高速鐵路預應力連續箱梁橋施工過程監測技術研究

摘要：介紹了高速鐵路特大橋某橋段工程概況及其氣候條件，采用橋梁結構分析及設計軟件給該橋段建立了連續箱梁橋結構模型，詳細闡述了連續箱梁施工過程線形高程和應力狀態監測技術。按照該監測技術對橋段施工過程進行了連續箱梁線形高程和應力狀態監測，能夠真實反映橋梁結構的線形狀態和應力變化，實現了極高的監測數據控制，在實際應用中具有準確性和可行性，為施工控制和后期維護提供了可靠依據，為施工安全和質量控制提供了有力保障。

關鍵詞：高速鐵路；預應力連續箱梁橋；施工過程監測；線形高程；應力狀態

0" "引言

預應力混凝土連續箱梁橋因其受力均衡、結構穩定、抗風抗震能力強等特點，在高速鐵路橋梁工程中得到了廣泛應用。然而在施工過程中，由于施工工藝復雜、混凝土澆筑和預應力施工等關鍵環節嚴格把控的需求，施工監測顯得尤為重要。

黃瑋[1]利用有限元軟件建立計算模型，并通過實測數據與模型對比，為施工控制提供理論依據，確保橋梁結構安全，提高施工控制準確性。彭劍[2]等人通過數值模擬方法探討了龍鳳大橋臨時鋼棧橋的設計與結構特點，實時監測了鋼棧橋的水平位移和沉降情況，保障了橋梁施工的安全和穩定，為臨時鋼棧橋的施工提供了可靠的理論支持。高福忠[3]運用MEC-BP神經網絡模型對橋梁施工撓度進行高精度預測與監測，有效提升了施工控制的準確性和效率。本文結合現有研究成果和施工標準，對某高速鐵路特大橋某橋段的施工過程進行監測。

1" "工程概況及其氣候條件

1.1" "工程概況

某高速鐵路特大橋某橋段起訖點里程為DK073+319.872

～DK073+529.472，全梁長209.6（包含梁端到邊支座中心尺寸），橋跨組合為48m+2×80m+48m，墩號為14#～18#，梁體結構為變截面、變高度，橋面寬度為12.6m，主梁中支點高度為6.02m，主梁端支座高度為3.02m。

箱梁頂板寬度為12.60m，箱梁底板寬度為6.70m，箱梁頂板厚度為38.5cm，腹板厚度范圍為48～90cm，箱梁底板厚度范圍為45～80cm。箱梁的0號梁塊長度為9.0m，中跨/邊跨合龍段長度為2.0m，一般塊段長度分別為3.0m、3.25m、3.5m、4.25m、4.0m。邊跨現澆段長度為7.75m，懸澆段最長塊長度為4.25m，最重塊的質量和長度分別為153.5t、4.25m。該橋段采取懸灌法施工，混凝土等級為C50。縱向預應力筋材質為15.20mm高強度鋼絞線，抗拉強度為1860MPa。

1.2" "氣候條件

橋址所在地為北暖溫帶亞濕潤型氣候，具有冬季寒冷，夏季炎熱，溫差懸殊，四季明顯的特征。春季干旱多風，升溫急劇；夏季濕熱多雨；秋季氣溫驟降，短暫多風；冬季雨雪稀少，干冷漫長。根據氣象資料，年平均氣溫13～15.2℃，極端最高氣溫39.1～42.9℃，極端最低氣溫-20.6～-15.2℃，最冷月平均-3.2～-0.3℃，年平均降雨量為492.5～573.4mm，年平均蒸發量為1411.6～1816.9mm，土壤最大凍結深度29～45cm。

2" "建立連續箱梁橋結構模型

采用 MidasCivil2021（橋梁領域通用結構分析及設計軟件）對該橋段進行了精細化數值模擬。考慮到該橋段使用的是一種可變截面的梁單元，為了簡化計算，將其轉換成了平面[4]。在建模時，采用正壓解析方法，對節點的位置進行科學分區，以支座、懸臂澆筑和合攏段的分界點為重點，其余按單元長（1m左右）劃分。通過細致的梁單元劃分，確保模型的精確度和計算效率。該連續箱梁模型共包含226個單元和237個節點，為后續結構分析和施工控制提供堅實的數據基礎。連續箱梁橋結構模型如圖1所示。

