沪宁城际铁路连续梁桥施工监控方案

1、上海至南京城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、监测方案华东交通大学技术开发部二九年二月目录一、概况3二、施工监控、监测的任务及目的3三、施工监控、监测的原理和方法4四、施工监控、监测工作的目标14五、项目实施组织形式与管理措施15六、应变、温度、挠度测点布置图16七、监控费用18沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、监测方案一、工程概况沪宁城际铁路是国务院2005 年 3 月原则通过的长江三角洲地区城际轨道交通网规划（ 20052020 年）中宁沪杭甬“ Z”型主轴的一部分，是沪宁通道综合运输体系的重要组成部分，线路走向基本并行于既有沪宁铁路北侧，起自上海站、虹桥站，经苏州、无锡、常州、镇江，至

2、南京，上海至南京线路全长300.07Km，虹桥至南京全长293.74Km，累计正线长度312.988Km。全线设特大桥、大中桥 115 座 162.137 公里，正线隧道 5 座 2.74Km，桥隧总长 164.877Km，占线路总长的 52.7%。软土、松软土路基 72.44Km。全线共设城际车站 31 个（预留 4 个），其中上海市境内设安亭、南翔、上海西、上海 4 个城际站，全线高架站 8 个。全线投资估算总额298.24 亿元。施工总工期三年。全线采用无碴轨道，行车速度高，对桥梁的施工质量控制要求很严格。确保大桥在施工阶段的安全以及成桥后的线型，是关系到该工程完成后是否能正常运营的关键

3、。因此对大桥进行施工阶段的监控、监测是有必要的。二、施工监控、监测的任务及目的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、混凝土收缩徐变系数、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，

4、造成合龙困难或影响成桥的内力和线形。特别是采用悬臂施工技术的大跨度桥梁，施工中的不合理误差状态如不能及时地加以识别和处理，主梁的应力有可能发生积聚而超出设计安全状态发生施工事故。施工控制的目的，就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（梁段定位标高）等施工控制参数，分析施工误差状态，采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警。这样，才能保证结构的受力和变形始终处于安全的范围内，成桥后的结构内力和线形符合设计要求。本项目工作的 目标是：把大跨度桥梁施工控制的理论和方法应用于沪 宁城 际轨道

5、交通 工程 连续 梁 桥的实际施工过程，对该桥施工期间的线型、混凝土应力等内容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内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力（应力）与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和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，并确保在全桥建成以后桥梁的内力状态与外形曲线与设计尽量相符。三、施工监控、监测的原理和方法1、 建立施工监控、监测的控制体系施工监控、监测的工作，广义上讲，就是指施工监控、监测体系的建立和正确的运作。（1）施工监控、监测的技术体系桥梁的施工监控、监测与桥梁的设计和施

6、工有密切的联系。根据沪宁城际轨道交通工程连续梁桥设计和施工的具体特点，参考国内外桥梁施工监控、监测工作的开展情况，拟建立图1 所示的施工监控、监测技术体系，依此进行施工监控、监测。从图 1 可以看到：桥梁的施工监控、监测是与桥梁设计、施工及监理是密切联系的。从信息论的观点看，桥梁的施工监控、监测过程是一个信息采集、信息分析处理和信息反馈的过程。通过实时测量体系和现场测试体系，可以采集到桥梁施工过程中的各类所关心的数据信息。借助桥梁施工监控、监测的计算分析体系，对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据（如变形、内力、应力）的分析，可以对施工误差做出评价，并根据需要研究制定出精度控

7、制和误差调整的具体措施。最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。在施工控制计算和误差分析中，通过对施工容许误差度指标数据体系、施工反馈数据（尤其是应力监测数据） 、施工控制目标值数据的分析确立施工状态的应力预警体系 图 3-1（虚框内所示）。图 3-1 施工监控、监测技术体系（2）施工监控、监测的组织体系为保障施工监控、监测工作的保质、保量、高效地完成，必须明确施工监控、监测实施过程中的工作制度和组织制度。结合沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工的实际情况和施工监控、监测工作的具体技术内容，建议成立 “沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、监测工作领导小组 ”，由沪宁城际轨道交通工程连续

