厦深铁路榕江特大桥主跨施工监控方案.doc

厦深铁路榕江特大桥主跨厦深铁路榕江特大桥主跨 施工监控方案施工监控方案 榕江特大桥施工监控方案 I 目目 录录 1 1 桥梁概况桥梁概况 1 2 2 施工监控的必要性施工监控的必要性 2 3 3 施工监控的内容和目标 施工监控的内容和目标 3 3 1 线形监控 3 3 2 内力 应力 监控 4 3 3 稳定控制 4 3 4 温度测量 4 3 5 反力测量 5 4 4 施工监控依据施工监控依据 5 5 5 施工监控的实施施工监控的实施 5 5 1 基础资料的收集 5 5 2 施工仿真计算 6 5 3 监测方法 7 5 4 控制方法 15 6 6 施工监控的原则与总体要求施工监控的原则与总体要求 16 6 1 监控原则 16 6 2 总体要求 19 7 7 施工监控组织机构及工作计划施工监控组织机构及工作计划 20 7 1 施工监控组织机构 20 7 2 各单位分工 22 7 3 施工监控信息管理 23 7 4 施工监控工作程序 23 7 5 施工监控进度计划 24 8 8 施工监控人员及主要设备施工监控人员及主要设备 25 8 1 监控人员名单 25 8 2 主要监控人员联系方式 26 8 3 主要监控设备 27 9 9 施工监控安全控制施工监控安全控制 27 9 1 结构安全预警的措施 27 9 2 人员安全保证措施 28 附表附表 A A 施工监控工作量统计表施工监控工作量统计表 29 附录附录 A A 钢桁梁桥精确合龙技术理论研究钢桁梁桥精确合龙技术理论研究 30 榕江特大桥施工监控方案 1 榕江特大桥施工监控实施方案 1 1 桥梁概况桥梁概况 新建铁路厦门至深圳客运专线榕江特大桥全长 7686 m 边跨为简支梁和连 续梁结构 主跨为 110 m 2 220 m 110 m 下承式等高连续刚性梁柔性拱 全 长 662 m 钢桁梁采用带竖杆 N 型三角桁架 节间长度 11 0 m 其中边跨 10 个 节间 桁高 15 0 m 桁宽 15 0m 斜腹杆倾角 53 7 柔性拱肋按二次抛物线 布置 矢高 上弦以上 44 0 m 矢跨比 1 5 结构主要由主桁及拱肋 钢桥 面系 纵向联结系 桥门架及横联等组成 设计总重量约 16000 吨 单根杆件 最大重量约 60 吨 主桥立面布置见图 1 图 2 为大桥效果图 主桥立面布置见 图 1 横截面见图 2 建成后的大桥效果如图 3 所示 图 1 主桥立面图 单位 m 图 2 横截面图 单位 m 榕江特大桥施工监控方案 2 图 3 主桥效果图 经厦深铁路榕江特大桥钢桁梁柔性拱拼装方案专家论证会讨论 确定榕江 特大桥主跨钢桁梁施工拟采用临时支墩配合全回转架梁起重机对称悬拼 柔性 拱施工采用全回转架梁起重机对称拼装方案 2 2 施工监控的必要性施工监控的必要性 桥梁施工过程的安全和成桥状态是否能满足设计要求是桥梁建设者非常关 心和必须解决的问题 桥梁施工是一个系统工程 桥梁施工过程也就是该系统 的运行过程 施工过程中结构的安全和成桥状态就是上述系统运行所要达到的 目标 桥梁施工控制目标 要达到施工安全和特定线形与受力状态要求 仅 通过事后检查是无法实现的 必须对施工全过程进行控制 也就是要对桥梁施 工这个系统的运行轨迹进行控制 只有这样才能确保控制目标的实现 一方面 设计图纸只是目标 而在自开工到竣工整个为实现设计目标而必 须经历的过程中 将受到许多确定和不确定因素 误差 的影响 设计文件中 所提供的控制数据 如预拱度 各阶段挠度参考值 是基于理论的设计参数和 假定的施工方法给出的 而现场施工中不可避免的存在各种误差 使得桥梁各 个构件与设计状态存在偏差 在逐根或节段拼装焊接过程中 如果上述偏差逐 渐积累 而不加以控制和调整 各构件的位置将会显著偏离设计目标 容易造 成结构局部失稳 局部内力超标 从而影响成桥的内力和线形 另一方面 钢梁安装过程中结构体系将随施工阶段不同而变化 现场施工 荷载条件也是不断变化的 因此结构的实际内力与设计内力值之间及结构的实 榕江特大桥施工监控方案 3 际变位与设计变位值必然存在差异 由于设计计算 材料性能 施工精度 荷 载 大气温度等诸多方面的理想状态与实际状态之间存在差异 施工中如何从 各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实值 对施工状态进行实时监测 调整 预测 以及设计目标的实现是至关重要的 这些方面的问题如果不能及 时有效地处理 不仅会对结构受力不利 而且可能会使结构线形不顺畅而影响 行车 为了解决上述问题 实施有效的施工过程监控是大跨度桥梁成功施工的关 键 