载形式作用于施工控制计算模型上。 施工荷载根据施工单位提供的资料，经现场核对，确定在主梁施工过程中施工机具荷载的

19、大小及作 用位置。主要考虑的施工机具重量为用于梁段悬臂施工的挂篮设备、预应力张拉设备等的重量。 临时荷载在实际施工过程中，由于种种原因，施工单位会在结构体系上增减某些临时性荷载。对于 其中影响较大者，要根据施工单位提供的数据及现场调查分析，将这些荷载进行量化模拟，反 映在施工控制的实时计算中，以便对施工控制的指标进行及时的修正。这些荷载包括：? 施工机具荷载的改变；? 在主梁上堆放较长时间的机具、材料等；? 施工过程中对结构体系的临时约束。（3）实际截面几何参数这主要是指对主梁断面的几何尺寸的测定。对施工控制工作而言，主要是对施工单位施工 完成后的主梁断面验收资料进行分析，将断面尺寸的误差的影

20、响考虑到施工控制计算中去。断 面尺寸的误差将引起主梁恒载和抗弯刚度的误差，但由于施工中能将此部分的误差控制在较小 范围内，对施工控制计算中刚度的影响并不显著，它对结构体系的影响主要表现为对主梁恒载 的影响，施工中对此部分的控制是为了使施工控制计算能更准确反映出主梁的挠度变化。（4）挂篮刚度在桥梁悬臂施工中，挂篮在承受混凝土梁段重量时会发生弹性变形。需要在确定主梁梁段 的立模标高中预先考虑其变形的影响，以确保主梁线形满足要求。通常，在使用挂篮前，施工 单位应对挂篮进行静力加载试验以确定其刚度，或者通过分析计算来确定其刚度。在施工控制 工作中，还应根据挂篮的实际使用情况，通过一定的方法来校核分析挂

21、篮的刚度。挂篮刚度数 据由施工单位提供给监控单位。（5）实际环境参数 对在实际施工过程中会对施工产生影响的环境参数，如：温度等，也应视情况进行测试。 对上述各类参数的统计、分析和校核，需要分清主次，突出重点。5.2 实时控制根据现场测试数据，进行参数识别与修正，并详细模拟施工过程，形成施工控制文件。在 施工过程中，根据实时测量的反馈数据，随时进行调控。在控制过程中，以线形控制为主。根 据施工阶段仿真模拟计算及现场测试反馈结果，确定每阶段主梁的立模高程。当已施工梁段出 现较大偏差时，及时制定纠偏方案，避免误差进一步累积。5.3 监控计算悬臂施工连续梁桥的监控计算所采用的基本方法是倒拆正装法。即通

22、过对从成桥状态倒拆 结构的过程进行结构分析来得到每一施工阶段的施工控制目标值，然后根据施工控制目标值对 结构进行正装施工控制（包括对结构某些参数的调整） ，使施工时结构的变位等同或逼近倒拆计 算中同工况下的结构变位。监控计算按分析目的分为三个阶段：复核设计；监控前期计算分析；施工过程监控分析计 算。其中复核设计计算分析的主要目的是验证计算模型，建立监控基准模型，同时对设计进行 初步的验算。在监控基准模型的基础上，对结构进行深入分析，找出影响结构的主要因素，建 立预测模型和参数敏感度，这是主梁施工前期计算分析的目的和任务。在主梁施工过程中，根 据现场实测参数，修改计算模型，预测下阶段的目标值。

23、前期计算和施工控制计算的流程见图 3在以上二个阶段均为动态控制，每个目标线形的实现都要通过计划、实施、测量、纠偏四 个环节来保证。并通过计算机模拟和预测本阶段的纠偏结果对下一个阶段的影响。如果所建桥梁线形与目标线形不一致是由于几何尺寸控制引起的，则采用计算模型对几何 尺寸偏差对目标线形的影响进行分析，确定是否超出允许范围，并预偏差对后期结果的影响及 调整方法，纠正几何尺寸偏差对目标线形的影响。如果所建桥梁线形与目标线形不一致是由于与时间有关的效应引起的，则需要调整计算参 数使计算模型适应实测结果，并通过调整后的参数对线形进行计算，确定前期参数对目标线形 的影响及是否应对目标线形进行优化，并在调

24、整参数的基础上进行下一轮的预测。施工监控计算前期计算分析 施工监控计算图 3 现场监控计算流程图底模标高通过下式给出：H H 0 fs fm f g式中： H 梁体底板立模标高；H 0 梁体底面设计标高，即设计成桥线形；f s 后续节段施工或体系转换对本节段前端产生的挠度变形；f m1/2 活载预拱度；f g 挂篮自重及其自身变形产生的挠度，通常可以根据挂篮加载试验结果考虑其影响。f s 通常表示如下：fs fd f y fsc f3c式中： fd 后续节段施工时，全部恒载对本节段前端产生的挠度变形；fy 后续节段张拉预应力或体系转换对本节段前端产生的挠度变形；f sc 本节段前端在施工过程中

