高速公路上跨高速鐵路橋梁安全監控方案解析

某工程高速公路橋梁施工安全監控方案

大跨連續剛構橋施工過程較為復雜，利用對橋梁施工全過程的跟蹤監控，對控制參數進行實時調整，以確保施工中結構受力安全可靠、成橋狀態結構線形平順、受力合理符合設計及相關規范要求，使施工過程處于控制之中，結構最大限度地接近理想狀態。本文以廣東地區某高速公路為例，介紹橋梁施工的安全監控方案的編制方法，對施工安全監控方案的工作計劃、目標內容進行闡述，詳細說明項目的監控方法及監控流程。

某特大橋主橋轉體連續梁位于廣東省英德市英紅鎮，轉體半徑為75m，單幅轉體重量為13000t，于鐵路里程K2139+803.989處上跨京廣高速鐵路（對應公路里程為K217+757.682），橋面寬度31.7m，采用墩梁固結的形式，主橋上部為（90+90）m 全預應力混凝土變截面連續箱梁，實現了分幅預應力鋼筋混凝土T構同步轉體，該轉體橋在廣東省乃至全國都是首例雙幅高速公路同步轉體跨越雙幅高速鐵路的轉體橋。

某特大橋上部結構采用懸灌澆筑的方法施工，在進行施工的過程之中，橋梁結構及荷載狀態始終處于不斷變化的狀態中，同時結構內力及變形也會伴隨著出現變化。在這種情況下，就必須要對施工的每一個階段都開展詳盡的分析及實測驗證，同時還需要通過合適的方法有效控制結構變形和應力，以此來確保設計的施工過程或者是通過適當調整后的施工過程可以準確實現。

為保證橋梁的施工質量，達到橋梁監控的目的，在施工時，橋梁監控的主要內容包括以下方面：根據施工方案，合理選擇計算參數，施工全過程的仿真分析，并與設計單位核對，對各階段的施工監控參數進行預測；用反饋信息修正計算，為調整施工過程出現的偏差提供依據；主墩垂直度監測、基礎沉降監測及既有橋梁墩頂位移監測；主梁線形監控；主梁控制截面應力監測；某特大橋主橋轉體過程中梁端標高、水平位移等進行實時監測，并對實測數據進行計算分析，當監測數據異常時，及時預警。

圖1 某特大橋跨型布置大樣圖

施工監控方法

施工階段的仿真分析計算

根據設計資料結合施工方案建立力學分析模型進行模擬計算分析，科學預測、指導施工行為，通過對成型結構的實時監測，對比理論計算分析結果，判斷成型結構的工作狀態，預測下一施工階段的理想狀態，對結構的發展軌跡進行控制。

擬采用有限元分析計算軟件Midas Civil 2015進行。Midas Civil對橋梁施工階段的模型計算分析及模型優化分析，以滿足本項目需要。

監控計算的主要內容

進行設計復核，確定監控目標狀態參數：成橋主梁線形、關鍵截面應力等；上部結構理想施工全過程的仿真分析，計算各施工階段結構變形、應力等，確定各施工階段主梁標高；進行設計參數或誤差敏感性分析，確定主要施工誤差因素。

設計復核、確定監控目標參數

設計復核。結構設計是橋梁質量的根本，也是監控方實施施工監控的基礎，要求對設計施工圖進行驗算，分析橋梁結構設計是否合理且滿足規范要求。

橋梁設計主要參數均依據相關規范取用，在實際橋梁施工過程中，很多參數如施工荷載的施加、臨時荷載的大小及分布、偶然荷載的出現、混凝土彈性模量、實際環境(溫度、濕度、風荷載等)、實際施工進度等由于各種原因都與設計存在差異，為確認結構設計滿足施工要求，監控工作開展初期在施工現場進行相關試驗或實地數據采集，結合施工方的施工組織方案，對結構設計進行復算，確保結構設計滿足施工要求，各項指標滿足規范要求，同時可以驗證施工方案的可行性，并可以根據施工監控經驗，對施工和設計提出合理的修改建議。

確定監控目標參數。模擬計算分析的另一個任務是確定合理的結構施工監控目標參數，主要包括成橋主梁目標線形狀態、支座反力、結構受力分布情況等，作為施工監控倒拆分析的目標參數。

穩定分析。穩定分析的內容應包括：橋墩自體穩定性分析，可考慮按僅有自重荷載及自重與風荷載共同作用下的穩定性；最大懸臂狀態穩定性分析。

確定主梁合龍、體系轉換等方案。主梁的合龍、結構體系轉換施工步驟是本橋施工的關鍵環節，對結構的最終成型質量有非常重要的影響，也是施工監控重點關注的施工環節，監控方將在實際橋梁監控過程中根據橋梁的實際情況，結合橋梁實時的應力、線型（標高）、溫度監測數據，通過分析計算，為施工方主梁合龍段施工、體系轉換等提供專項方案，保障橋梁施工目標的順利實現。

施工監測試驗測量項目

托架、掛籃荷載試驗。托架、掛籃作為本橋施工過程中主要的輔助設施，其在施工過程中的可靠性、變形對結構施工安全、質量有非常重要的影響，在上部結構節段施工前必須對托架、掛籃進行荷載試驗，本項試驗的主要目的是檢驗托架、掛籃的承載能力，驗證托架、掛籃施工的可靠性，并通過試驗消除托架、掛籃的非彈性變形、實測各部位的彈性變形，為箱梁立模高程提供依據。試驗由施工方進行，監控方根據施工監控經驗做技術指導。

混凝土彈性模量試驗。在澆筑主墩及梁段施工現場各制作三個15cm、15cm、30cm的同標號混凝土試件(與實際狀況同條件養護)，按照規范《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005)要求進行現場彈模試驗。并根據不同齡期的實測混凝土彈性模量繪制出混凝土齡期為3天、7天、14天、28天、90天混凝土的彈性模量Eh的變化曲線。

主墩施工監控監測。主墩基礎沉降監測：本項目主橋為連續剛構體系，基礎的沉降變形對結構施工期間的穩定性影響很大，通過對橋墩承臺進行沉降觀測，確定其在施工過程中隨加載所產生的沉降及不均勻沉降過程，并通過觀測結果可以分析不均勻沉降對結構穩定性的影響，確保施工過程的安全。

墩頂位移監測：在各主墩承臺的4個角點位置各布設一個永久性觀測點，每個墩頂各設4個永久沉降觀測點，測點位置選在墩邊角便于觀測的可靠位置處。測點須用短鋼筋預埋設置并用紅漆標明編號。

主梁監控。主梁線形監控：施工線形控制的目標一是保證主梁高精度合龍，二是使成橋線形平順、美觀，符合設計要求。另外成橋的線形與結構內力也有密切的關系，通過施工線形監控，使結構成橋線形順暢，結構受力合理。

主梁應力監測方案：測點設置，各橋主梁應力監測擬在測試斷面布設內埋式鋼弦應變計，采用自動數據采集設備進行實時監控量測。英紅特大橋單幅主梁設置6個監測截面，全橋共設置12個主梁應力監測截面，單截面設置應力測點4個，英紅特大橋主梁共設置應力測點48個，配套自動數據采集設備6套。