昆明機場北高速獨家節特大橋T型巨型雙幅同步轉體梁監控方案研究

杜亞凱

(中鐵建大橋工程局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 引 言

我國大規模的基礎設施建設仍將持續一段時間，在橋梁方面，轉體施工技術是處理大跨徑橋的主要措施。隨著轉體橋梁在大噸位、大跨度的方向上不斷發展，在施工過程中，要做好施工監控工作，保障橋梁建設過程中的安全性。施工監控是為了保證施工過程能安全、無誤的進行，利用監控儀器和方法對相關數據進行測量和計算等[1]。該施工監控方案以云南滇中新區機場北高速公路獨家節特大橋上跨滬昆鐵路及新320國道轉體T梁為背景，主要包括施工監測組織機構的組成、對T梁轉體結構應力應變等進行監測和控制以及可能遇到的特殊和緊急情況及應對措施[2]。

2 工程概況

昆明機場北高速公路獨家節特大橋上跨滬昆鐵路工程及新320國道，分線設置，左右幅設計橋梁寬度為20.25 m，凈間距0.5 m。該轉體T梁為雙幅同時逆時針旋轉，左幅轉體90°，右幅轉體93.1°，轉體梁長141 m，單幅梁重12 000 t，箱梁是單箱三室斜腹板結構，箱梁的頂板寬度為20.25 m，底板寬由墩頂10.45 m漸變至13.06 m，箱梁頂面縱坡為2.69%，底板橫坡為2%。T梁分為三個節段，分別長11 m、65 m和4.5 m，采用樁基、承臺、鋼管柱、貝雷梁、盤扣支架體系現澆施工。該工程施工區域為金馬村站至小哨站區間，滬昆鐵路為國家Ⅰ級雙線電氣化鐵路，公鐵交叉段鐵路為路基(路堤)工程，平面位于曲線上。交叉段鐵路軌面高程為2 024.6～2 024.8 m，公路橋左線下方有一鐵路接觸網桿，編號025，桿頂高程2 032.788 m。

3 施工監測組織機構

為切實做好該項目的施工監控任務，在全面分析和研究項目的特點后，項目部設立技術顧問、技術負責人、項目負責人各一名，下設2個部門和3個組，分別為設備與物資部、質量管理與服務部、應力監測組、變形監測組、內業分析組[3]。施工監測組織機構框圖如圖1所示。

圖1 組織機構框圖

4 雙幅T梁轉體施工監測方案研究

4.1 項目特點及施工難點

該轉體項目最大的特點是上跨鐵路，T構連續梁先沿順鐵路方向滿堂支架澆筑43 m后轉體跨越鐵路。T構平面轉體施工精度高，維持轉體過程中的T構梁平衡是該工程的質量監控重點和難點。該工程采用平面轉體法施工，對轉體支座板的制造和安裝精度要求高，必須保證整個轉體結構的重心與轉體支座板中心位于同一豎直線上；精準控制實施轉體的旋轉角度，確保一次性轉體就位并與橋梁主線中心線相重合。該施工轉體T構懸臂長70.5 m，若轉體支座板在豎向平面內發生微小轉動，主梁懸臂端則會產生一定的豎向位移，并且結構自身存在2%橫坡和2.69%的縱坡，這種情況下，轉體之前需要對轉體系統進行不平衡力矩測試，為順利轉體及后續合龍段施工提供科學依據。由于該橋懸臂長度較長，故應嚴格控制轉體的同步性。

4.2 項目監控內容

施工監控的主要工作內容為結構應力控制、應變控制、穩定性控制以及安全控制等[4]。施工過程中施工誤差控制數據見表1。

(1)結構變形控制。

機場北高速公路跨滬昆鐵路(公)路專用段橋梁主梁施工采用全支撐現澆法。眾所周知，臨時墩、貝雷架縱橫梁和支架在施工過程中經常會產生變形，結構變形受多種因素的影響。臨時橋墩、貝雷架縱橫梁和支架的變形，容易使結構在施工中的實際位置偏離預期狀態，從而導致成橋線形與設計要求不符。有鑒于此，施工過程中必須控制臨時墩、貝雷架縱橫梁、支架以及結構的變形。施工控制的結果主要由誤差是否超過允許值來判斷，最終結果的誤差容限與橋梁的規模、跨度大小、技術難度有關，并根據實際情況確定。同時，只有事先確定各工序幾何控制誤差的允許范圍，才能實現幾何控制的要求。

表1 控制數據

(2)結構應力控制。

確定支架在施工過程中以及工程結束后的應力狀態是否滿足要求，是施工控制中的一項很重要的問題。通過對結構應力的監測，了解結構的實際應力狀態，如果發現實際應力狀態與理論計算應力狀態兩者偏差過大，應該找出原因然后立刻調整，使其處于安全可控的允許范圍內。結構應力控制的好壞不像變形控制那樣容易找到。如果應力控制不夠，會對結構造成危害，甚至使結構產生嚴重的破壞。總體來說，結構應力控制比變形控制更加重要，所以一定要嚴格做好結構應力的控制。

