矮寨特大悬索桥施工控制实施方案

1、1 / 38 文档可自由编辑 湖南省吉首至茶洞高速公路 第 6A 合同段矮寨特大悬索桥 施工控制方案施工控制方案 2 / 38 文档可自由编辑 路桥集团国际建设股份有限公司 2006 年 11 月 I / 38 文档可自由编辑 目 录 1.项项目概况与特点目概况与特点.1 2.施工施工监监控的必要性、目的与目控的必要性、目的与目标标.2 2.1 施工施工监监控的必要性控的必要性.2 2.2 施工施工监监控的目控的目标标.4 3.施工施工监监控内容与方案控内容与方案.5 3.1 施工控制参数的施工控制参数的选选取取.5 3.2 监监控控计计算内容算内容.5 3.2.1前期结构分析.6 3.2.2

2、主塔施工期结构分析.7 3.2.3缆索施工期结构分析.7 3.2.4主梁架设期结构分析.8 3.3 监监控控测试测试内容与方案内容与方案.8 3.3.1监控测试工作内容.8 3.3.2线形监测.9 3.3.3塔、梁应力监测.11 3.3.4主缆缆力监测.16 3.3.5吊索索力监测.16 3.3.6温度场监测.17 3.3.7应变测点采集仪器位置优化.18 3.3.8主缆温度测点采集仪器位置优化.20 4.施工程序及异常情况的施工程序及异常情况的对对策策.21 4.1 施工程序施工程序.21 4.2 施工施工监监控基本工作流程控基本工作流程.22 4.3 异常情况异常情况对对策策.23 5.施

3、工施工监监控最控最终终目目标标及成果形式及成果形式.24 6.监监控控实实施施组织组织研究研究组织组织形式及人形式及人员员安排安排.25 II / 38 文档可自由编辑 6.1 监监控控现场结现场结构构组织组织方案方案.25 6.2 监监控人控人员总员总体安排体安排.25 6.3 施工施工监监控工作流程示意控工作流程示意图图.26 6.4 监监控中各控中各单单位的工作位的工作协协作作.26 7.研究工作布署（包括人研究工作布署（包括人员员、 、设备设备等等进场计进场计划等）划等）.27 7.1 人人员员及及设备设备配配备备.27 7.2 人人员员开展研究及开展研究及进进出出场时间场时间安排安排

4、.28 7.3 仪仪器器进进出出场时间场时间安排安排.28 8.主主桥桥施工施工监监控各控各阶阶段工作流程段工作流程.28 8.1 前期前期计计算算阶阶段段.28 8.2 桥桥塔施工塔施工阶阶段段.30 8.3 主塔完成、主塔完成、缆缆索系索系统统施工准施工准备备期期.30 8.4 猫道架猫道架设设完成完成.31 8.5 基准索股架基准索股架设设.31 8.6 其它索股架其它索股架设设.32 8.7 索股架索股架设设完成完成.32 8.8 主梁吊装主梁吊装阶阶段段.33 8.9 桥桥面面铺铺装装阶阶段段.33 8.10 成成桥桥恒恒载载状状态态.34 8.11 项项目目总结总结.34 1 /

5、38 文档可自由编辑 1.项项目概况与特点目概况与特点 吉茶高速公路是湖南省的一条重要旅游通道，由于项目所在区域独特的自然地理 条件和丰富的社会文化背景，2004 年 4 月交通部将其纳入全国首批公路勘察设计典型 示范工程项目。 矮寨特大悬索桥为吉茶高速公路的控制性工程，桥位处距吉首市区约 20 公里，于 K14+571.30 处跨越矮寨镇（G209 2303 公里处）附近的山谷，德夯河流经谷底，谷底 标高约 240m，桥面设计标高与地面高差达 330m 左右，山谷两侧悬崖从 900m 到 1300m 之间变化。 矮寨特大悬索桥为塔梁分离式单跨双索面钢桁加劲梁悬索桥，主缆的孔跨布置为： 242

6、m+1176m+116m，主梁全长 1000.5m；主桥横桥向设 2%横坡，桥面系宽 24.5m，钢桁 加劲梁全宽 27m。主缆采用预制平行钢丝索股（PPWS） ，单束索股由 127 根公称直径为 5.25mm、公称抗拉强度为 1670MPa 的高强度镀锌钢丝组成，排列呈近似正六边形，紧 缆后主缆为圆形，索夹内直径为 855mm(吉首岸边跨)、844mm（中跨和茶洞岸边跨） ，索 夹外直径为 870mm(吉首岸边跨)、859mm（中跨和茶洞岸边跨） ，索股锚头采用热铸锚； 主索垂跨比 F/L=1/9.6，主索中心距为 27m，采用平面索布置；每根主缆中，从吉首岸 锚碇到茶洞岸锚碇的索股有 16