8、梁桥的建设单位、 施工单位、设计单位、监理单位和监控单位（承担施工监控、监测任务的单位）的负责人组成。领导小组负责施工监控、监测工作实施过程中的总体协调工作。同时，由承担沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、监测任务的单位牵头建立 “沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、 监测工作组 ”，成员由监控监测单位参加沪宁城际轨道交通工程连续梁桥施工监控、监测任务的技术人员组成。工作组负责施工监控、监测具体任务的实施。施工监控、监测工作组的具体组成见图 3-2 说明。专家组（远程）工地项目负责人测试人员监控分析人 员其他技术和工作人员图 3-2施工监控、监测工作组的组织体系施工监控、监测领导组负责在每

9、月的工地例会中组织施工监控、监测工作专题内容讨论，听取施工监控、监测工作组对施工监控、监测工作情况的通报。有重大问题时，组织召集进行临时技术讨论。在施工监控、监测工作组的日常工作中，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、监测工作顺利进行的基本前提。建议按图 3-3 所示的信息传递机制以监控、监测报表体系为核心进行施工监控、监测的日常工作。图 3-3 施工监控、监测信息传递机制施工监控、监测的工作将接受监理工程师的全面监理。对施工监控、监测而言，其日常工作需要得到设计和施工部门的大力支持和配合，需要信息和意见的及时交流；其控制指令和结果则需要借助监理权威和程序予以发布、执行和反

10、馈。2、 运用施工监控、监测体系进行信息采集（1）施工监控、监测中的现场测试体系在施工监控、监测计算中，需要根据实际施工中的现场测试或核定参数，进行实时计算，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，以使施工监控、监测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：I.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梁桥梁的施工中，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。

11、混凝土的材料特性的离散性往往较大，在以往的施工监控、监测工作中，曾发现混凝土的弹性模量实测值较设计取值高出 15%，并且混凝土的弹性模量有随时间而增长的情况，因此有必要对工地现场用于主梁的混凝土进行专门的弹性模量测试。试验时取几组试件做混凝土 3 天、 7 天、 14 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。混凝土的收缩徐变系数混凝土的收缩徐变系数对分阶段施工的混凝土梁桥梁施工计算影响较为显著。但混凝土的收缩徐变系数的试

12、验室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。 本桥 C65 砼的徐变和收缩系数按设计取值，并可考虑在施工监控、监测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监控、 监测中若需考虑温度效应对结构体系的影响， 必要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。II. 实际施工中的荷载参数恒载a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。b二期恒载主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

13、材料参数加以计算。主梁二期恒载的统计内容包括：道碴、轨枕、钢轨、人行道系，过桥管线等。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、预应力张拉等设备的重量。临时荷载在实际施工过程中， 施工单位由于种种原因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，以便对施工监控、监测的指标进行及时的修正。对影响施工监控、监测的荷载布置，将按一定的要求规范临时荷载的摆放。这些荷载包括：施工机具荷载的改变；在主梁上堆放较长

14、时间的机具、材料等；施工过程中对结构体系的临时约束。III. 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。对施工监控、监测工作而言，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，将断面尺寸误差的影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。IV.支架刚度在桥梁施工中， 支架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

15、的影响，以确保主梁线型的完成。通常，在布置支架时，应对支架进行静力加载试验以确定其刚度，或者在支架设计时通过仿真计算来确定其刚度，供施工单位使用。在施工监控、监测工作中，还应根据支架的实际使用情况，通过一定的方法来校核分析支架的刚度。V.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、湿度、风速、日照辐射强度等，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。(2)施工监控、监测中的实时监测体系及结构安全预报体系从施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外， 大量的是现场的实时监测数据。这些实时监测数据大致可分为：物理测量，包括时间、温度等；力学

16、监测，指主梁及桥墩混凝土应力；线型监测，指主梁线型、轴线偏位。I物理测量时间计量桥梁施工各工序完成时间的数据在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。在设计计算中，这部分数据通常按施工技术水平进行估计。而在施工控制计算中，需要尽可能地采用实际的施工时间（与施工单位核定）参与计算。对因某种原因造成施工产生较长停顿时，应重新进行施工控制分析。时间的计量按年、月、日来计量。 温度测量桥梁施工过程中，环境温度的大小及日照温差会影响到结构体系内的内力分布；并且，结构的温度变形还影响到施工中构件的架设精度及测量精度。对日照温差影响较大的情况，一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中，由于工期