3" "預應力連續箱梁橋施工過程監測技術

3.1" "連續箱梁線形高程監測技術

3.1.1" "測點布置

對測點的配置進行了合理規劃，其中0號測點與梁體節段測點的配置是關鍵部位。基于0號梁塊的設計高度進行澆筑測試。為了滿足線形控制的需求，梁體的標高測量點普遍沿頂板中心線及兩側對稱分布，這樣既能有效監測箱梁的撓度變化，又能準確評估其變形狀況。

在設置測點時，需遵循以下原則：一是應以測量需求為導向進行設計，避免造成測量障礙；二是與梁構件末端保持適當距離，通常為10cm，以免妨礙正常施工；三是根據防護需求進行設計，為保護測點創造便利條件；四是為減少經緯儀轉動產生的誤差，應盡量將測點設置在吊籃框架內[5]。連續箱梁高程測點布置示意如圖2所示，連續箱梁全斷面應力測點布置示意如圖3所示。

測量儀器選用徠卡TS15型全站儀，這款儀器憑借其卓越的測定精度（高達1″）成為高程測量的理想選擇。該型全站儀的高精度特性確保了測量結果的準確性和可靠性，為施工過程的精準控制提供了堅實基礎。

3.1.2" "觀測時間和觀測項目

為了滿足觀測需求，依據該橋段的實際情況，對具體的觀測時間和觀測項目進行了周密規劃。考慮到氣溫變化對測量結果的影響，傾向于在早晨進行觀測，此時氣溫較低，有利于減少熱效應帶來的誤差。同時科學合理地設計各施工階段的觀測時機，特別是在吊裝等關鍵環節，安排更為細致的觀測計劃[6]。

通過將觀測結果緊密融入施工控制流程，能夠及時發現并識別施工過程中的潛在問題與不合理之處。一旦發現異常，立即通過有效的溝通機制進行反饋，并迅速調整施工方案，從而確保施工過程的順利進行，避免對后續施工造成任何不利影響[7]。這種觀測與施工控制的緊密結合，不僅提升了施工效率，還進一步保障了工程質量。

3.1.3" "確定立模標高

需對各施工階段及橋梁建成后的變形進行計算，此過程需輸入必要的設計參數。基于橋梁最終狀態的理想條件，確定各分段的預設抬高值，從而推算出各階段的預計標高。待澆筑段立模標高的計算公式如下：

Hi=H0+HS+Vgl" " " " " " " "（1）

式中：Hi為第i段待澆筑段立模標高，H0為第i段待澆筑段設計標高，HS為第i段待澆筑段施工預拋高值，Vgl為掛籃變形量。通過上述公式計算，確定各澆筑段立模標高。

3.2" "連續箱梁應力狀態監測技術

3.2.1" "測點布置

在連續箱梁的施工進程中，對應力狀態的監測與控制是保障工程安全及評估其受力狀態的核心環節。隨著工程的逐步深入，結構受力狀態持續變化，僅憑肉眼觀察難以準確評估其受力情況[8]。因此，在主梁的關鍵控制區域增設應力監測傳感器，成為解決這一問題的有效手段。

通過收集并分析測量數據，可以詳細了解每一節段主梁的應力分布特征，并將其與預計值進行對比評估。當出現異常應力狀態時，要及時對其進行深入的分析，并及時采取對策，達到各種結構及參數的合理性，保證整個工程的穩定和安全。本研究聚焦于懸臂根部，旨在觀測掛籃施工期間主梁的應力特性。箱梁截面測點布置示意如圖4所示。

3.2.2" "監測周期

應力數據的采集與處理需與施工進度緊密同步，要科學規劃數據采集的時機和對應的施工階段。為削弱溫度效應，數據采集應安排在早晨進行。施工監測的實施階段須精心選擇監測點，經綜合分析，關鍵監測點包括混凝土澆筑前夕、掛籃移動之前、邊跨合龍之前以及中跨合龍之后等重要時段。在應力計算上，假設應力數據隨時間變化的函數為σ（t），其中t表示時間。連續箱梁在施工階段應力變化的計算公式如下：