必须在现场建立一个预测 施工 观测 识别 反溃 调整的反复循环控 制系统 施工控制是随施工过程逐渐实现的 它是将实用的结构测试技术 现 场计算分析技术 现代控制技术应用于施工 并结合施工过程形成结构计算分 析 监测及反馈控制系统 通过施工现场的结构测试 跟踪计算分析得出合理 的反馈控制措施 给施工过程提供决策性技术依据 也为结构行为控制提供理 论数据 从而正确地指导施工 确保结构安装安全及顺利合龙以及受力状态符 合设计要求 也就是说 施工监控既是大桥施工质量的保证措施 又是施工工 程安全的保证措施 因此 施工过程中必须对内力及变位进行监测 及时掌握结构实际状态 对施工步骤及控制条件作出调整 防止施工中的误差积累 保证结构安全与合 理合龙 3 3 施工监控的内容和目标 施工监控的内容和目标 根据榕江特大桥的结构形式及施工方法 施工监控主要分为几何线形和杆 件内力 应力 监控两大部分 全桥整体及构件局部的稳定性控制也主要通过内 力控制来实现 3 13 1 线形监控线形监控 线形监控测量包括 钢桁梁线形测量 拱肋线形测量 结构位移测试 临 时墩和主桥墩沉降观测 支座位移测量 线形监测主要是控制节点在施工过程中的位移 及时掌握钢桁梁控制截面 节点的空间位置 控制截面杆件的变形状况 线形控制的最终目标是使成桥线形符合设计要求 为此 为了实现该目标 需要将目标进行分解 确立每一个节段的杆件空间位置 线形控制以桥面光滑 榕江特大桥施工监控方案 4 平顺为原则来合理分配空间节点误差 由于线形对温度 日照较为敏感 所以 测量时间将选在日出之前温度较恒定的时间段内进行 3 23 2 内力 应力 监控内力 应力 监控 结构内力的监控测量包括 钢桁梁上 下弦杆应力测试 钢桁梁斜 竖杆 和主横梁应力测试 拱肋弦杆和吊杆应力测试 结构应力监测是施工控制的主要内容之一 它是结构施工过程中的安全保 证 内力监测主要是为测试控制杆件的实际安装应力 了解安装过程中控制杆 件实际应力水平 通过实测与理论计算结果的对比及分析 及时掌握大桥在施 工过程中关键截面控制杆件的刚度 强度及稳定状况 应力控制的目标是使施工阶段和成桥后的各个设计控制截面的应力状态满 足设计要求 因此 在施工过程中必须对每个施工环节的各种作用 如临时荷 载 温度变化等 进行监测 控制施工过程中的截面最大应力满足规范与设计 要求 以避免意外情况对结构造成危害 保证施工过程中桥梁结构安全 并也 要保证在运营阶段桥梁结构有足够大的安全储备 3 33 3 稳定控制稳定控制 稳定控制的内容包括 局部关键承压杆件稳定控制 大悬臂施工状态局部 和整体稳定控制 拱肋的面内和面外稳定控制 和合龙成桥后局部和整体稳定 性控制 结构失稳是结构在外力增加到某一量值时 稳定性平衡状态开始丧失 稍 有扰动 结构变形迅速增大 使结构失去正常工作能力的现象 在桥梁结构施 工过程中 总是要求其保持稳定平衡 也即沿各个方向都是稳定的 桥梁结构的稳定关系到结构的安全 它与桥梁的强度有着同等重要的意义 特别是对于钢桁梁桥 在施工过程中受压杆件的局部稳定性和整体稳定性都十 分重要 稳定控制的目标是将实测应力限制在具有稳定安全系数的临界应力以 内 3 43 4 温度测量温度测量 温度测试的内容包括 杆件表面温度场测试和大气温度测试 温度测量是为线形监控和内力监控服务的 温度的变化对桥梁结构的内力 和变形都有较大的影响 在钢桥中尤为明显 每次进行线形和内力测量都需测 榕江特大桥施工监控方案 5 量温度场 另选择气温变化较大的一天进行全天测试 每隔两个小时测量一次 找出温度场随时间和空间的变化规律 有助于结构内力 变形等研究工作 3 53 5 反力测量反力测量 反力测量是测量支座处的反力 主要是在体系转换中进行 为体系转换和 钢梁线形调整服务 也有助于杆件内力校核 4 4 施工监控依据施工监控依据 1 铁路桥涵设计基本规范 TB10002 1 2005 2 铁路桥梁钢结构设计规范 TB10002 2 2005 3 新建时速 200 250 公里客运专线铁路设计暂行规定 铁建设 2005 140 号 4 新建时速 200 公里客货共线铁路设计暂行规定 铁建设函 2005 285 号 5 客运专线铁路桥涵工程施工技术指南 6 新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定 铁建设函 2003 205 号 7 铁路桥涵地基和基础设计规范 TB1002 5 2005 8 铁路工程抗震设计规范 GB50111 2006 9 铁路工程水文勘测设计规范 TB10017 99 10 铁路工程结构可靠性设计统一标准 GB50216 94 