7、9 股（通长索股） ，吉首岸边跨另设 6 根索股灾吉首岸主 索鞍上锚固（背索） ；全桥采用 71 对吊索，吊索标准间距 14.5m,端吊索间距 29m；主 跨梁高（主桁中心线处）7.5m；主梁桥台处设竖向支座和横向抗风支座。 索塔采用双柱式门式框架结构，由扩大基础、塔座、塔柱（上塔柱、中塔柱、下 塔柱）和横梁（上横梁、中横梁）组成。索塔自基础以上高 129.316m(吉首岸)、 61.924m（茶洞岸） 。 本桥采用预应力锚固系统，由索股锚固连接器和预应力钢束锚固系统构成。吉首 岸重力锚散索长度 29 米，锚固长度 25 米；茶洞岸隧道锚散索长度 29 米，锚固长度 43 米。 本桥结构存在以

8、下特点： 边跨缆索不对称。由于锚碇布置位置的需要，边跨缆索的水平跨度在吉首岸为 242m，在茶洞岸为 116m，两边跨缆索不对称，造成主缆及锚碇受力不同，线形、索股 数量也不同，在施工控制中需要区别对待。 2 / 38 文档可自由编辑 图 1- 吉首茶洞 1 主桥总体布置图 图 1-2 主梁断面图 2.施工施工监监控的必要性、目的与目控的必要性、目的与目标标 2.1 施工施工监监控的必要性控的必要性 从上世纪 90 年代到现在，全球范围内掀起了一股建设大跨度悬索桥的热潮。上世 纪 90 年代修建的悬索桥中，就有 7 座主跨跨径超过千米。他们分别是：日本明石海峡 大桥（主跨跨径 1991 米，居

9、世界第一） 、丹麦大海带桥（主跨跨径 1624 米，居世界第 二） 、中国润扬长江公路大桥（主跨跨径 1490 米，居世界第三） 、中国江阴长江公路大 桥（主跨跨径 1385 米，居世界第五） 、中国香港青马大桥（主跨跨径 1377 米，居世界 第六） 、瑞典滨海高桥（主跨跨径 1210 米，居世界第九） ，还有日本的尾道今治线上 的来岛二桥、三桥（主跨跨径分别为 1020 米、1030 米） 。国内正在建设的工程中，舟 山连岛工程中的西堠门悬索桥将以跨径 1650 米位于中国第一、世界第二，武汉阳逻长 江公路大桥主跨达 1280m，建成后将与美国金门桥并列，居世界第八位。除了上述跨径 大于千

10、米的悬索桥之外，中国已经在上世纪 90 年代中建成主跨为 648m 的厦门海沧大 桥、主跨为 900m 的西陵长江大桥、888m 的广东虎门大桥、452m 的广东汕头海湾大桥、 960m 的湖北宜昌长江大桥及 612m 的重庆鹅公岩长江大桥。可以说，中国的悬索桥建设 已经位于世界前列。 悬索桥是一种以缆索为主要承重构件的柔性桥梁，缆索长度和线形对全桥的几何 3 / 38 文档可自由编辑 形状和受力具有决定性影响，因此，悬索桥设计和施工中必须保证缆索长度和线形的 准确。悬索桥缆索的长度和线型是通过事先精确计算、制造和安装时严格控制误差来 保证的，施工中进行调整的措施非常有限。因此，悬索桥施工监控

11、的计算成为施工中 极为重要的环节。另一方面悬索桥在施工过程中存在着各种各样的随机因素，它们都 可能影响悬索桥在施工过程中的安全和成桥后线形。通过施工实时监控，掌握实际荷 载情况并结合测量得到的结构状态，找出结构产生误差的原因，并通过以后各阶段的 各种可能的修正来保证施工过程中结构的安全，使成桥状态最大可能地逼近设计内力 和线形。 从设计到施工，由于各种计算或施工误差，悬索桥实际所呈现的线形和内力与设 计者当初的意图往往有很大的差距。这种引起误差的因素主要有以下几种： 设计时的计算误差。对于主缆的计算，设计单位和施工监控单位采用的方法不 一样，对于一些参数的处理也有较大的差异，而且在设计过程中没

12、有也不可能全面考 虑施工中存在的各种因素。因而，施工监控中不能直接采用当初设计时所计算的用于 控制施工的各种参数值。 施工中结构定位存在的误差。实际施工中，索塔、锚碇的定位不可避免地存在 误差。当索塔或锚碇的实际位置与设计不符时，必然影响到主缆的线形，进而对结构 的内力和主梁的线形产生影响，因此必须对施工监控数据进行修正计算。 施工中还存在着其它误差，如材料特性、安装精度、环境温度等，都将影响结 构线形和内力。 这些误差对矮寨特大悬索桥这种大跨径的、结构不对称的悬索桥来说，表现得更 为明显，所以必须加以严格控制。 施工监控实施过程中，一方面应该根据施工中的实际参数严格按照施工过程进行 精确的分