17、限制，某些工序的标高测量需要立即进行。把这样测量的数据用于施工控制分析中时，就必须考虑温度修正量。II 力学测量（应力监测）需要在主梁的控制断面处，埋设应力测试元件，以测定各施工阶段主梁的混凝土应力。可采用混凝土应变计或钢筋计等元件来测定主梁的应力状况。把应力监测的结果与施工监控、监测中其它监测结果相结合，能更全面地判断全桥的内力状态，形成一个较好的预警机制，从而更安全可靠地保障桥梁施工。应力和温度控制断面由重点断面和非重点断面组成。主梁控制截面为悬臂根部截面、 L/4 截面、跨中梁段（距合拢段 1-2m 处）截面、 3L/4 截面。应力测点和温度测点布置一致。应力、温度测试元件和仪器设备见表

18、 3-1。主梁应力和温度监控断面、 测点布置见附图。表 3-1应力、温度测试元件和仪器设备测试项目测试元件仪器设备应变计数据采集仪、测点集线应力混凝土计、钢筋计器温度电阻式温度传感器、表面温度计温控仪III 线型测量桥梁的实时线形测量是施工监控、监测的重要工作之一。线型监测包含对主梁高程和主梁轴线偏位两部分内容。高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量。如果线型测量控制点设置适当（沿梁端横向三点布置） ，还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外，应使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合，在主梁块件浇筑、及支架移动后等施工阶段进行。特别是，在浇筑

19、梁段前后和预应力张拉前后对梁段块件标高的测量能反映出实际施工时主梁的挠度变化。这些数据是进行施工控制分析的最重要因素之一。应当指出，在任何桥梁的施工过程中都会涉及到各类施工测量工作。施工监控、监测所要求和关心的测量内容与这些常规测量既有相同的部分又有特殊的要求。施工控制测量的内容和要求专门说明。3、运用施工监控、监测体系进行信息分析（ 1） 施工监控、监测预测计算提供控制目标理论值施工监控、监测在实施时第一步的工作是要形成控制的目标文件。 施工监控、监测的预测计算将采用设计计算参数对施工过程进行分析，计算出控制目标的理论真值。理论真值由主梁理论挠度、主梁理论轴线、和主梁截面理论应力等系列数据组

20、成。在这一计算过程中将与设计计算进行相互校核，以确保控制的目标不与设计要求失真。桥梁施工监控、监测的目的就是使施工与设计尽可能一致。在桥梁的设计计算中通常会采用一些假定的参数用于计算，比如：材料的弹性模量、容重、施工时间等。另外，在设计计算中还有大量的指定的计算参数，比如：施工顺序等。在桥梁的施工控制计算中通常会采用尽可能真实的参数用于计算，以反映出设计与施工的差异。设计计算和施工控制计算的区别和联系，以及施工监控、监测的基本流程和控制目标如图3-4 所示。设计计算施工控制计算A 设计计算力学模型a. 施工控制计算力学模型B 设计计算参数b. 施工控制计算参数B1.指定参数b1.设计指定参数B

21、2.假定参数b2.现场测试及拟合参数C 设计计算施工步骤c. 施工控制计算施工步骤C1.施工方法模拟c1.实际施工方法模拟C2.假定施工时间c2.实际施工时间D. 设计计算结果d. 施工控制计算结果（形成控制文件）D1.各施工阶段线型、内力d1.各施工阶段线型、内力D2.成桥线型、内力d2.成桥线型、内力发布指令，指导施工控制目标 （在绝大多实际施工结果数情况下与设计结1各阶段施工后的线型、内力果一致）2成桥后的线型、内力图 3-4设计计算与施工监控、监测计算的区别和联系施工信息返馈由于桥梁的设计和施工中存在着这两种既不相同又相互联系的计算过程，并且在实际工作中这两类计算可能采用不同的计算模型

22、，由不同的单位来完成，因此，为达到使施工监控、监测指导的施工能与设计结果相一致，首先要校核设计计算与施工监控、监测计算的闭合性。其校核过程如图3-5 所示。这一校核过程主要是在施工控制计算初期，根据设计图提供的资料，建立施工控制计算模型（ a），采用设计计算的主要参数（B）和设计计算中假定的施工时间（ C2）进行计算，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者是否在计算模型（a A ）及施工方法模拟（ c1 C1）间存在实质性差异。只有在两者计算结论基本一致的前提下，施工监控、监测的开展才有实际意义。否则，需要与设计人员一起仔细核对两种计算过程，找出并解决存在的问题。设计计