11 铁路钢桥制造规范 TB10212 98 12 工程结构可靠度设计统一标准 GB50153 2008 13 工程测量规范 GB50026 2007 14 榕江特大桥施工图及设计计算书 5 5 施工监控的实施施工监控的实施 监控过程是与施工过程一一对应的 施工监控的实施也是一个系统工程 包括基础资料收集 理论计算 现场控制点布设等前期准备工作 及现场测试 及其结果分析 并做出控制指令等 5 15 1 基础资料的收集基础资料的收集 1 气象资料 晴雨 气温 风向 风速 榕江特大桥施工监控方案 6 2 实际工期与未来进度安排 3 大桥设计图 具体施工组织方案和施工图 以上数据由相关单位提供 5 25 2 施工仿真计算施工仿真计算 施工过程的仿真计算是根据实测的基本结构参数和材料物理参数 如材料 的容重 强度和弹性模量等 使用的施工工艺和工序等数据 计算施工过程中 各个施工阶段的结构挠度和内力 在结构计算中考虑施工误差 材料属性差异 等因素的影响 根据计算结果为节段施工监控提供施工监控目标值 保证节段 施工的顺利进行 从而保证结构最终达到或接近设计要求的成桥状态 在进行全过程的监控计算中 并行采用有限元通用软件 ANSYS 和桥梁专用 有限元软件 MIDAS 进行模拟计算校核 本桥监控计算模拟桥梁结构的施工过程 进行前进分析 倒退分析以及确定结构在理想状态下各施工阶段结构构件的内 力 应力和变形情况 5 2 15 2 1 施工阶段仿真分析计算施工阶段仿真分析计算 对桥梁施工全过程每一个施工阶段的结构变形 线形 内力 支点反力 进行计算 包括施工前的预测计算及施工后的校核计算 施工前的预测计算是 结合现场实测监控参数 计算下一阶段施工的结构内力状态和位移状态 并据 此为施工单位提供各项施工控制参数的目标值 即包括参数识别 理论计算和 预测控制参数等内容 施工后的校核计算是本阶段施工完毕后 将架设计算结 果与施工监测结果进行比较 若两者差别满足要求 则继续下阶段的预测计算 及施工 若不满足要求 则需根据最新的实测监控参数进行结构分析并对原施 工控制参数的目标值进行必要的修正 提供修正计算后的施工控制参数 预测 计算提供的计算结果包括 1 主梁预拱度和各控制测点目标值 2 关键截面杆件内力 3 临时墩反力及标高 4 各支点的位移 5 关键工况稳定性验算 特别地 主桁梁和拱肋合龙计算 根据成桥设计线形 内力状态目标值 榕江特大桥施工监控方案 7 结合现场施工组织和安装设备 临时设施情况 特别是由于温度变化会引起桥 梁杆件长度的变化 分析研究主梁悬臂安装阶段的应力 线形 温度场监测结 果 计算确定具体的合龙施工控制指标 以使成桥线形及内力状态满足设计目 标 合龙措施的制定应与内力调整一并考虑 尽量避免强制合龙 5 2 25 2 2 监控计算工况及结果监控计算工况及结果 监控计算目的是为了确定施工过程控制参数 指导制订施工方案及工艺指 标 因此 监控计算贯穿主桁梁安装 拱肋及吊杆安装 体系转换和内力调整 等桥梁施工全过程 监控计算结果主要包括 主梁和拱肋的预拱度 施工过程 的节点标高 主桁梁和拱肋应力及挠度 吊杆应力 体系转换及内力调整工序 的控制指标 全过程施工控制预报等 5 35 3 监测方法监测方法 5 3 15 3 1 结构几何测试结构几何测试 1 1 主梁高程监控基准点的建立 主梁高程监控基准点的建立 在大桥施工控制网基础上 在每个桥墩加密设立基准点 即在桥梁构造物 上设置永久性控制监测点 按国家二等测量要求 由大桥施工控制网坐标点和 水准点引测 建立榕江特大桥施工监控高程监控基准点 在后续的结构几何测 试中 各测点均这些控制基准点引测 以减少测量工作量 采用全站仪和水准仪结合使用 建立榕江特大桥施工监控基准点 且每星 期均应对控制基准点进行复测 以避免控制基准点丢失或受到人为破坏而导致 测量误差 确保达到测量技术要求 2 2 桥墩沉降及变形观测 桥墩沉降及变形观测 墩顶布置是调整钢桁梁几何状态的重要手段 在钢桁梁安装过程中起着至 关重要的作用 需通过墩顶布置的位移调整系统来完成柔性拱的高精度定位 做到布置合理 操作灵活 因此桥墩的变形和沉降对大桥线形和内力分配影响 很大 在施工过程中应对每个墩身变形及沉降进行监测 当桥墩建出一定高度 后 分别在每个主桥墩及临时墩垂直线路方向的端点处布设测点 测点为变形 和沉降观测共用 并采用铜质或不锈钢标心 测点应能在施工完成后的运营期 间进行桥梁变形监测时继续使用 桥墩及桥台的沉降观测可根据岸上所设置的高程控制点采用日本Topcom精 榕江特大桥施工监控方案 8 密水准仪 按二等变形测量要求进行观测 根据施工现场的实际条件采用附合 