13、析计算，另一方面，必须根据施工中的实际监控数据进行计算参数的识别修 正，并且考虑各种意外变异因素的影响，对下阶段发出的施工监控指令做出修正，这 样才能保证悬索桥的整体线形和内力最终达到设计者的意图。 2.2 施工施工监监控的目控的目标标 矮寨特大悬索桥施工监控的主要目的是通过施工前构件无应力尺寸的精确计算和 施工过程中施工误差和结构参数误差的识别，对大桥施工过程结构状态进行有效控制， 确保结构在施工过程中的安全和成桥后结构受力和线形满足设计要求。 本桥施工监控的重点是缆索系统安装过程中和主梁安装过程内力和几何外形的监缆索系统安装过程中和主梁安装过程内力和几何外形的监 4 / 38 文档可自由编

14、辑 控。控。 矮寨特大悬索桥施工监控的主要目标是通过施工前构件无应力尺寸的精确计算和 施工过程中施工误差和结构参数误差的识别，对矮寨特大悬索桥施工过程结构状态进 行有效控制，确保结构在施工过程中的安全和成桥后结构受力和线形满足设计要求。 本施工监控项目的目标为： 线形：全桥建成后在 20C 基准温度下： 缆索线形：跨中标高与理论值偏差在 40mm 以内； 主梁线形：标高与理论值偏差在 30mm 以内，且全垮线形匀称； 塔顶偏位误差：毫米，且不大于 50mm；3000/H t 桥面中线偏位：10 毫米 桥长偏差：+30，-100 毫米 桥头高程衔接误差：3 毫米 对结构内力的控制精度目标为：在成

15、桥状态下实测应力使结构处于安全受力状 态。 混凝土结构应力误差：相对于计算应力20%。并且：混凝土结构不出现拉应 力，普通钢筋混凝土构件压应力不超过混凝土材料轴心抗压强度设计值的 0.8 倍，预应力混凝土构件压应力不超过混凝土材料轴心抗压强度设计值的 0.7 倍； 主缆及吊索索力误差：； 0 %5T c 钢结构应力误差：10%，且不超过钢结构材料允许应力。 3.施工施工监监控内容与方案控内容与方案 3.1 施工控制参数的施工控制参数的选选取取 对于矮寨特大悬索桥这样的大跨度悬索桥的施工控制，主要控制参数为： 构件无应力尺寸，包括主缆无应力长度及吊杆无应力长度； 塔顶鞍座的预偏位，在不同的施工阶

16、段设置不同的预偏位。 以上参数需要通过精确的前期结构分析得到。 另外，在实际施工过程中，下列参数对结构的控制精度也有较大影响： 环境温度 5 / 38 文档可自由编辑 临时荷载 塔柱混凝土的收缩徐变系数 在实际施工过程中，如果以上参数与前期计算取用参数不同，需要对前期计算得 到的控制参数结果进行修正，以保证结构施工的结果能够与设计吻合。 在施工控制计算中涉及到的其它结构参数（如拉索和钢丝的弹性模量和实际面积、 钢梁和混凝土梁面积和重量、材料的热膨胀系数等）往往与设计时考虑的有差别，为 了保证施工监控仿真计算的准确，在施工监控工作正式开展前和施工时进行必要的数 据收集与对数据的分析计算。 施工控

17、制计算参数主要来源两方面：一方面来源施工设计图纸，对施工设计图纸 进行深入的分析，把握桥梁结构计算模型主缆、梁、塔、吊索等的坐标、依据图纸对 桥梁结构构件（主缆、梁、墩、塔、吊索等）进行面积和重量计算；另一方面来源于 设计、施工（加工） 、监理等单位，通过对设计图纸的深入理解，向有关单位收集计算 的实际参数，包括主梁和吊索的弹性模量和实际面积、钢梁和桥面板的面积和重量、 材料热膨胀系数、混凝土徐变系数、施工机械重量等。 3.2 监监控控计计算内容算内容 矮寨特大悬索桥为跨径 1176m 的超大跨度悬索桥，结构非线性效应明显。如何考 虑非线性的影响是本桥结构分析的一大难点，本项目拟投入的负责人长

18、期从事大跨度 桥梁结构非线性方面的研究，积累了大量的理论基础和工程经验，可以在最大限度上 保证结构分析的准确性。 悬索桥是一种以缆索为主要承重构件的柔性桥梁，缆索长度和线形对全桥的几何 形状和受力具有决定性影响，因此，悬索桥设计和施工中必须保证缆索长度和线形的 准确。悬索桥缆索的长度和线型是通过事先精确计算、制造和安装时严格控制误差来 保证的，施工中进行调整的措施非常有限。因此，悬索桥工程监控的前期计算成为施 工中极为重要的环节。 3.2.1 前期结构分析 前期结构分析的内容是：根据设计图纸和预定的施工流程，进行全桥施工过程仿 真分析，并得到施工监控的理想成桥状态及理论监控数据。 监控单位在接