(3)穩定控制。

如今，隨著橋梁結構跨度不斷增大，橋梁的穩定性問題顯得非常重要。目前并沒有特別精準的監測方法，只能通過一系列穩定性分析計算對其進行控制[5]。

為保證轉體過程平穩且安全，應該在轉體過程中對其速度進行控制，轉體過程中具體控制指標為：①轉體角速度w≤0.02 rad/min；②主梁端部水平線速度v≤0.9 m/min；③到位后主梁軸線偏差≤±10 mm。轉體施工過程中，檢測員應該集中注意力，對監測數據做好記錄，一旦監測到結構的位移或者應力出現異常，應該立即進行排查，盡快找到原因，之后采取相應補救措施。橋梁的穩定安全系數是衡量結構安全的重要指標，對此，利用結構仿真軟件結合類似橋梁支架施工的經驗數據，分析支架的穩定安全系數，進而確定橋梁的穩定安全系數。

(4)安全控制。

隨著中國的高速發展，橋梁也在全國各地建設起來，其中不乏一些技術要求高，規模宏大的工程。但是，質量問題和安全事故的不斷出現，讓人們越來越關注橋梁的安全問題[6]。要保橋梁的安全，首先要做好前期工作，對相關施工人員做好安全知識培訓，使施工人員充分意識到安全的重要性，提高施工人員的安全意識。在施工過程中，要時刻監測橋梁各項數據，確保數據在安全范圍之內，如監測到結構應力、應變發生異常，應立即采取相應補救措施。

5 轉體組織機構

組織機構是組織的全體成員為實現組織目標，在管理工作中進行分工協作，在職務范圍、責任、權利方面所形成的結構體系。轉體施工過程中人員組織機構如圖2所示。

在轉體過程中，項目負責人負責各單位之間的協調，統一調度安排各小組之間的工作。技術負責人負責轉體過程各項控制數據的確定，及時解決在轉體過程中遇到的各種問題。技術顧問提供必要的技術支持。在轉體過程中將檢測人員分為標高測試組、應力測試組、轉動速度監測組、風力測試組和預備協調組5個小組。各小組的職責如下。

標高測量組：測量橋面標高，若測量數據超出預警值及時報給預備協調組。

應力協調組：監測轉體支座下混凝土和撐腳的應力，若測量數據超出預警值及時報給預備協調組。

風力測試組：監測轉體時的風力，當風力大于預警值時及時通知預備協調組。

轉動速度監測組：與施工單位的人員共同監測轉盤轉動速度，當速度大于預警值時應及時向預備協調組匯報。

預備協調組：協調現場各家單位的共同協作，收集各小組的上報數據，并隨時觀察現場的安全情況。

圖2 轉體組織機構

6 可能遇到的特殊和緊急情況及應對措施

6.1 轉體前T構兩端重量不平衡

由于該橋本身就是偏心結構，而轉動軸心又未設置在重心位置。因此，不可避免存在縱、橫向偏心。如果轉體前T構兩端重量出現嚴重不平衡，可能導致結構重心發生較大偏移而超出臨界范圍、甚至中心定位軸被剪壞、外環支撐柱混凝土局部受壓破壞等現象。因此，對于縱向重心偏移，可根據稱重試驗的結果，經理論推算后，在轉動前制定精確嚴格的配載方案，現場加重物(例如沙袋、鋼筋等)調整T構兩端的重量，使結構重心盡量和轉軸中心重合。

6.2 結構應力應變異常

如監測到結構應力、應變發生異常，監控系統發出警報后，立即檢查異常部位的構件是否因材質、制作及安裝質量、設計缺陷等原因產生異常。同時確認監測結果是否可靠，找出原因后，立即采取相應補救措施[7]。

6.3 轉體施工時突遇極端天氣

在轉體施工時若突遇極端天氣，橋梁的穩定性監控方法與報警值應適當考慮，呈貢地區3、4月份，大風天氣較多。該T構的轉體預計在2016年的11月進行，遇到大風天氣可能性較小，但在遇到大風時，建議施工方做好以下幾點。

(1)對固定設施以及建筑主體結構做好防風措施。

(2)提前與當地氣象臺的聯系，獲得轉體時天氣情況，提前做好應對措施。

(3)在遇到大風時，應及時停止轉體施工，并對T構梁采取一定的保護措施。待風停后，再重新進行轉體。

7 結 語

該機場北高速公路獨家節特大橋上跨滬昆鐵路及新320國道工程施工難度大、操作過程復雜且技術含量很高。在橋梁轉體過程中，通過監測儀器對應力應變等數據進行實時監測，確保橋梁不出現位移偏差和安全穩定性問題，并且提出一些應對緊急情況的安全保證措施，確保預定的施工工程得以順利實施。該工程監控方案的實施，為昆明機場北高速公路項目按期建成通車提供了堅實的保障，使得橋梁能安全、順利的建成。