监测与监控技术在桥梁施工中的作用

杜慧

摘 要：从古至今，安全问题都是社会关注度最高的话题，而在经济快速发展的当今社会，安全更是一个行业、工程必要的前提保障。随着经济的发展，人民生活水平的提高，交通也越发便利，但交通事故问题却时有发生，除去车祸等较为常见的交通事故外，对社会财产和人民财产造成较大威胁的就是桥梁事故，由此，桥梁施工的监测与监控就显得尤为重要。同时，耗资巨大、难度高、设计复杂的桥梁在一定程度上象征了城市的发展水平。而监测与监控技术，不仅能确保施工过程的可靠性、安全性，还在成桥后桥梁线形及美观方面给予了保证。基于此，本文将详细介绍桥梁施工中的监测与监控技术的主要作用和内容。

关键词：安全;桥梁施工;监测与监控;数值模型

0引言

随着经济的发展，交通发展呈现出上升趋势，国家对桥梁的需求也日益增加。近些年来，关于桥梁的各种研究及其成果逐渐应用在了桥梁工程上，新技术与新材料的应用为我国的桥梁建筑事业锦上添花，但在整个桥梁施工过程中，不可或缺的仍是监测与监控技术。加大施工控制理论的研究力度，研制更加实用、先进的控制软件，进一步提高监测的自动化程度和精度，建立起一套完善的控制系统，这对今后桥梁施工过程监控工作提供必要的技术支撑和要求。桥梁施工的监测与监控技术能够指导施工实践，保证桥梁的安全稳定与耐久性，以及施工环节和整体桥梁结构的有序进行，以确保施工过程得以准确的实现，满足设计要求[1]。

1监测与监控技术在桥梁施工方面的作用

1.1确保桥梁施工正常进行

施工监控是施工技术的重要组成部分，并在桥梁施工中贯穿于全过程。实时进行桥梁监测和控制成为桥梁结构施工中的必要手段，施工控制参数需依据实时监控数据进行相应的调整，以保证结构线形的平顺，并监控实际内力分布，使桥梁结构始终处于安全受力范围内。

在施工过程监控中需要监测的大量数据，不论是施工监测数据还是理论模型数据都需要经过反复计算和分析，才能够保证施工过程顺利有序进行，保证最终桥梁的顺利合拢及安全稳定。此外，在监测过程中测量的数据，经过专业分析以及合理的有限元模型，能够精确模拟桥梁施工中结构内力的变化和预拱度的控制，保证在特殊情况发生后能够采取相应措施，在一定程度上可以避免意外发生并对问题结构进行控制、修改，保证桥梁安全。同时，由监测技术介入的桥梁数据，能尽量在保证桥梁结构安全稳固的基础上符合工程美学的标准。

1.2为其它桥梁工程提供经验

在施工监控过程中采集的相关桥梁数据，一方面为自身桥梁施工提供监控指令，另一方面也为其他相似结构类型的桥梁工程提供经验教训。桥梁数据包括桥梁理论模型计算数据、挂篮和托架预压数据、施工阶段采集的高程、应力及墩柱竖直度等数据、桥梁合拢前的配重等，数据的收集分析和监控指令能够为日后类似桥梁的建造提供施工建议，使成桥后桥梁结构的内力分布和线形满足设计和规范要求，节省相关成本。此外，不同地区由于气候、地形以及交通状况的不同，桥梁施工的难易程度不同，不同的桥梁施工组织方案，可以提供不同的数据和解决方案，有利于桥梁工程以更快的速度进行设计、施工、运营，更好的节省时间成本[2]。

1.3对具体施工实践进行监控

监测与监控技术的运用，能够节省人力监控资源，同时也提高了对桥梁工程监测和监控的效率，监控人员能够借助监测与监控技术，实时对施工过程进行监控，更加全面直观的控制施工过程中的问题与纰漏，矫正过失，避免施工差错，从而缩短工期。