19、收设计图纸之后，对设计图纸进行必要的复核，目的是深入理解设 计图纸，领会设计单位的意图，收集设计单位的计算参数。在与设计单位的计算参数 一致的情况下进行全桥施工仿真分析，并与设计单位核对计算结果。如果双方计算结 6 / 38 文档可自由编辑 果出现较大差别，必须查明原因。最终得到理想成桥状态的线形和结构内力。 以达成一致或相近结果的全桥仿真分析模型为基础，结合悬索桥构件线形计算的 理论方法，计算得到本桥施工过程中的理论监控数据，包括： 理想成桥结构线形：这是施工监控的目标，在前期计算中与设计成桥状态一致； 锚碇位移计算：施工中锚碇的沉降量、水平位移及偏转角；锚碇的变位将对主 缆的线形产生影响，

20、进而影响主梁线形； 主塔施工定位数据：主塔施工各节段顶点沿桥梁纵向预偏量、沿桥梁横向预偏 量、塔顶预抬高量（塔柱全高压缩量）等； 缆索系统监控数据：包括基准索股无应力长度、基准索股定位线形、其它索股 无应力长度、其它索股与基准索股的定位关系、主缆各索股在各施工阶段的理 论张拉力、空缆状态下索夹的安装位置、各吊索无应力长度、主索鞍在不同施 工阶段的预偏量、主索鞍顶推次数及距离、散索鞍在不同施工阶段的定位位置 等； 主梁系统监控数据：各段主梁定位标高、合拢段主梁长度及端部切削角度等。 与其它类型的桥梁不同，悬索桥在施工过程中的状态调整手段十分有限。一旦缆 索系统安装就位，结构线形、内力状态基本就已

21、经确定下来，施工中的调整手段十分 有限，局限在索鞍位置的微调及吊索长度的微调等等。因此结构的前期分析十分重要， 特别是其中的缆索系统监控数据。可以说，前期结构分析结果的精度成为悬索桥施工 控制的关键。 3.2.2 主塔施工期结构分析 主塔施工期结构分析的内容是：通过对比主塔施工期间实测数据与理论计算数据， 并结合最优化施工监控理论，确定优化后的主塔施工定位实施数据。 另一方面，结合主塔施工期间实测数据或试验数据，可以获得某些计算参数的真 实值，进而修正前期分析的计算模型，得到修正的后续工况施工监控数据。极端情况 下，如果发现由于真实参数取值与设计取值不同而导致无法达到设计成桥状态，须立 即与设

22、计单位协商确定出修正的理想成桥状态。 3.2.3 缆索施工期结构分析 缆索施工期结构分析的内容是：对比缆索前期结构分析的成果与监控实测数据， 通过误差分析理论和最优化控制理论，通过控制参数的微调给出下阶段施工的最优控 7 / 38 文档可自由编辑 制数据。另一方面，由于环境温度对缆索线形非常大，因此，还需要结合施工期实测 得到的环境温度和缆索温度，实时修正缆索定位数据，包括基准索股定位线形、其它 索股与基准索股的定位关系、主缆各索股在各施工阶段的理论张拉力、空缆状态下索 夹的安装位置等。必要时，需要研究得到定位数据与温度的关系，对施工期间的实际 结构定位数据做出实时修正。 缆索施工过程实时控制

23、分析采用灰色控制法，对悬索桥的每一施工阶段的控制参 数进行预测，其目标是通过对这些控制参数的预测来预测结构的状态参数，用预测的 状态参数与结构实际状态参数进行比较分析，以此来制定结构的优化调整方案，以期 在成桥后结构的实际状态达到设计期望状态 3.2.4 主梁架设期结构分析 主梁架设期间结构分析的内容是：在这一阶段，随时对比实测的缆索线形、桥面 标高和塔顶位移，计算并预测下一时段的主缆线形、桥面标高、塔顶水平位移及主索 鞍顶推阶段和顶推量，确定下一节段的吊索长度微调量及主梁定位标高，以确保施工 安全和成桥时桥面标高、主缆垂度、索鞍位置、各构件内力大小最大限度地符合设计 理想状态。 3.3 监监