水准路线或支水准路线 采用支水准路线时应进行往返观测 往返较差或闭合 差容许值为 fh 容 0 30mm 当实际较差或闭合差满足要求时 平差求出当期n 各测点的高程 主桥墩和临时墩位移和沉降 半桥向 观测点布置见图 4 和图 5 所示 大 桥为对称结构 另一半采取对称布置 其中在每个主墩墩顶的横轴线上的两侧 布置两个主控测点 在承台的四个边角处布置 4 个辅助控制测点 总共布置 10 个主要控制测点 红色圈点 20 个辅助测点 蓝色圈点 临时墩布 20 个主要 控制测点 32 个辅助测点 钢管桩支架布设 8 个主控制测点和 8 个辅助控制测 点 如图 5 所示 实际布置可针对施工情况进行适应调整 主控测点 辅助测点 图 4 主桥墩位移及沉降测点布置示意图 榕江特大桥施工监控方案 9 图 5 临时墩位移及沉降测点布置示意图 墩身变形及沉降观测周期一般为一周 各期变形及沉降观测应遵守以下基 本原则 a 每次测量前 对所用仪器进行检验与校正 b 各测点每次观测采用相同的观测路线和观测方法 c 各期同一测点的观测采用同一仪器和设备 观测人员基本固定 d 仪器从仪器箱中取出后 至少放置 20 分钟 待仪器温度与周围环境温度 基本一致时才进行观测 e 沉降观测时 各基准点及沉降测点使用同一水准尺 以消除水准尺的零 点误差 f 数据处理时 各期数据采用相同的处理程序和方法 包括输入观测数据 的顺序 在施工过程中 为安装方便以及体系转换 内力调整需要 需进行多次支 座顶落调整 支座顶落梁位移测量采用水准仪或位移计进行 该方法布置 测 量方便快速 适应施工期间墩顶空间紧张的特点 3 3 主桁梁 拱肋标高和中线偏位测量 主桁梁 拱肋标高和中线偏位测量 主梁标高测量是将高程控制基准点设在岸上 用精密水准仪由基准点引测 主梁各控制点高程 为防止基准点移动或破坏 应采取保护措施并不定期对高 程基准点进行复核 拱肋标高观测采用静力水准仪或全站仪测量 中线偏位是根据已架设梁段 榕江特大桥施工监控方案 10 的中线标志 采用小角法直接以全站仪测量其偏角 主桁线形断面测点如图 6 所示 钢梁上弦杆高程测点布置在节点中心 总共布置414个控制测点 在桥门 架处作适当调整 拱肋线形测点布置如图 7 所示 在每一节段的杆件端点处设 置观测点 共布设70个控制测点 图 6 主桁梁标高及主线形测点布置示意图 图 7 拱肋线形测点布置 5 3 25 3 2 杆件内力测试杆件内力测试 结构应力监测是施工控制的主要内容之一 它是结构施工过程中的安全保 证 应力控制的目标是使施工阶段和成桥后的各个设计控制截面的应力状态满 足设计要求 因此 在施工过程中必须对每个施工环节的各种作用 如临时荷 载 温度变化等 进行监测 控制施工过程中的截面最大应力满足规范与设计 要求 以避免意外情况对结构造成危害 保证施工过程中桥梁结构安全 并也 要保证在运营阶段桥梁结构有足够大的安全储备 1 1 应力测试方法 应力测试方法 杆件应力测试主要方法是通过应变测量换算应力值 即 榕江特大桥施工监控方案 11 1 弹弹 E 式中 为荷载作用下杆件的应力 E为钢弹性模量 为荷载作用下杆件 弹 弹 的弹性应变 但实测的杆件应变是包含其它变形影响的总应变 即 2 无应力弹 式中 为弹性应变 为无应力应变 弹 无应力 为了补偿杆件无应力应变 对于该桥 主要为温度变化产生的应变 在布 置应力测点时同时布设无应力计 分别测得杆件应变和无应力应变 即 无应力 可得到弹性应变 再根据钢弹性模量推算杆件应力 弹 对于钢结构 应力测点采用长期性能稳定可靠 抗损伤性能好 设置定位 容易的钢弦应变计 为尽可能消除不均匀温度场引起的温度应力影响干扰测量 值 测量时机选在凌晨至日出前进行 并同时测量各测点温度及大气温度 为保证应力测量元件的成活率 在现场安装时应予以高度重视 元件在钢 梁杆件安装前安装并读取初值 为保护元件长期有效 应对元件采取可靠的保 护措施 元件安装后及时检查其有效性 在桥梁施工期间经常检查 一旦发现 元件失效或损坏 及时更换 2 2 应力测试断面及测点布置 应力测试断面及测点布置 为确定应力测试控制点 先对全桥进行施工阶段初步定性分析 其中由有 限元桥梁专业软件 MIDAS 所建立的成桥桁架梁系分析模型图 8 所示 图 6 成桥三维计算分析模型 由上计算分析模型 仅考虑其自重作用时的轴力等直线结果见下图所示 榕江特大桥施工监控方案 12 图 7 成桥自重作用下的轴力等直线图 在钢梁的悬臂架设过程中 为测试控制杆件的轴向应力 弯曲应力 约束 扭转应力和最大叠合应力 根据对东江大桥特殊节点模型试验测试结果和对类 似桥梁的监控经验 