23、算施工监控、监测校核计算A 设计计算力学模型a. 施工控制计算模型B 设计计算参数b设计参数和实测计算参数C设计计算施工步骤c. 施工控制计算施工步骤C1.施工方法模拟c1.实际施工方法模拟C2.假定施工时间c2.实际施工时间有实质设计计算结果差施工控制校核计算结果异比较基本一致开展下一步施工控制工作图 3-5设计计算与施工监控、监测校核计算（ 2） 对反馈施工信息分析确定施工误差状态目前的各类施工监控、监测的理论的实质都是基于对采样误差的分析和确定调整方法以控制误差状态。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。常见的误差形态有图 3-6 所示的三类。图 a 中的误差分

24、布，由于其单个误差峰值较小，且正负误差分布均匀，类似于白噪声干扰，它对结构的影响很小，是施工控制所追求的理想状态。图 b 中的误差分布，虽然其单个误差的峰值较小，但整体误差分布出现连续的正向或负向分布，特殊时会呈现积累放大现象。有积累的连续分布误差会对结构线型及内力产生严重不利影响。图 c 中的误差分布，虽然其整体误差均值较小，但出现单个误差峰值较大的情况，会对结构的内力和线型产生严重影响，必须加以控制和调整。施工监控、监测中应根据施工反馈的数据与施工控制的预测计算的理论目标真值及施工监控、监测的实时计算结果的修正目标真值进行比较，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

25、。15129630-3-6-9-12-15123456789101112131415（ a）白噪声形态分布误差15129630-3-6-9-12-15123456789101112131415（b）连续单向分布形态误差15129630-3-6-9-12-15123456789101112131415（ c）大峰值误差图 3-6常见误差形态分布（ 3） 利用参数识别系统对计算参数进行识别、修正施工中如出现有发散趋势的连续分布误差状态，这类误差的产生大多源于计算参数失真引起的目标真值失真，必须进行参数识别、参数修正或参数拟合，提供合理的目标真值。对于产生参数失真的原因必须进行认真分析，以便在施工中

26、加以控制。在悬臂施工的桥梁中产生误差发散的主要参数是体系刚度和主梁自重。（ 4） 确定适用的施工误差容许度指标和应力预警机制要确定误差峰值的大小和确定是否进行误差调整，必须确定一套符合施工实际情况的误差容许度指标体系。过严的误差容许度会为施工带来困难，延误施工进度，过松的误差容许度会为施工留下一定的隐患。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。针对沪宁城际轨道交通工程连续梁桥跨福银高速公路高架桥的具体情况， 初步确定施工中轴线偏差的误差容许值为 10mm，主梁标高的容许误差值为 20mm。具体指标在与设计及监理协商后，根据施工情况进行调整。对于主梁的应力指标而言，由于采用国产的测

27、试设备，根据国内目前的使用情况来看其应力测试的准确度尚不能令人满意。并且设计计算和施工监控、监测计算一般只能给出线性平面应力的大小，而施工中存在箱梁的剪力滞后效应及角域应力的特殊性，因此应力的测试结果通常不用于直接的误差分析，而是利用应力测试的增量结果作为施工的应力预警参数。监控单位对于测试中出现的应力异常变化及时作出预警报告。（ 5） 利用施工监控、监测实时计算调整控制目标值在进行参数调整拟合后，利用实际的施工时间参数和实际的施工荷载参数进行施工监控、监测实时计算，产生施工控制实际目标真值，用于下一阶段的立模标高确定和误差分析。4、提交施工监控、监测指令及其它控制报告监控单位在各施工阶段完成

28、后根据施工监控、监测实时计算的结果在下一施工工序前向监理单位提交主梁立模标高的控制数据以及立模标高和轴线偏位的容许误差。对应力测试结果按一定的阶段提交应力测试汇总资料。在全部施工结束后提交施工监控、监测总结报告。四、施工监控、监测工作的目标该项目施工监控、监测工作的目标是：1施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计要求；2成桥的线型逼近设计状态；3精度控制和误差调整的措施不对施工工期产生实质性的不利影响。五、项目实施组织形式与管理措施本项目在建设单位的统一管理下，由监控单位、设计单位、施工单位和监理单位组成项目实施机构，成立监控组、计算控制组、测量组、测试组。本项目组织机构设置见表5-1。课题组组长和组员严格执行各自研究任务与分工，各分项负责人直接对课题组组长负责，保证自己并敦促组员按时完成相关监控与监测工作。各小组之间建立信息沟通制度，加强相互之间的协调，防止出现误事、脱节等贻误工作的现象。表 5-1拟为承包本合同工程设立的组织机构图沪宁城际轨道