24、控控测试测试内容与方案内容与方案 本项目的施工监控测试可分为线形观测、应力监测、索力监测、温度场监测等。 3.3.1 监控测试工作内容 （1）主塔施工阶段 塔柱各节段顶端空间位置观测 主塔基础沉降量观测 不同阶段塔柱各监测点应变监测 不同阶段塔柱温度场监测 （2）缆索施工阶段 架设第一根标准索股前施工现场气温监测 基准索股线形和张拉力监测 其它各索股的线形观测，部分索股张拉力监测 成缆线形的观测及部分索股张拉力监测 主缆缠丝过程温度监测 8 / 38 文档可自由编辑 索夹位置观测 塔顶位移及主塔基础沉降观测 塔柱关键截面应力跟踪监测 塔柱、缆索温度场监测 （3）主梁施工阶段 吊索索力跟踪监测

25、主索鞍顶推次数及各次顶推量观测 主缆线形及索股张拉力跟踪观测 主梁各节段标高观测 主梁轴线和里程观测 主梁关键截面应力跟踪监测 塔顶位移及主塔基础沉降观测 主塔关键截面应力跟踪监测 梁、塔、索温度场监测 3.3.2 线形监测 （1）主塔线形监测 本悬索桥的主塔为混凝土门式框架结构，主塔总高度约 129.516m(吉首岸)。塔柱 采用爬模逐段连续施工。由于塔柱存在倾角，在巨大自重及后期主缆竖向分力作用下 将产生变形，因此塔柱施工时也要象悬臂浇筑连续梁一样设置相应的预偏量。 同时，由于塔柱受力主要为承受轴向力，因此会产生轴向变形，此轴向变形在混 凝土收缩徐变作用下有扩大趋势，因此，塔柱不但需要设置

26、横向预偏量，还要设置塔 高增加量。 因此，在施工监控工作中，监控单位将根据施工单位提供的实测塔身混凝土的弹 性模量、密度、分段接高的时间里程，通过对比实测的塔柱分段点线形测点的空间位 置变化与理论计算得到的变化值，经由施工控制优化算法，识别出混凝土徐变参数等 控制参数，循环计算得到下阶段塔柱的定位位置，从而保证全桥施工完毕后塔柱线形 满足要求。 测量目的：跟踪塔柱在施工全过程的变形，保证主塔的受力安全性，获得良好的 塔柱线形，并为后续阶段施工控制参数的修正提供依据。 主塔变位测量包括顺桥向和横桥向二个方向变位值的测量。塔柱变位的监测采用 9 / 38 文档可自由编辑 高精度全站仪进行。主塔施工

27、节段的变位观测点采用临时测点，布设方式由现场实际 情况确定，塔顶变位的观测点用觇牌做标志。所有观测断面塔壁四周中线处各设置测 点，在各施工阶段加以严密监测。 在主塔的施工和成桥状态下，主缆索力、日照影响等因素均会使主塔产生不同程 度的变位。保证测量数据的准确性是索塔施工放样的关键，其误差对结构内力、线形 均有较大的影响。 为避开日照温差对主塔变位的影响，可以将所有的线形测量及结构放样工作全部 集中在凌晨日出之前的一段时间内进行，但这样会大大降低施工进度控制的灵活性和 可操控性。为此，必须掌握主塔在一天内的线形变化规律。具体做法是在有代表性的 天气条件下，通过全天 24 小时的连续观测，得到日照

28、温差对塔顶变形的影响规律，以 对测量和施工放样数据进行实时修正。 监控中将对主塔的每个不同结构状态进行变位监测，包括施工过程中的每个施工 节段施工的立模、砼浇筑后、主梁节段拼装后等几个时刻以及成桥阶段。 （2）基础沉降观测 基础沉降观测的目的、方法、观测时间均同塔柱施工过程。 （3）主缆线形监测 测量目的：跟踪主缆基准索股在施工中的线形变化，为主缆的精确定位提供主要 依据，并监控主梁安装对主缆线形的影响。 在主缆基准索股主跨的八分点、边跨的四分点设置测点，以基准索股标志色不同 颜色的油漆标明，采用全站仪进行观测。 测量时间应控制在清晨日出前，以减少日照温差的影响。 （4）主梁标高监测 测量目的

29、：跟踪主梁在安装及合拢过程中的变形，为主梁安装控制提供主要依据。 每一梁段分段点梁顶处设立三个标高观测点（如图 3-1） ，测点用短钢筋焊接在主 梁上并作红漆标志，短钢筋顶端打磨平整。主梁标高监测采用精密水准仪进行。 主梁拼装过程中，测量时间应控制在清晨日出前，以减少日照温差的影响。每次 测量都必须测量所有已经安装的主梁节段上的测点的标高变化，在测量时间较为紧张 的情况下，可只观测与本安装节段邻近的 5 个节段标高。 10 / 38 文档可自由编辑 图 3-1 主梁标高监测点布置 （5）主梁中心线及里程监测 测量目的：跟踪主梁的中心线位置，确保主梁不偏离设计轴线；进行里程监测确 保主梁纵向长度