25、由于收缩、徐变而产生的挠度变形；f 3c 本节段前端在使用过程中由于收缩、徐变而产生的挠度变形。5.4 几何控制桥梁的实时几何监测是施工过程的重要一环。通常情况下，由施工单位承担桥梁施工的测 量工作，监控单位则直接采用经监理认可的测量数据。必要时，业主可另行建立一套线形监测 系统，以保证测量数据的准确性、可比性和及时性。几何监测是施工监控中重要的反馈指标之一，包括主梁高程、主梁轴线、基础沉降等监测 内容。一般变形的监测都通过精密水准仪及全站仪来进行测量，这种监测方法也能够满足监测 对变形测量的要求。根据本单位与施工单位签订的技术服务合同，在本桥中监控单位不承担线形和高程测量工 作，测量工作由施

26、工单位负责并经监理签字确认。5.4.1 主梁线形监测主梁的高程测量是为了能反映出在各施工阶段（混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮前移等） 完成后各梁段的标高，从而能得到各施工阶段后的主梁线形，重要的是通过前后施工阶段的梁 段标高变化计算出主梁的实际竖向挠度，以便与计算挠度值相比较，及时调整偏差，为施工控 制分析提供直接依据，为大桥施工提供保障。1）测点布置2 cm（见图 4 ）。测点构主梁梁段的高程测点在梁段的钢筋绑扎阶段进行预埋。测点采用 16 钢筋牢固定位于顶板 钢筋骨架上，测点钢筋顶面加工成半球形顶面，冠顶应高出混凝土顶面造可根据实际情况进行调整，如采用固定于混凝土顶面的矩形钢板等。图 4 顶

27、板高程测点钢筋布置示意图 5 主梁高程测点布置示意对单箱结构，梁顶宽度有限，在断面布置 5 个测点，就可以监测施工过程中主梁的标高和 扭曲情况。在每一梁段上，测点的具体布置参见图 5。施工单位结合施工及施工监控，承担测点的布设工作。2）测量要求 测量阶段 在每一梁段的施工中均应作高程测量。在一个梁段的施工过程中，在挂篮前移就位后、立 模绑扎钢筋后、混凝土浇筑完成后进行主梁高程测量。立模时的测量范围为立模梁段和该梁段 前已施工完成的一个梁段， 混凝土浇筑后的测量范围为该施工梁段及该梁段前已施工完成梁段。全桥施工过程中将设置一定数量的主梁标高通测和联测，并校核测量基点。在各跨合拢前 后及体系转换前

28、后安排标高通测。 测量时间 各测量阶段的测量时间应根据主梁的施工进度完成情况安排在晚十时（夏、秋季为晚十一 时）以后至次日清晨日出以前进行。考虑到实际施工的情况，立模阶段测量若在白天进行，立 模标高的数据应进行温度修正后使用。 精度要求 建议采用精密水准仪配因瓦尺进行测量，或采用 2 秒级全站仪进行测量。5.4.3 线形控制的实施主梁施工控制测量相关的数据表格分为施工监控数据表和施工测量数据表两种。施工监控 数据表由监控单位在相应的施工阶段前填写，作为施工指令提供给施工单位施工。施工测量数 据表由测量单位（施工单位）在相应施工阶段完成测量任务后填写，报监理签字确认后提交给 施工监控组。5.6

29、施工控制报告分阶段向施工单位提交主桥线形测控数据的技术分析报告，在主桥施工结束后，提交施工 控制总结报告。6 施工监控技术方案的保障措施（1）人员方面 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监控的高 级工程师担任，分项负责人均由中级以上职称且必须从事过多年相关工作的人员担当，其他的 监控人员均具有监控、监测经验技术人员组成。在施工监控开始之前制定完善的监控工作实施细则，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。施工监控过程中，项目负责人或相关分项负责人应长驻现场，确保不发生由于监控人员缺 席而影响工程进

30、展的情况。（2）技术方面 成立技术顾问组，成员由监控单位资深的桥梁专家组成，为本项目提供技术支持和咨询。 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。 根据现行的相关规范制定监控工作要求和内容，开展施工监控工作。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。附表一：主梁施工控制数据指令表日期： 年 月 日 编号：施工阶段： 大里程侧（ 1 ） #梁段立模浇筑阶段小里程侧（ 1 ） #梁段立模浇筑阶段梁 段 号里程控制指令数据测点设计标高（m）测点立模标高（m）温度修正量（ mm/ ）预计挠度 （mm）大里程侧 1#小里程侧 1#备注： 1、表中的高程点位置