高速铁路预应力连续箱梁桥施工过程监测技术研究

摘要：介绍了高速铁路特大桥某桥段工程概况及其气候条件，采用桥梁结构分析及设计软件给该桥段建立了连续箱梁桥结构模型，详细阐述了连续箱梁施工过程线形高程和应力状态监测技术。按照该监测技术对桥段施工过程进行了连续箱梁线形高程和应力状态监测，能够真实反映桥梁结构的线形状态和应力变化，实现了极高的监测数据控制，在实际应用中具有准确性和可行性，为施工控制和后期维护提供了可靠依据，为施工安全和质量控制提供了有力保障。

关键词：高速铁路；预应力连续箱梁桥；施工过程监测；线形高程；应力状态

0" "引言

预应力混凝土连续箱梁桥因其受力均衡、结构稳定、抗风抗震能力强等特点，在高速铁路桥梁工程中得到了广泛应用。然而在施工过程中，由于施工工艺复杂、混凝土浇筑和预应力施工等关键环节严格把控的需求，施工监测显得尤为重要。

黄玮[1]利用有限元软件建立计算模型，并通过实测数据与模型对比，为施工控制提供理论依据，确保桥梁结构安全，提高施工控制准确性。彭剑[2]等人通过数值模拟方法探讨了龙凤大桥临时钢栈桥的设计与结构特点，实时监测了钢栈桥的水平位移和沉降情况，保障了桥梁施工的安全和稳定，为临时钢栈桥的施工提供了可靠的理论支持。高福忠[3]运用MEC-BP神经网络模型对桥梁施工挠度进行高精度预测与监测，有效提升了施工控制的准确性和效率。本文结合现有研究成果和施工标准，对某高速铁路特大桥某桥段的施工过程进行监测。

1" "工程概况及其气候条件

1.1" "工程概况

某高速铁路特大桥某桥段起讫点里程为DK073+319.872

～DK073+529.472，全梁长209.6（包含梁端到边支座中心尺寸），桥跨组合为48m+2×80m+48m，墩号为14#～18#，梁体结构为变截面、变高度，桥面宽度为12.6m，主梁中支点高度为6.02m，主梁端支座高度为3.02m。

箱梁顶板宽度为12.60m，箱梁底板宽度为6.70m，箱梁顶板厚度为38.5cm，腹板厚度范围为48～90cm，箱梁底板厚度范围为45～80cm。箱梁的0号梁块长度为9.0m，中跨/边跨合龙段长度为2.0m，一般块段长度分别为3.0m、3.25m、3.5m、4.25m、4.0m。边跨现浇段长度为7.75m，悬浇段最长块长度为4.25m，最重块的质量和长度分别为153.5t、4.25m。该桥段采取悬灌法施工，混凝土等级为C50。纵向预应力筋材质为15.20mm高强度钢绞线，抗拉强度为1860MPa。

1.2" "气候条件

桥址所在地为北暖温带亚湿润型气候，具有冬季寒冷，夏季炎热，温差悬殊，四季明显的特征。春季干旱多风，升温急剧；夏季湿热多雨；秋季气温骤降，短暂多风；冬季雨雪稀少，干冷漫长。根据气象资料，年平均气温13～15.2℃，极端最高气温39.1～42.9℃，极端最低气温-20.6～-15.2℃，最冷月平均-3.2～-0.3℃，年平均降雨量为492.5～573.4mm，年平均蒸发量为1411.6～1816.9mm，土壤最大冻结深度29～45cm。

2" "建立连续箱梁桥结构模型

采用 MidasCivil2021（桥梁领域通用结构分析及设计软件）对该桥段进行了精细化数值模拟。考虑到该桥段使用的是一种可变截面的梁单元，为了简化计算，将其转换成了平面[4]。在建模时，采用正压解析方法，对节点的位置进行科学分区，以支座、悬臂浇筑和合拢段的分界点为重点，其余按单元长（1m左右）划分。通过细致的梁单元划分，确保模型的精确度和计算效率。该连续箱梁模型共包含226个单元和237个节点，为后续结构分析和施工控制提供坚实的数据基础。连续箱梁桥结构模型如图1所示。