30、不出现过大的累计误差。 主梁中心线及里程监测采用高精度全站仪进行，每拼装一个节段测量本节段的中 心线位置和里程。测点布置在每个主梁节段前后端的桥面中心，上下游各设一点，测 点必须采用明显的标志固定在主梁上。可采用主梁标高监测中布设的梁端中间测点。 3.3.3 塔、梁应力监测 结构应力是结构受力状况最直接的反应，通过在施工中实时监测结构的应力，可 以对结构的安全性有较好的把握。同时，通过对比实测值与理论值，也可以检验结构 分析是否与结构在荷载作用下的真实效应相符合。 由于本桥施工工期较长，为保证测试数据的稳定性，经比较决定应力监测全部采 用进口基康应变传感器：主塔应力监测选用基康 4200 型埋

31、入式智能弦式混凝土应变计， 主梁应力监测选用基康 4000 型表贴式智能弦式应变计，以及配套的 FWC-2000FWC-2000 型数据 自动化采集系统作为应力接收仪器，并采用手机无线数据传输方式。另外，采用 GK-GK- 403403 型振弦读数仪型振弦读数仪备用，以便在自动化采集系统临时出现故障时作为应急数据读取措施。 上述测试仪器见图 3-33-5。 11 / 38 文档可自由编辑 埋入式应变计 表贴式应变计 图 3-3 智能弦式应变计 图 3-4 FWC-2000 型数据自动化采集系统（发射端） 图 3-5 GK-403 型振弦读数仪 弦式应变计的原理为通过测量张紧固定在端块或被测元件

32、之间钢弦的频率变化来 测量钢弦的应变。钢弦的振动频率与弦的张力之间的关系为： f T ,因此： 2 1 T l f 22 4flT 12 / 38 文档可自由编辑 其中 为钢弦的长度，为单位长度钢弦的质量。又因为 l ， EA T A 所以可以得到应变与振动频率的关系为： f 2 2 4 f E l 其中为钢弦截面积，为钢弦的体积密度，为钢弦的弹性模量。 A E 振弦应变计使用前要进行率定，使用时还要进行温度修正。 为了在施工过程中实时监测梁、塔的应力状态，最大程度地降低由于传统方法测 试时间长而造成环境等因素对应力测试的影响，同时当出现不利应力状态时能及时预 警，本桥施工监测拟采用数据高速采

33、集系统。FWC-2000 型数据自动化采集系统是一种 功能强大的分布式全自动综合静态数据采集系统，由上位机（计算机） 、采集单元、系 统软件等组成，采用无线手机数据通讯模式，将手机模块、单片机控制电路、电源控 制电路设计组成一个标准的无线数据终端，并将无线数据终端嵌入无线收发仪和现场 采集单元的密封箱中，完成现场数据与监控室远程无线数据传送。由于使用移动无线 网络，所以只要有移动信号覆盖的地区均能将各地（无论距离有多远）现场采集数据 传送到控制室的数据测控中心。此系统曾在宁波招宝山大桥健康监测项目、昆山樾河 大桥的施工监控项目及健康监测项目中成功运用。 （1）主塔的应力监测主塔主要承受斜拉索传

34、来的竖向力与桥塔两边拉索水平分力 差以及由于塔本身的倾斜引起的弯矩，同时，施工中的施工荷载以及突发施工事故将 使桥塔产生较大的变形和应力，所以在施工过程中应对这些状态的应力进行监测。选 取一根塔柱的底部截面、塔柱中部截面以及塔顶部等 3 个断面作为应力监测断面，每 个断面埋设 6 个传感器，全桥两个桥塔共 36 个传感器，观测塔在施工阶段及拉索安装 过程中的应力。另外，还对塔在施工中可能承受的包括风荷载在内的其他荷载引起的 应力进行监测。 13 / 38 文档可自由编辑 图 3-6 主塔应力测点布置图 （2）主梁的应力监测 施工应力监测断面根据施工计算的控制截面确定。将主跨 8 等分，选取其中

35、 5 个 等分截面作为应力监测断面，每个断面设置 6 个传感器。全桥主梁共设 30 个传感器。 各监测断面的测点布置如图 3-6 所示。 14 / 38 文档可自由编辑 12345 12345 图 3-6 主梁应力（含温度）测点布置图 15 / 38 文档可自由编辑 3.3.4 主缆缆力监测 施工中，在主缆缆力跟随主梁的吊装及塔顶鞍座的顶推发生变化，为监测主缆中 的真实缆力，并校验主缆各索股拉力的均匀性，特对主缆缆力进行监测。 单根索股（1275.20mm 高强钢丝）容许拉力为 180.167t，因此缆力测量采用 200t 级基康 4900 型锚索测力计。如图 3-7 所示。4900 型荷载盒