结合初始有限元模型计算结果 对测试断面的各类杆件的 测点布置如图 10 所示 其中红色布点为确定测点 蓝色布点为在关键控制截面 所增加测点 如上下弦杆 拱肋和竖杆靠近支座处截面及跨中截面 最终实际 布点可针对施工情况和测试结果做适当调整 3 3 1 55 212 上弦杆 下弦杆 箱形斜腹杆 工形腹杆 12 吊杆 横梁 1 应力及温度测点 4 1212 3 4 5 3 4 4 图 8 箱型杆件和工字型杆件的应力测点布置 钢桁梁上 下弦杆 测试断面见图 11 所示 共 11 个断面 共布设 168 个控制测点 图 9 主桁梁上 下弦杆及斜腹杆测试断面图 榕江特大桥施工监控方案 13 钢桁梁和拱脚竖杆 测试断面见图 12 所示 共 9 个断面 其中包括拱 脚三个大竖杆断面 每根大竖杆的截面上布三个应力测点 共布设 52 个控制测 点 图 10 主桁梁竖杆测试断面图 斜腹杆 测试断面见图 13 所示 共 7 个断面 共布设 52 个应力控制测 点 图 11 斜腹杆测试断面图 拱肋 测试断面如图 14 所示 共 9 个断面 拱脚处的每个截面布三个 测点 共布设 54 个应力控制测点 图 12 拱肋测试断面图 吊杆 所需测试吊杆如图 15 所示 共 20 根 布设 40 个控制测点 测 点布置在沿吊杆轴向的中间位置 增加吊杆应力测试 有利于达到拱肋线形和 内力双控的目的 图 13 吊杆测试杆件断面图 横梁及横联 在节点 E11 A11 E20 A20 E29 A29 及其对称位置的主 横梁上布置应力测点 在 E19 与 E20 之间的第一根次横梁及其对称位置上布设 榕江特大桥施工监控方案 14 应力测点 在拱脚节点 G9 及其对称位置的横联上布设应力控制测点 横联应力 控制测点都布置在杆件轴向的中间位置 共布设 16 个控制测点 A9 处横联测 试断面如图 16 所示 3 图 14 横联内力测试断面图 图 15 钢管桩支架内力测试断面图 钢管桩支架 测试断面如图 17 所示 每个断面布设两个内力控制测点 两边共 32 个内力控制测点 3 3 临时墩反力监测 临时墩反力监测 根据钢桁梁安装调整和拱肋合龙调整需要 所有墩顶 含临时支墩 均需 布置竖向和横向千斤顶设备 因此 临时墩反力监测可采用直接读取临时墩千 斤顶读数 此方法直接 准确 避免间接测试方法引起的误差 5 3 35 3 3 风力测试风力测试 榕江特大桥桥位区 濒临南海 受海洋气象调节 季节风影响明显 属南 亚热带季风气候 桥区风向季节性变化明显 全年大风 8 级最多为 23 天 30 年一遇风速为 35 7m s 台风是榕江的主要天然灾害 平均每年 0 5 个 最多 年份为 3 个 台风在 7 月份出现的机会最多 出现频率为 60 为了施工安全 只在较小风速下作业 而较小风速对结构架设基本没有影响 因而只从理论上 研究风力对施工安全的影响 而现场不作测试 5 3 45 3 4 温度场测试温度场测试 由于温度变化会引起桥梁杆件长度的变化 从而引起结构线形及内力状态 的变化 因此 温度场的测试也是桥梁施工控制测量的主要内容之一 1 温度场测试断面位置及测点布置与应力测点布置相同 应力测试试元 榕江特大桥施工监控方案 15 件能同时测量温度 2 在各应力测点进行应力测量时同时进行结构温度及大气温度测量 5 45 4 控制方法控制方法 榕江特大桥主桥采用自适应控制方法 基本原理为 通过施工过程的反馈 测量数据 不断更正用于施工控制分析程序的相关参数 使计算分析程序适应 实际施工过程 当计算分析程序能够较准确地反映实际施工过程后 以计算分 析程序指导以后的施工过程 由于经过自适应过程 计算程序已经与实际施工过程比较吻合 因而可以 达到线形与内力状态双控的目的 其基本步骤如下 1 首先以设计的成桥状态为目标 按照规范规定的各项设计参数确定 每一施工步骤应达到的分目标 并建立施工过程跟踪分析程序 2 根据第 1 步分目标开始施工 并测量实际结构的变形和应力等数 据 3 根据实际测量的数据分析调整各统计参数 以调整后的参数重新确 定以后各施工步骤的分目标 建立新的跟踪分析程序 4 反复 1 3 过程即可使跟踪分析程序的计算与实际施工相吻合 各分目标也成为可实现的目标 进而利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程 和必要的调整与控制 榕江特大桥主桥施工中将通过施工中的主梁标高 应变 温度及截面尺寸 等数据采集 在对所得到的数据进行误差分析后 不断修正计算参数 使内力 标高的计算与实测值之差不断缩小 从而使计算程序把握住目前的施工过程 进而预估将来的施工状况 达到施工控制的目的 