?σi=σ（t?）-σ（ti）" " " " " " " （2）

式中：?σi為該施工階段內的應力變化量，t?為該施工階段結束的時間，ti為該施工階段開始的時間。通過對多個施工階段的應力變化進行累積分析，可以全面評估整個施工過程中的應力特征及其變化趨勢，實現監測目的。

4" "施工監測結果分析

4.1" "連續箱梁線形高程監測結果與分析

4.1.1" "線形高程監測結果

該橋段連續箱梁的施工完成后，參照圖1所示的結構模型，對施工過程各個節段的預計高程值與本文所述監測方法監測出的高程值進行對比。連續箱梁線形高程監測結果如表1所示。

4.1.2" "線形高程監測結果分析

由表1可知，在施工階段完成后，里程樁號為DK073+

328.92的塊段，按照本文所述監測方法監測的頂板高程為17.45m，與理論預計值17.43m相比，偏差僅為+2mm，體現了極高的精度。其他多個監測點的數據也均顯示出較小的偏差，平均偏差控制在了±3mm以內。這些數據充分證明了本文所述監測方法能夠真實反映橋梁結構的線形狀態，在實際應用中具有準確性，為施工控制和后期維護提供了可靠依據。

4.2" "連續箱梁應力監測結果與分析

4.2.1" "應力監測結果

該橋段連續箱梁在施工過程中，對箱梁各個施工階段不同部位的預計應力值與本文所述監測方法監測出的應力值進行了對比。連續箱梁應力監測結果如表2所示。

4.2.2" "應力監測結果分析

由表2可知，在應力監測方面，本文所述監測方法同樣表現出色。以G施工階段為例，頂板應力實測值為5.05MPa，與預計值5.01MPa相比，偏差僅為+0.04MPa；腹板應力實測值為4.59MPa，與預計值4.62MPa相比，偏差僅為-0.03MPa；底板應力實測值為5.46MPa，與預計值5.49MPa相比，偏差僅為-0.03MPa。此種微小的偏差不僅驗證了監測方法的可靠性，還表明該方法能夠精確捕捉橋梁結構在施工過程中的應力變化，為施工安全和質量控制提供了有力保障。

5" "結束語

為了保障高速鐵路預應力混凝土連續箱梁橋的施工質量和施工安全，本文闡述了高速鐵路預應力混凝土連續箱梁橋的施工過程中進行線形監測和應力監測技術。施工監測結果表明，通過科學的監測方案和嚴謹的數據分析，能夠及時發現施工過程中的問題，為施工調整和優化提供有力依據，從而確保高速鐵路預應力混凝土連續箱梁橋的施工質量和施工安全。本研究為同類橋梁的施工監測提供了有益參考和借鑒。

參考文獻

[1]" 黃瑋.預應力混凝土連續箱梁橋主橋施工監測控制研究[J].交通世界，2024（26）：146-148.

[2]" 彭劍，邵壯.大跨度橋梁臨時鋼棧橋施工模擬與監測分析[J].中國新技術新產品，2024（14）：104-106.

[3]" 高福忠.基于MEC-BP神經網絡的臧灣東河特大橋施工撓度監測研究[J].市政技術，2024，42（6）：135-141.

[4]" 王耀軍，寧文偉，涂金平.鋼-混凝土組合梁橋施工階段動力特性監測與研究[J].公路，2024，69（4）：188-192.

[5]" 劉海，程金平.掛籃懸澆連續箱梁橋上跨既有高鐵隧道施工及監測關鍵技術[J].建筑機械，2024（4）：94-101.

[6]" 康斌，鄭玉國，黃俊翔.BIM與Midas結合的大跨連續箱梁橋施工監測結果分析[J].湖南工程學院學報（自然科學版），2023，33（1）：79-83.

[7]" 張浩.掛籃懸臂澆筑連續剛構橋施工監測監控技術闡述與探究[J].居業，2023（3）：40-42.

[8]""""" 王建新，常學森，曾振華.基于塔、梁、索溫度監測的斜拉橋施工過程溫度效應分析[J].廣東土木與建筑，2022，29（7）：69-72+77.