3" "预应力连续箱梁桥施工过程监测技术

3.1" "连续箱梁线形高程监测技术

3.1.1" "测点布置

对测点的配置进行了合理规划，其中0号测点与梁体节段测点的配置是关键部位。基于0号梁块的设计高度进行浇筑测试。为了满足线形控制的需求，梁体的标高测量点普遍沿顶板中心线及两侧对称分布，这样既能有效监测箱梁的挠度变化，又能准确评估其变形状况。

在设置测点时，需遵循以下原则：一是应以测量需求为导向进行设计，避免造成测量障碍；二是与梁构件末端保持适当距离，通常为10cm，以免妨碍正常施工；三是根据防护需求进行设计，为保护测点创造便利条件；四是为减少经纬仪转动产生的误差，应尽量将测点设置在吊篮框架内[5]。连续箱梁高程测点布置示意如图2所示，连续箱梁全断面应力测点布置示意如图3所示。

测量仪器选用徕卡TS15型全站仪，这款仪器凭借其卓越的测定精度（高达1″）成为高程测量的理想选择。该型全站仪的高精度特性确保了测量结果的准确性和可靠性，为施工过程的精准控制提供了坚实基础。

3.1.2" "观测时间和观测项目

为了满足观测需求，依据该桥段的实际情况，对具体的观测时间和观测项目进行了周密规划。考虑到气温变化对测量结果的影响，倾向于在早晨进行观测，此时气温较低，有利于减少热效应带来的误差。同时科学合理地设计各施工阶段的观测时机，特别是在吊装等关键环节，安排更为细致的观测计划[6]。

通过将观测结果紧密融入施工控制流程，能够及时发现并识别施工过程中的潜在问题与不合理之处。一旦发现异常，立即通过有效的沟通机制进行反馈，并迅速调整施工方案，从而确保施工过程的顺利进行，避免对后续施工造成任何不利影响[7]。这种观测与施工控制的紧密结合，不仅提升了施工效率，还进一步保障了工程质量。

3.1.3" "确定立模标高

需对各施工阶段及桥梁建成后的变形进行计算，此过程需输入必要的设计参数。基于桥梁最终状态的理想条件，确定各分段的预设抬高值，从而推算出各阶段的预计标高。待浇筑段立模标高的计算公式如下：

Hi=H0+HS+Vgl" " " " " " " "（1）

式中：Hi为第i段待浇筑段立模标高，H0为第i段待浇筑段设计标高，HS为第i段待浇筑段施工预抛高值，Vgl为挂篮变形量。通过上述公式计算，确定各浇筑段立模标高。

3.2" "连续箱梁应力状态监测技术

3.2.1" "测点布置

在连续箱梁的施工进程中，对应力状态的监测与控制是保障工程安全及评估其受力状态的核心环节。随着工程的逐步深入，结构受力状态持续变化，仅凭肉眼观察难以准确评估其受力情况[8]。因此，在主梁的关键控制区域增设应力监测传感器，成为解决这一问题的有效手段。

通过收集并分析测量数据，可以详细了解每一节段主梁的应力分布特征，并将其与预计值进行对比评估。当出现异常应力状态时，要及时对其进行深入的分析，并及时采取对策，达到各种结构及参数的合理性，保证整个工程的稳定和安全。本研究聚焦于悬臂根部，旨在观测挂篮施工期间主梁的应力特性。箱梁截面测点布置示意如图4所示。

3.2.2" "监测周期

应力数据的采集与处理需与施工进度紧密同步，要科学规划数据采集的时机和对应的施工阶段。为削弱温度效应，数据采集应安排在早晨进行。施工监测的实施阶段须精心选择监测点，经综合分析，关键监测点包括混凝土浇筑前夕、挂篮移动之前、边跨合龙之前以及中跨合龙之后等重要时段。在应力计算上，假设应力数据随时间变化的函数为σ（t），其中t表示时间。连续箱梁在施工阶段应力变化的计算公式如下：