施工控制框图见图 18 所示 合龙的一般操作方法 实际施工状态与理想设计线形有一定的偏差是在所难免的 而且将发生在 横向 竖向和纵桥向 当然这个偏差应该控制在较小易调范围内 其合龙调整 工序一般为 1 先调横向偏差 2 其次调竖向偏差 3 最后调纵桥向 偏差 调整时可结合外界千斤顶 顶落梁等工具和钢梁本身随温度伸长变化等 特性进行 具体措施有待考察实际情况后进一步研究 杆件安装顺序一般为先 合龙下弦杆 再合龙上弦杆 然后合龙斜杆 待所有主桁杆件闭合后 再安装横 榕江特大桥施工监控方案 16 梁和平联 榕江特大桥施工监控方案 17 图 16 施工过程控制框图 6 6 施工监控的原则与总体要求施工监控的原则与总体要求 6 16 1 监控原则监控原则 本桥施工监控的原则是稳定性 变形 内力控制综合考虑 桥梁的施工监 制是一个预测 施工 观测 识别 反溃 调整的循环过程 施工监制最重要 的目的是确保施工中结构的安全 具体表现为 结构的内力合理 变形控制在 允许范围内 并保证有足够的稳定性 在监控过程中要把握以下原则 1 严格控制施工临时荷载 材料堆放要求定点 定量 2 所有观测记录必须注明工况 施工状态 日期 时间 天气 气温 桥面特殊施工荷载和其它突变因素 3 控制指令表须经有关方确认后方可执行 4 钢桁梁节点位置尺寸检验项目及质量要求见表 1 3 节点标高 杆 件内力 温度 施工 现场数据采集 设计参数误差识别 设计参数误差预测 结构状态判别 综合评 价 是否按原计划继续施工 理论与实测比较 是否 1 查找原因 2 对计算参数进行调 整并重新计算结构 内力 变形 3 主梁实测内力 变 形分析 前期结构分析计算 设置控制目标 榕江特大桥施工监控方案 18 表 1 钢桁梁节点位置尺寸允许偏差 检查项目 规定值或允许 偏差 mm 1 弦杆节点对梁跨端节点中心 联线的偏移 跨度的 1 5000 2 弦杆节点对相邻两个奇数或 偶数节点中心联线的偏移 5mm 3 立柱在钢桁梁的横断面内垂 直偏移 立柱理论的 1 700 4 拱度偏差 设计拱度 60mm 4mm 60mm 设计拱度 120mm 8 的设计拱度 钢梁主桁平面位置 设计拱度 120mm技术文件中另定 5 支点处相对高度梁宽的 1 1000 6 梁跨中心节点处相对高度梁宽的 1 500钢桁梁主桁 相对节点位置 7 梁跨中其他节点处相对高差 根据支点及跨度中心节点 高差按比例增减 榕江特大桥施工监控方案 19 表 2 钢桁梁安装允许偏差和检验方法 序 号 项目允许偏差 检验 方法 1墩台处横梁中线与设计线路中线偏移10mm 2墩台处横梁顶与设计高程偏差 10mm 3每孔梁对角线支点的相对高差5mm 弦杆节点对梁跨端节点为中心联线 的的偏移 跨度的 1 5000 4钢桁梁平面 弦杆节点对相邻两个奇数或偶数节 点中心联线的偏移 5mm 5立柱在钢梁的横断面内的垂直偏移 立柱理论长度 的 1 700 设计拱度 60mm 4mm 设计拱度 120mm设计拱度的 8 6 钢桁梁立面 拱度偏差 设计拱度 120mm按技术文件规定 支座点相对高差梁宽的 1 1000 梁跨中心节点处相对高差梁宽的 1 500 7 主桁相对节 点位置 跨中其他节点处相对高差 根据支点及跨中节点 高差按比例增减 测量 检查 榕江特大桥施工监控方案 20 表 3 支座安装允许偏差和检验方法 序 号 项目 允许偏差 mm 检验 方法 一般高度墩台20 1 支座下座板中心 与墩台纵向错动 量 高度 30m 以上墩台15 一般高度墩台15 2 支座下座板中心 与墩台横向错动 量 高度 30mm 以上墩台10 偏差与桥梁设计中心对称时 30 10 3 同端支座中心横 向距离 偏差与桥梁设计中心不对称时 15 10 下座板尺寸 2000 1 下座板中心十字线扭转 下座板尺寸 2000 1 边宽 固定支座十字线中心与全桥 贯通测量后中心线纵向偏差 连续梁20 活动支座中心线的纵向错动量 按设计气温定位后 3 支座底板四角相对高差1 活动支座的横向错动量3 4铸钢支座 支座下底板中心十字线的扭转1 测量 6 26 2 总体要求总体要求 为保证钢桁梁轴线顺直 拱度符合设计要求 以及利用钢桁梁伸臂安装时 前端的实测拱度值来复核杆件的内力和支承点的反力 钢桁梁安装过程中应随 时测量 发现问题及时矫正 总体要求如下 6 2 16 2 1 线形监控线形监控 1 钢桁梁中心线的测量 每拼装一个节间测量一次 为减少光照对钢桁梁 旁弯的影响 测量工作应选在早晨日出前或太阳刚出 阴天 无风或微风状况 榕江特大桥施工监控方案 21 下进行 测量时吊机暂停工作 2 钢桁梁主桁挠度测量 