京沪高铁大跨度连续梁施工线性监控技术

王俊青

摘要：中国经过10多年的高速铁路建设和对既有铁路的高速化改造，目前已经拥有全世界最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。截止2013年9月，中国高铁总里程达到10463公里，位居世界第一，在这些高铁线路上分布着大量的大跨度连续梁，本文将结合具体工程，通过对京沪高铁大跨度连续梁施工线性监控技术的探讨，得出一些总结意义。

关键词：京沪高铁；大跨度连续梁；线性监控

中图分类号：TU74文献标识码： A

1 工程概况

新建铁路北京至上海高速铁路京杭运河特大桥位于江苏省镇江市内，其中跨338国道采用三跨预应力混凝土连续梁结构，与338国道斜交，交角31度，交点里程为DK1090+450。连续梁上部结构为（60+100+60）m三跨预应力混凝土连续梁，全长221.5m。主梁截面采用单箱单室、直腹板、变高度、变截面，中支点梁高7.85m，跨中10m直线段及边跨15.75m直线段梁高为4.85m，底板40-120cm，梁底下缘按二次抛物线变化，箱梁顶宽12.0m，底宽6.7m，顶板厚40-50cm、50-60cm，按折线变化，腹板60-80cm、80-100cm，按折线变化，边支座中心线至梁端0.75m，箱梁采用C50高性能混凝土。桥墩采用矩形实体式桥墩，C35高性能混凝土，墩高5.5m -8.5m。

2 施工方法

连续梁采取支架分段现浇施工方案。现浇施工总体分为9个节段，其中0号段（A0）长29.5m，主跨剩余分3段，2个合拢段分别3m（A1）和1个现浇段64.5m（A2），边跨剩余分2段，1个现浇段3m（B1）和1个合拢段43m（B2）。

3 线形监控的必要性

通过对关键部位和重要工序的严格监测和控制，准确给定和及时调整梁端立模标高和中线位置，优化施工方案和施工工艺，简化施工流程，确保合拢精度，消除可能对结构安全和施工安全产生影响的不利因素，使成桥后的结构线形满足设计要求。

大跨度桥梁施工控制的主要目的是使施工实际状态最大限度的与理想设计状态（线形与内力）相吻合。但由于各种因素的直接和间接影响，使实际桥梁在施工过程中的每一状态几乎不可能与设计状态完全一致。结构参数、施工工艺、结构分析模型和环境影响是造成实际状态与设计状态不一致的主要因素。

4线形监控的工作内容

结合本桥支架法施工方案，线型监控的主要内容是施工过程的仿真计算、立模标高的确定与调整、挠度复核等三个方面。根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段模拟计算 ，确定出每个节段的挠度进而确定立模标高，并在施工过程中根据施工监测的结果对所产生的误差进行分析、预测和调整，同时，保证结构内力状态符合设计要求。

4.1 施工过程的仿真计算

4.1.1有限元计算

采用MIDAS Civil 2006软件对主跨连续梁段进行平面有限单元法近似计算，施工过程的仿真计算是根据设计参数（如混凝土容重、强度和弹性模量等）、使用的施工工艺等数据，来计算施工过程中各个施工阶段的结构挠度和内力，为挠度控制提供理论计算值。因此，它是确定立模标高、分析偏差原因的主要依据，是保证合拢精度的基础。

4.1.2参数识别与误差分析

采用最小二乘法进行参数识别和误差分析。当结构测量到的状态与模型计算不相符时，调整计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量的结果一致。得到了修正的计算模型后重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复识别后，计算模型基本上与实际结构一致，在此基础上可以对施工状态进行控制。

经参数修正的计算模型与已施工完的阶段状态一致，但在下一阶段，预测值与实测值不一定相符，所以每一个施工阶段均进行参数识别与误差分析，防止误差偏大。

对于标高测量结果存在的误差，使用最小二乘法拟合成平滑曲线，将曲线上的数据作为结构测量状态参数识别和误差分析。

4.2 立模标高的确定、复核

大跨度连续梁的成桥线形和合拢精度主要取决于施工过程中梁段挠度的控制。梁段的前端挠度是考虑了支架变形、梁段自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土徐变收缩、日照和季节温差等因素后计算求得，并且以梁段前端立模标高的形式给定，因此，立模标高的确定极为重要。

线性监控最直接和最有效的方法是根据实测值对理论计算值进行修正后确定各箱梁节段的立模标高。各种误差引起主梁标高的变化，都可以通过调整立模标高予以修正，从而使主梁合拢后的成桥线形尽可能与设计线形吻合。