∆σi=σ（tƒ）-σ（ti）" " " " " " " （2）

式中：∆σi为该施工阶段内的应力变化量，tƒ为该施工阶段结束的时间，ti为该施工阶段开始的时间。通过对多个施工阶段的应力变化进行累积分析，可以全面评估整个施工过程中的应力特征及其变化趋势，实现监测目的。

4" "施工监测结果分析

4.1" "连续箱梁线形高程监测结果与分析

4.1.1" "线形高程监测结果

该桥段连续箱梁的施工完成后，参照图1所示的结构模型，对施工过程各个节段的预计高程值与本文所述监测方法监测出的高程值进行对比。连续箱梁线形高程监测结果如表1所示。

4.1.2" "线形高程监测结果分析

由表1可知，在施工阶段完成后，里程桩号为DK073+

328.92的块段，按照本文所述监测方法监测的顶板高程为17.45m，与理论预计值17.43m相比，偏差仅为+2mm，体现了极高的精度。其他多个监测点的数据也均显示出较小的偏差，平均偏差控制在了±3mm以内。这些数据充分证明了本文所述监测方法能够真实反映桥梁结构的线形状态，在实际应用中具有准确性，为施工控制和后期维护提供了可靠依据。

4.2" "连续箱梁应力监测结果与分析

4.2.1" "应力监测结果

该桥段连续箱梁在施工过程中，对箱梁各个施工阶段不同部位的预计应力值与本文所述监测方法监测出的应力值进行了对比。连续箱梁应力监测结果如表2所示。

4.2.2" "应力监测结果分析

由表2可知，在应力监测方面，本文所述监测方法同样表现出色。以G施工阶段为例，顶板应力实测值为5.05MPa，与预计值5.01MPa相比，偏差仅为+0.04MPa；腹板应力实测值为4.59MPa，与预计值4.62MPa相比，偏差仅为-0.03MPa；底板应力实测值为5.46MPa，与预计值5.49MPa相比，偏差仅为-0.03MPa。此种微小的偏差不仅验证了监测方法的可靠性，还表明该方法能够精确捕捉桥梁结构在施工过程中的应力变化，为施工安全和质量控制提供了有力保障。

5" "结束语

为了保障高速铁路预应力混凝土连续箱梁桥的施工质量和施工安全，本文阐述了高速铁路预应力混凝土连续箱梁桥的施工过程中进行线形监测和应力监测技术。施工监测结果表明，通过科学的监测方案和严谨的数据分析，能够及时发现施工过程中的问题，为施工调整和优化提供有力依据，从而确保高速铁路预应力混凝土连续箱梁桥的施工质量和施工安全。本研究为同类桥梁的施工监测提供了有益参考和借鉴。

参考文献

[1]" 黄玮.预应力混凝土连续箱梁桥主桥施工监测控制研究[J].交通世界，2024（26）：146-148.

[2]" 彭剑，邵壮.大跨度桥梁临时钢栈桥施工模拟与监测分析[J].中国新技术新产品，2024（14）：104-106.

[3]" 高福忠.基于MEC-BP神经网络的臧湾东河特大桥施工挠度监测研究[J].市政技术，2024，42（6）：135-141.

[4]" 王耀军，宁文伟，涂金平.钢-混凝土组合梁桥施工阶段动力特性监测与研究[J].公路，2024，69（4）：188-192.

[5]" 刘海，程金平.挂篮悬浇连续箱梁桥上跨既有高铁隧道施工及监测关键技术[J].建筑机械，2024（4）：94-101.

[6]" 康斌，郑玉国，黄俊翔.BIM与Midas结合的大跨连续箱梁桥施工监测结果分析[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2023，33（1）：79-83.

[7]" 张浩.挂篮悬臂浇筑连续刚构桥施工监测监控技术阐述与探究[J].居业，2023（3）：40-42.

[8]""""" 王建新，常学森，曾振华.基于塔、梁、索温度监测的斜拉桥施工过程温度效应分析[J].广东土木与建筑，2022，29（7）：69-72+77.