每拼装一个节间测量一次 填写资料应注明吊机 位置 为保证挠度值的准确性 测量时间和工作状况与上同 3 主桁横断面测量 每孔跨中测一断面 4 支点标高测量 包括桥墩上正式支座和临时支座 膺架支点标高等 5 钢桁梁每架完一孔应及时对所有已架钢桁梁各节点拱度进行观测 6 2 26 2 2 应力监控应力监控 1 各杆件应力测试均应在同一荷载条件下 温度变化较小的时段 凌晨 2 00 6 00 及风速较小的情况下同时进行 2 测试工作贯穿整个施工全过程 在传感器等测试设备的选用上应注意耐 久性和可靠性 3 测试工作主要在节段安装 支点调整 荷载变化较大的施工步骤进行 4 各类测试元件须高精度 高质量 埋设稳固 位置准确 5 钢桁梁测试元件须在自由状态尚未承受荷载时安装完毕 6 外露的测试元件须采用有效的保护措施 避免遭破坏 同时须预先考虑 安装一定的备用元件 7 测试单位须测试提供实桥采用的各类材料常数 8 施工单位应提供测试时实际施工荷载分布图 7 7 施工监控组织机构施工监控组织机构及工作计划及工作计划 7 17 1 施工监控组织机构施工监控组织机构 7 1 17 1 1 施工监控施工监控组织体系组织体系 施工监控是高难度的 但不是孤立的施工技术问题 它涉及设计 施工 监理等单位的工作 为做好本桥的监控工作 建议在组织形式上分两个层次开 展控制工作 即设立施工控制领导小组与施工控制办公室 重大技术问题由领 导小组讨论决定 具体工作由施工控制办公室实施 指令通过监理发出 其组 织机构人员建议安排如下 1 施工控制领导小组 组长 施工单位负责人 榕江特大桥施工监控方案 22 副组长 施工 监控 设计和监理等方面负责人 成员 业主 施工 监控 设计和监理等方面技术负责人 2 施工控制工作办公室 主任 监控方负责人 副主任 业主 施工 监控 设计和监理等方面现场负责人 成员 全体监控人员 现场监理和施工相关人员 7 1 27 1 2 施工监控技术体系施工监控技术体系 施工控制技术体系示意图见图 19 图17 施工控制技术体系 从图 19 可见 桥梁的施工控制与桥梁设计 施工及监理是密切联系的 通 过实时测量体系和现场测量体系 可以采集到桥梁施工过程中的各类控制所关 榕江特大桥施工监控方案 23 心的数据信息 借助桥梁施工控制的计算体系 对采集的数据信息进行分析 尤其是对施工中各类结构响应数据 如变形 应力 温度场等 的分析 可以 对施工误差作出评价 并根据需要研究制订出精度控制和误差调整的具体措施 最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供指导信息 7 27 2 各单位分工各单位分工 1 业主 协调各成员单位的工作 及时召开施工控制会议 2 设计单位 1 提供 a 结构计算数据文件 图纸 结构最终内力状态和线形 b 成桥状态下的杆件控制截面内力和应力 c 成桥线形要求 2 较大设计变更时会签控制小组发布的控制指令表 3 讨论决定较大设计修改 负责变更设计后各种验算 3 施工单位 1 施工组织设计与进度安排 如变更原定施工方案应及早提出 2 施工支撑沉降计算 3 桥面施工荷载调查与控制 4 负责测试元件的现场保护 并为监控单位提供现场测试的便利条件 5 一道工序完成后及时通知监控单位上桥测试 同时递交施工荷载调 查表给监控单位 6 根据主控要求进行误差纠正 4 监理单位 1 签发施工控制指令 2 根据工序和测试通知单及设计图纸严把质量关 5 监控单位 1 拟定施工监控方案和细则 榕江特大桥施工监控方案 24 2 施工过程结构变位 应力 和温度观测 3 识别设计参数误差 并进行有效预测 4 优化调整分析 5 发生较大修改及时向领导小组汇报并会同设计单位提出调整方案 6 主桥竣工后两个月内提交施工监控成果报告 7 37 3 施工监控信息管理施工监控信息管理 在施工控制的日常工作中 信息传递的准确 可靠和畅通是保证施工控制 工作顺利进行的前提 从信息论的观点看 桥梁的施工控制过程是一个信息采 集 信息分析处理 实时控制和信息反馈的过程 结合本桥实际情况 建立如图 20 所示的施工监控过程中的信息传递机制 施工临时荷载状况 位移及线形测试结果 监控信息 临时荷载布置要求 监控必要的其它信息 主梁标高 轴线偏位 温度测试结果 误差分析结果 其它控制信息 监控单位 设计单位 提交测试和误差分析结果 提交指令数据 提交理论分析结果 发布测试和误差分析结果 提交指令数据 发布控制指令 总监办公室 传递反馈信息 协商控制要求 传递反馈数据 执行控制指令 反馈施工结果 建设单位 应力测试结果 控制指令 施工单位 发布控制指令 