⑴箱梁立模标高的理论计算公式为：

式中，—为第 n施工阶段第节点的立模标高理论值；

—为第节点的成桥桥面设计标高；

—是指恒载和1/2静活载作用在成桥结构上产生的竖向静力挠度；

—为利用 Midas软件计算得到的第节点的预拱度；

—为支架在节点处的压缩变形。

⑵由于材料特性、荷载偏差、温度变化、混凝土收缩徐变以及预应力筋松弛等因素，实际情况与理论计算有一定差异，因此需要对理论立模标高进行不断修正。箱梁实际立模标高为：

式中，—为第 n施工阶段第节点实际立模标高；

— 为根据挠度观测结果和悬臂变形的趋势而确定的挠度调整值，其他参数同上。

⑶预拱度的计算

本桥主桥的总体静力计算采用空间杆系有限元软件MIDAS进行计算，计算过程模拟了连续梁桥分节段支架现浇施工的整个过程，其中包括预应力的张拉、支架搭设和拆除、浇注梁段混凝土湿重的施加、悬臂阶段临时固结、梁段合拢以及支座变换等过程，同时考虑了混凝土收缩徐变的影响。

⑷支架系统变形确定

支架现浇施工的支架为钢结构，在砼浇筑后会产生变形，造成箱梁下挠，具体取值根据支架变形计算和预压荷载后支架变形取值，其在线形计算分析和箱梁立模标高预报中不可忽视。变形主要包括支架的弹性变形和非弹性变形、地基沉降的弹性变形和非弹性变形，其中非弹性变形相对难以控制，通过经验取值和预压荷载减少非弹性变形的影响。

4.3 高程（挠度）监测与复核

施工控制的目标之一使成桥后的线形满足设计要求，为此，需要准确的测量梁段施工过程中每一道工序完成后的梁端标高变化和中线偏位，分析梁重误差、预应力张拉误差、混凝土收缩徐变和温度变化等因素对梁端标高和箱梁中线的影响，为准确确定和合理调整立模标高提供依据。因此，对于每一个悬浇梁段要进行6种工况的线形控制观测，即立模后、浇筑混凝土前、浇筑混凝土后、张拉预应力钢束前、张拉完预应力钢束后。为避开日照的影响，测量要在日出前完成。

挠度监测主要通过在每一梁段前端的混凝土面布设的3个标高测点(左、右腹板顶及梁中线上)，这样在测量箱梁的挠度的同时还可以观察箱梁是否发生扭转变形或左右摆动。测点采用预埋钢筋头，并用红色油漆编号，用精密水准仪测量。

图1 梁面标高测点布置图

5 线形监控要点

5.1 高程和平面控制网的建立

高程控制网是保证预应力箱梁理论轴线、标高施工精度、及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值的基础。建议高程控制以Ⅱ等水准高程控制测量标准为控制网，箱梁悬浇以Ⅲ等水准高程精度控制联测；选用高精度水准仪，其偶然误差不大于１mm/km。

5.2 梁段的立模标高与平面位置

立模标高控制的重点应放在底板底面和梁段的前端与后端高差两个方面。箱梁平面位置控制的要点是梁轴线和相对于梁轴线的横向宽度。

5.3 梁段重量误差

影响梁段重量误差的主要因素是顶板厚度，同时要严格控制底板厚度和腹板宽度。

5.4 预应力张拉误差

预应力张拉误差的主要原因是预应力张拉实施时所产生的张拉偏差以及实际张拉的管道摩擦系数与管道偏差系数误差，应严格按“双控”的原则来保证预应力张拉的准确，同时通过应力测试（孔道摩阻试验）来检测预应力张拉的准确度。

5.5 施工过程结构变位观测

(1) 主梁挠度观测

测点布置：每一梁段悬臂端截面梁顶设立三个标高观测点。这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形或左右摆动。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆表明编号。当前现浇梁段悬臂端截面在底模上设立两个临时标高观测点，作为当前梁段控制截面梁底标高用。

测试仪器：采用精度水准仪，测量精度在±0.5mm以内。

测试要求：为尽量减少温度的影响，挠度的观测一般安排在早晨太阳出来之前进行。

(2) 主梁轴线位置测量

测点布置：每个节断的桥面中心点设置一个测点。

测试仪器：采用全站仪测量，测量精度在±0.5mm以内。

测试要求：为尽量减少温度的影响，挠度的观测一般安排在早晨太阳出来之前进行。