高速公路上跨高速铁路桥梁安全监控方案解析

某工程高速公路桥梁施工安全监控方案

大跨连续刚构桥施工过程较为复杂，利用对桥梁施工全过程的跟踪监控，对控制参数进行实时调整，以确保施工中结构受力安全可靠、成桥状态结构线形平顺、受力合理符合设计及相关规范要求，使施工过程处于控制之中，结构最大限度地接近理想状态。本文以广东地区某高速公路为例，介绍桥梁施工的安全监控方案的编制方法，对施工安全监控方案的工作计划、目标内容进行阐述，详细说明项目的监控方法及监控流程。

某特大桥主桥转体连续梁位于广东省英德市英红镇，转体半径为75m，单幅转体重量为13000t，于铁路里程K2139+803.989处上跨京广高速铁路（对应公路里程为K217+757.682），桥面宽度31.7m，采用墩梁固结的形式，主桥上部为（90+90）m 全预应力混凝土变截面连续箱梁，实现了分幅预应力钢筋混凝土T构同步转体，该转体桥在广东省乃至全国都是首例双幅高速公路同步转体跨越双幅高速铁路的转体桥。

某特大桥上部结构采用悬灌浇筑的方法施工，在进行施工的过程之中，桥梁结构及荷载状态始终处于不断变化的状态中，同时结构内力及变形也会伴随着出现变化。在这种情况下，就必须要对施工的每一个阶段都开展详尽的分析及实测验证，同时还需要通过合适的方法有效控制结构变形和应力，以此来确保设计的施工过程或者是通过适当调整后的施工过程可以准确实现。

为保证桥梁的施工质量，达到桥梁监控的目的，在施工时，桥梁监控的主要内容包括以下方面：根据施工方案，合理选择计算参数，施工全过程的仿真分析，并与设计单位核对，对各阶段的施工监控参数进行预测；用反馈信息修正计算，为调整施工过程出现的偏差提供依据；主墩垂直度监测、基础沉降监测及既有桥梁墩顶位移监测；主梁线形监控；主梁控制截面应力监测；某特大桥主桥转体过程中梁端标高、水平位移等进行实时监测，并对实测数据进行计算分析，当监测数据异常时，及时预警。

图1 某特大桥跨型布置大样图

施工监控方法

施工阶段的仿真分析计算

根据设计资料结合施工方案建立力学分析模型进行模拟计算分析，科学预测、指导施工行为，通过对成型结构的实时监测，对比理论计算分析结果，判断成型结构的工作状态，预测下一施工阶段的理想状态，对结构的发展轨迹进行控制。

拟采用有限元分析计算软件Midas Civil 2015进行。Midas Civil对桥梁施工阶段的模型计算分析及模型优化分析，以满足本项目需要。

监控计算的主要内容

进行设计复核，确定监控目标状态参数：成桥主梁线形、关键截面应力等；上部结构理想施工全过程的仿真分析，计算各施工阶段结构变形、应力等，确定各施工阶段主梁标高；进行设计参数或误差敏感性分析，确定主要施工误差因素。

设计复核、确定监控目标参数

设计复核。结构设计是桥梁质量的根本，也是监控方实施施工监控的基础，要求对设计施工图进行验算，分析桥梁结构设计是否合理且满足规范要求。

桥梁设计主要参数均依据相关规范取用，在实际桥梁施工过程中，很多参数如施工荷载的施加、临时荷载的大小及分布、偶然荷载的出现、混凝土弹性模量、实际环境(温度、湿度、风荷载等)、实际施工进度等由于各种原因都与设计存在差异，为确认结构设计满足施工要求，监控工作开展初期在施工现场进行相关试验或实地数据采集，结合施工方的施工组织方案，对结构设计进行复算，确保结构设计满足施工要求，各项指标满足规范要求，同时可以验证施工方案的可行性，并可以根据施工监控经验，对施工和设计提出合理的修改建议。

确定监控目标参数。模拟计算分析的另一个任务是确定合理的结构施工监控目标参数，主要包括成桥主梁目标线形状态、支座反力、结构受力分布情况等，作为施工监控倒拆分析的目标参数。

稳定分析。稳定分析的内容应包括：桥墩自体稳定性分析，可考虑按仅有自重荷载及自重与风荷载共同作用下的稳定性；最大悬臂状态稳定性分析。

确定主梁合龙、体系转换等方案。主梁的合龙、结构体系转换施工步骤是本桥施工的关键环节，对结构的最终成型质量有非常重要的影响，也是施工监控重点关注的施工环节，监控方将在实际桥梁监控过程中根据桥梁的实际情况，结合桥梁实时的应力、线型（标高）、温度监测数据，通过分析计算，为施工方主梁合龙段施工、体系转换等提供专项方案，保障桥梁施工目标的顺利实现。

施工监测试验测量项目

托架、挂篮荷载试验。托架、挂篮作为本桥施工过程中主要的辅助设施，其在施工过程中的可靠性、变形对结构施工安全、质量有非常重要的影响，在上部结构节段施工前必须对托架、挂篮进行荷载试验，本项试验的主要目的是检验托架、挂篮的承载能力，验证托架、挂篮施工的可靠性，并通过试验消除托架、挂篮的非弹性变形、实测各部位的弹性变形，为箱梁立模高程提供依据。试验由施工方进行，监控方根据施工监控经验做技术指导。

混凝土弹性模量试验。在浇筑主墩及梁段施工现场各制作三个15cm、15cm、30cm的同标号混凝土试件(与实际状况同条件养护)，按照规范《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005)要求进行现场弹模试验。并根据不同龄期的实测混凝土弹性模量绘制出混凝土龄期为3天、7天、14天、28天、90天混凝土的弹性模量Eh的变化曲线。

主墩施工监控监测。主墩基础沉降监测：本项目主桥为连续刚构体系，基础的沉降变形对结构施工期间的稳定性影响很大，通过对桥墩承台进行沉降观测，确定其在施工过程中随加载所产生的沉降及不均匀沉降过程，并通过观测结果可以分析不均匀沉降对结构稳定性的影响，确保施工过程的安全。

墩顶位移监测：在各主墩承台的4个角点位置各布设一个永久性观测点，每个墩顶各设4个永久沉降观测点，测点位置选在墩边角便于观测的可靠位置处。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆标明编号。

主梁监控。主梁线形监控：施工线形控制的目标一是保证主梁高精度合龙，二是使成桥线形平顺、美观，符合设计要求。另外成桥的线形与结构内力也有密切的关系，通过施工线形监控，使结构成桥线形顺畅，结构受力合理。

主梁应力监测方案：测点设置，各桥主梁应力监测拟在测试断面布设内埋式钢弦应变计，采用自动数据采集设备进行实时监控量测。英红特大桥单幅主梁设置6个监测截面，全桥共设置12个主梁应力监测截面，单截面设置应力测点4个，英红特大桥主梁共设置应力测点48个，配套自动数据采集设备6套。