36、由一个高强度、经热 处理后的优质钢制成的圆筒型承压体，沿筒四周有 4 个振弦应变传感器，加到盒上的 载荷通过应变传感器测量。不均匀及偏心负荷的影响可以通过对全部传感器的读数进 行平均而消除。 图 3-7 基康 4900 型锚索测力计 测点设置在锚碇锚室的索股锚头处。为节约设备投入，每根主缆测量 7 根索股。 一根主缆选择吉首侧锚碇处进行监测，另一根主缆选择茶洞侧锚碇处进行监测，全桥 共 14 个测点。测得七股索股的缆力后，可以根据其平均值推算全缆缆力。 3.3.5 吊索索力监测 跟踪吊索索力的变化的主要目是为主梁安装控制调整提供主要依据。每个节段钢 梁安装完成、吊索长度调整后测量所有已施工的吊

37、索索力。 索力测量采用环境激励法，环境激励主要来自桥上的施工荷载和环境风力。测试 时，利用附着在拉索上的高灵敏加速度传感器拾取拉索在环境激励下的振动信号，经 过滤波、放大和频谱分析，再根据频谱图来确定拉索的自振频率，最后根据各拉索的 实测振动频率以及有效计算长度、单位索长质量以及索端的边界条件计算拉索的拉力， 索力的计算由专用索力检测系统自动进行。 本项目采用 JMM-268 型索力动测仪作为索力监测仪器，如图 3-9 所示。 16 / 38 文档可自由编辑 图 3-9 JMM-268 型索力动测仪 3.3.6 温度场监测 在日照下,塔柱、主梁将产生弯曲，吊索也产生伸缩，将大大影响主梁拼装的线

38、型。 因此，必须测量梁、塔、索温度场对主梁的变形控制起主要参考作用。 本桥温度监测拟分 3 部分：主缆温度场观测、主塔及主梁温度场观测、吊索温度 场观测。在所有进行位移测量的工况测量温度场，以提供测量值的温度修正。 （1）主缆温度场观测 主缆纵向温度场测试点布置在单侧主缆的边跨 2 分点处和主跨 4 分点处，全桥共 9 个测试断面，每个测试断面布置四个测点，全桥共 36 个测点。主缆温度测试断面如 图 3-10 所示。测试元件采用 JMT-36C 型温度传感器，数据采集采用 JMZX-256 型自动 化综合测试系统。另外采用 JMZX-200X 型综合测试仪作为数据采集备用设备。如图 3- 1

39、13-13 所示。 图 3-10 主缆温度测试断面布置图 17 / 38 文档可自由编辑 图 3-11 JMT-36C 型温度传感器 图 3-12 JMZX-256 自动化综合测试系统 图 3-13 JMZX-200X 综合测试仪器 （2）主塔及主梁温度场观测 主塔及主梁温度场测试方法有两种： 第一种与应力测点布置同位置，采用应力传感器附带的温度测量功能测量梁体温 度；第二种采用手持红外线温度计测量没有应力传感器截面的桥面温度。两种测量数 据插值后得到主梁温度场。 本施工监控采用的一种方式，也就是结构所有应力测点布置的传感器均为记忆温 度型传感器，不需要另外布置温度测点。若在监控过程中发现测点

40、布置密度不够，可 采用第二种方式临时补测。 （3）吊索温度场观测 吊索温度场采用放置在现场的试验索段进行。由于吊索为钢丝结构，而且直径较 小，因此采用手持式红外线温度计测量吊索温度。沿吊索外周均匀布置四个测点。 3.3.7 应变测点采集仪器位置优化 在上述 3.3.3 节中确定了结构应力测点的位置及测试仪器，现在还需要确定数据 采集系统 FWC-2000 数据采集箱的位置。如果采用较少的采集箱，则应变计的导线长度 要加长；反之，采用较多的采集箱，则应变计的导线长度可以缩短。因此，应该以应 变测试数据采集系统总费用为优化目标进行采集箱数量和位置的优化。 经优化比较，全桥共设置 4 台采集箱，分别

41、布置在两个锚碇处及主梁邻近主塔部 位，如下图所示： 18 / 38 文档可自由编辑 （圆 6 6 6 6666 28 6 6 6 6 28 点表示采集箱，短粗线表示测试断面，数字表示每断面测点数量） 图 3-15 FWC-2000 数据采集箱位置 主梁或主塔各测试断面的应变计就近集结成束，一起引到集线箱。主塔应变计的 导线在主塔中穿过时须预埋专用导线管，在塔梁交界区出塔柱进入到达集线箱；主梁 应变计的导线与此类似，同一断面应变计的导线就近集结成束后到达集线器。 各测点应变计导线长度如下表所示： 断面位置 应变计 数量 每个应变计 导线长度 导线长度 小计 锚碇主缆索力测试断面28*501400