1.4对施工过程进行控制和管理

监测和监控技术能够在施工过程中对投入设备以及工作人员的工作进行有效的控制和管理。施工过程控制是对成桥状态进行合理有效的监控，并对影响成桥最终目标的参数误差调整、修正，使成桥的桥梁结构线形及主梁内力控制满足设计和规范要求[3]。

（1）主梁内力：影响桥梁结构受力的主要因素是箱梁截面内力状况。通常上、下缘的应力值是上部结构的主要控制参数，控制作用的关键因素为主梁弯矩大小。

（2）结构线形控制：被监控桥梁最终合拢并经长期收缩徐变作用稳定后的线形须符合设计要求。

（3）调整方法：桥梁线形的平顺合理主要通过立模标高和预拱度值进行调整、修正。进行立模标高调整，须考虑已建梁段的主梁标高。

通过上述施工控制措施和方法能够确保施工过程顺利稳定进行，从而进一步保障桥梁的安全、稳固与美观。

2监测与监控技术分析

2.1监控方法与最优控制计算技术

桥梁施工的安全问题是施工监控的最基本要求之一，其次必须保证施工质量（如主梁内力大小和结构线形）符合设计要求。对施工过程中监测数据分析计算、调整、预测，遵循最优控制规律，并组成最优控制系统，使之满足施工监控的最基本要求[4]。

运用MIDAS Civil 2018建立桥梁结构总体有限元模型进行计算分析。计算内容主要包括桥梁成桥状态下的恒载、活载、混凝土的收缩徐变（按10年计算）及预应力等荷载。计算中需通过不同的荷载组合对桥梁结构中的强度、刚度和稳定性进行验算，计算表明桥梁的成桥状态是以恒载+活载的荷载组合控制设计的。

桥梁施工过程的受力状况和最终成桥线形作为结构动态系统最优控制的对象，结合工程最优控制理论与计算机相结合的技术，建立随机的数学模型和性能指标，按确定性的最优控制规律构成闭环状态反馈系统，实时对各施工阶段进行分析、调整、控制，最终达到随机最优控制的目的。

2.2施工数值模型计算技术

2.2.1施工过程控制计算

施工數值模型计算技术包括建立有限元模型、模拟划分各个施工阶段、修正计算模型和监控数据分析。有限元模型计算主要负责在整个施工过程中进行理论计算，制定理论施工计划，并保证施工过程中的工程质量。数值计算的主要工具是计算机，具体操作需要专业技术人员进行，在依据设计进行全桥有限元模型建立的基础上考虑参数识别和修正，并根据桥梁施工过程测量的数据进行有限元模型修正完善，尽可能与实际施工过程保持一致，提高过程监控的精度。

被监控桥梁对象的每一现浇块段的预拱度及其重要，因为主梁预拱度的合理正确调整是确保悬臂现浇法施工过程结构线形的最重要目标之一，使桥梁结构在最终成桥状态时满足设计要求，各项性能指标符合相关规范的规定，不超出允许误差范围。施工过程中应预留容许偏差，使桥梁结构在长期各种荷载作用下能够达到设计规定的高程，并与其他路线衔接良好、平顺，从而更好的满足行车安全性和舒适性。

施工监控过程中收集测量相关数据并分析，对施工过程中出现的问题，例如：结构变形较大、主梁出现受力裂缝、桥梁线形偏差等问题应及时反馈，并迅速采取相关措施。监控指令是施工数值计算技术的最终操作，此过程需要对大量的施工数据分析，数据分析出来的结果必须严格遵守监控原则，施工过程中完成的各个块段的高程、应力偏差必须达到规定范围内，以保证桥梁施工安全和最终的顺利合拢。

2.2.2结构试运营计算

桥梁建造的目的是为了运营能够快速方便。保证桥梁结构在施工阶段的安全和质量问题是施工监测与监控的最重要目标，使之成桥状态满足设计要求的各项力学性能，更好地进行通车运营，为当地缓解交通压力作出贡献。固然，如果施工成桥后的状态与设计成桥状态完全吻合，就能够确保桥梁结构的运营要求。但对于一些结构复杂的桥梁，在实际施工中应全面了解其受力状况及线形要求，在合拢成桥后通车运行前能精确计算，使施工成桥后的状态与设计的成桥状态尽可能吻合，减小偏差，被监控桥梁结构更好地进行运营[5]。

3依托工程监控成果

3.1工程概述

连霍国家高速公路G30兰州绕城南段黄家沟大桥主桥的上部结构形式为（52+90+52）m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，刚构箱梁为单箱单室，0、1#块采用托架浇筑施工，其他块段采用挂篮悬臂现浇法施工，左右幅同步进行。下部结构桥墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩，与主梁固结，基础采用9根直径为150cm三排钻孔灌注桩。

3.2监控成果

通过施工过程监测与监控技术，黄家沟大桥主桥施工全过程均处于安全可控状态，总体监控结果符合设计及相关规范要求，达到了预期效果。

3.2.1主梁线形

（1）桥梁施工控制的关键因素为预拱度的控制及调整。通过施工过程的实测挠度与理论计算挠度对比分析可知，每个块段的施工工况（包括挂篮前移、砼浇筑和预应力张拉）的实测数据相比理论计算值偏差较小，针对采用挂篮悬臂浇筑法施工的大跨径连续刚构桥（或连续梁桥）施工过程监控，运用控制参数误差分析与修正方法是安全可靠的，全桥有限元模型各个施工阶段的建立计算精确合理，采用正装分析模拟施工是成功可靠的。

（2）桥梁结构最终的主梁线形考核指标为各块段绝对标高。考虑到未来混凝土收缩徐变、日照温度及其它因素会在运营阶段使桥梁结构主跨产生下挠，本次对黄家沟大桥主桥结构按成桥后运营10年设置了一定的预抛高。通过计算分析和桥梁合拢后主梁实测标高与设计标高的对比，满足预期效果，达到设计目标。

（3）在二期恒载施工完成后，桥面线形实测值与设计线形吻合良好，桥面线形平顺、连续性较好，满足设计及规范要求。

3.2.2结构内力（应力）

各施工阶段预应力施加效果是通过主梁内力控制的。施工监控过程中实测的应变值换算为应力，经对比分析说明黄家沟大桥主桥的预应力张拉满足设计规定，合理可靠;通过实测值与理论计算值对比分析可知：主梁悬臂施工阶段监测截面应力变化趋势与理论值基本一致，结构应力未超限，均在允许误差范围内，且有一定储备，应力监控结果较为理想，并满足设计文件及规范要求，在监控过程中未发现应力异常现象。

4结语

我国目前大型桥梁工程项目较多，结构复杂、规模巨大，面对日益增长的桥梁需求，我国的桥梁建造技术正在面临挑战，桥梁施工的监测与监控技术是施工技术的重要组成部分，并始终贯穿于桥梁施工中，以保证我国桥梁的施工安全与质量，促进我国桥梁建筑方面的进一步发展。

在桥梁施工中应该更加完善并且提高桥梁施工监控技术的操作水平，同时也应该开发新的桥梁施工控制技术，提高桥梁工程施工监控的准确可靠、安全性和可操作性，这是桥梁工程施工监测与监控的发展方向，需在以后进一步深入研究。

参考文献

[1] 赵新杭.监测与监控技术在桥梁施工中的作用[J].交通世界，2017（21）：114-115.

[2] 顾卿.桥梁施工中监测与监控技术的作用[J].黑龙江交通科技，2017，40（6）：121-122.

[3] 徐君蘭，项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4] 张玉宇.监测与监控技术在桥梁施工中的作用[J].黑龙江交通科技，2016，39（4）：114+116.

[5] 王卫彪.监测与监控技术在桥梁施工中的作用分析[J].交通世界，2016（1）：82-83.