42、 塔顶64002400 中间63502100吉首岸塔柱 塔底63001800 1/86140840 2/862801680 4/864502700 5/863201920 主梁 7/8640240 塔顶63001800 中间61801080查洞岸塔柱 塔底62501500 隧道锚主缆索力测试断面28501400 总计122 / 16810 *注：每个锚索测力计含 4 个应变计，因此 7 个测点共 28 个应变计。 由上表可见，各应变计导线较长，部分甚至超过 400m。在施工过程中须采取如下 措施： 1采取可靠措施保护已布设的应变计和导线，监控单位与施工单位协商确定保护 方案，并提醒施工人员注意

43、避让； 2导线必须在施工中不断接长。项目实施过程中须结合现场情况确定接长次数和 每段接长长度； 3集线箱在施工过程中需要设置在临时位置，以便对已经布设的应变计做及时测 试。 19 / 38 文档可自由编辑 3.3.8 主缆温度测点采集仪器位置优化 在上述 3.3.6 节中确定了主缆温度测点的位置及测试仪器，现在还需要确定数据 采集系统 JMZX-256 数据采集箱的位置。 如果采用较少的采集箱，则温度传感器的导线长度要加长；反之，采用较多的采 集箱，则温度传感器的导线长度可以缩短。因此，应该以温度测试数据采集系统总费 用为优化目标进行采集箱数量和位置的优化。 按照实际情况，主缆温度传感器数据采

44、集箱设置在主缆检修道上。 全桥共设置 2 台采集箱，分别布置在两个主塔塔顶，如下图所示： （ 4 4 4 4 4 4 4 4 4 圆点表示采集箱，表示测试断面，数字表示每断面测点数量） 图 3-16 JMZX-256 数据采集箱位置 各温度传感器导线长度如下表所示： 断面 位置 传感器 数量 每个传感器 导线长度 导线长度 小计 吉首岸锚碇43401360 吉首岸边跨中点4180720 吉首岸塔顶42080 主跨 1/443201280 主跨 2/446002400 主跨 3/443201280 查洞岸塔顶 4 2080 查洞岸边跨中点 4 180720 查洞岸锚 4 3401360 总计36

45、 / 9280 由上表可见，各温度传感器导线较长，部分甚至达到 600m。在施工过程中须采取 20 / 38 文档可自由编辑 如下措施： 1采取可靠措施保护已布设的传感器和导线，监控单位与施工单位协商确定保护 方案，并提醒施工人员注意避让； 2导线必须在施工中接长。项目实施过程中须结合现场情况确定接长次数和每段 接长长度； 3采集箱在施工过程中，特别是在主缆架设阶段，主梁尚未就位时，需要设置在 临时位置，以便对已经布设的传感器做及时测试。 4.施工程序及异常情况的施工程序及异常情况的对对策策 4.1 施工程序施工程序 矮寨特大悬索桥的施工程序可以简单归纳为以下步骤： 锚碇、隧道锚及主塔施工；

46、吊装主索鞍及散索鞍； 架设牵引索、猫道，架设主缆； 安装索夹、吊索； 拼装钢桁梁，分阶段顶推塔顶主索鞍； 附属设施施工，主缆防护，拆除猫道。 4.2 施工施工监监控基本工作流程控基本工作流程 与其他桥型不同，悬索桥施工过程中对结构内力和主缆线形的调控手段比较有限， 因此成桥状态的好坏很大程度上取决于前期计算的精度。一般情况下，在制作及拼装 精度得到保证的情况下，悬索桥的内力要求容易得到满足。主梁弯矩控制截面可选为 各施工节段的典型截面（受吊索锚固点局部应力影响较小处） ，塔的控制截面可选择塔 底、截面变化处以及塔顶等少数控制位置。缆索线形施工的精度控制重点在于对在第 一根主缆标准索股的控制。该

47、索股第一次安装后，连续观测其线形变化，对观测数据 采用灰色理论预测其发展变化，预测出以后时段第一根标准索股的线形，把它与设计 理论状态进行比较后，对其线形进行适当调整。这一过程反复进行多次，直到第一根 标准索股的线形达到设计理想状态。 21 / 38 文档可自由编辑 前期计算 比较理论状态 观测线形安装 预测索股以后线形 灰色理论 调整线形 图 4-1 第一根标准索股安装流程图 标准索股定位后，主缆线形的调整局限为主索鞍位置的微调，但也仅能在满足结 构受力要求的前提下通过调整得到尽可能好的线形精度；而主梁线形的调整，须通过 调整吊索的长度来实现。 在采用精确计算理论进行分析的前提下，控制的精度主要取决于计算中采用的参 数与其真实值的差别。施工过程中，出现实测结构响应与计算不相符的异常情况时， 调控手段仅局限于未加工构件无应力尺寸的调整和索鞍位置的微调。要得到比较准确 的控制调整措施，必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型及参数取值， 以使计算模型在