总监代表办 执行控制指令 反馈施工结果 施工进度 位移及线形测试结果表 施工误差分析报告 温度测试结果表 荷载布置建议文件 主梁施工控制数据表 应力测试结果表 施工进度计划及实际进度报表 施工荷载报表 主梁施工测量报表 施工信息 图 18 施工监控制信息传递机制 榕江特大桥施工监控方案 25 7 47 4 施工监控工作程序施工监控工作程序 由施工监控领导小组从总体上指挥施工监控工作 具体实施由施工工作办 公室完成 首先由施工监控方发出施工监控指令表 然后报监理方确认签发至 施工单位具体实施 一个阶段施工完成后 施工监控方进行简要小结 如正常 则进入下一阶段的施工工作程序 施工监控工作程序见图 21 所示 图 19 施工监控工作程序 7 57 5 施工监控进度计划施工监控进度计划 根据施工单位提供的全桥主跨施工进度安排 结合监控元件定购 供货的 实际情况 初步确定本桥架设的监控工作从 2009 年 10 月开始前期准备工作 2010 年 1 月份开始对边跨钢梁架设进行监控 直到全桥架设完毕 具体监控时 间安排如下 进场前模型的建立及分析时间 2009 年 10 月 15 日 12 月 14 日 前期监控准备时间 2009 年 11 月 15 日 12 月 31 日 进场时间 2009 年 12 月 15 日 钢桁梁架设监控时间 2010 年 1 月 1 日 6 月 28 日 拱肋架设监控时间 2010 年 6 月 29 日 9 月 21 日 榕江特大桥施工监控方案 26 支座安装及体系转换监控时间 2010 年 9 月 22 日 9 月 30 日 说明 以上架设监控工作计划是根据施工单位提供的施工计划安排编写 具体时间由施工现场情况作相应调整 表 4 监控工作计划表 序号项目名称工作内容工期开始时间完成时间 1 1 与设计单位沟通 掌握设计思想 2 2 完成结构的成桥阶段计算 并与设 计单位计算结果核对 3 3 完成结构施工阶段仿真计算 并完 成复核工作 4 前期准备 工作 4 完成编制施工监控大纲及工作计划 77d 2009 年 10 月 15 日 2009 年 12 月 31 日 5 1 完成测点 元件布设工作 6 2 结构线形监测 7 3 杆件应力监测 8 4 提供主跨钢梁合龙时临时墩千斤顶 力及起顶高度 9 钢桁梁架 设监控 5 配合施工单位完成施工工作 180d 2010 年 1 月 1 日 2010 年 6 月 28 日 10 1 完成测点 元件布设工作 11 2 结构线形监测 12 3 杆件应力监测 13 4 提供主跨钢梁合龙时临时墩千斤顶 力及起顶高度 14 拱肋架设 监控 5 配合施工单位完成本阶段施工 95d 2010 年 6 月 29 日 2010 年 9 月 21 日 15 1 完成测点 元件布设工作 16 2 结构线形监测 17 3 杆件应力监测 18 支座安装 及体系转 换监控 4 配合施工单位完成施工工作 9d 2010 年 9 月 22 日 2010 年 9 月 30 日 1 全桥线形调整 19 后期监控 2 支座定位 15d 2010 年 10 月 1 日 2010 年 10 月 15 日 20 编制监控 报告 整理监控数据 文件 撰写监控报告 16d 2010 年 10 月 16 日 2010 年 10 月 31 日 注 上述工作安排主要依据为施工计划安排 若施工有较大变动请尽早提出以便调整施工 监控工作安排 8 8 施工监控人员施工监控人员及主要设备及主要设备 8 18 1 监控人员名单监控人员名单 榕江特大桥施工监控方案 27 表 5 拟投入本项目人员组成表 序号姓名性别年龄技术职称 拟担任的 职务 有何种 证书 岗位情况 1王荣辉男50 岁教授项目经理 检测上岗证在编教工 2王卫峰男42 岁教授 检测部负责人 测量工程师 检测上岗证在编教工 3李新平男47 岁副教授技术部负责人 检测上岗证在编教工 4周颖女38 岁副教授技术顾问 检测上岗证在编教工 5吕建根男31 岁博士后技术顾问 检测上岗证在编教工 6周希平男33 岁讲师检测及试验工程师 检测上岗证在编教工 7谷利雄男32 岁博士技术助理 在编教工 8饶瑞男31 岁博士技术助理 在编教工 9黄永辉男27 岁博士技术助理 在校学生 10蔡禄荣男28 岁博士技术助理 在校学生 11陈孔亮男29 岁博士检测助理 在校学生 12刘长海男24 岁硕士检测助理 在校学生 13韩永华男24硕士检测助理 在校学生 14薛礼建男23硕士检测助理 在校学生 15吴衔女24 岁硕士检测助理 在校学生 8 28 2 主要监控人员联系方式主要监控人员联系方式 表 6 主要监控人员联系方式 联系方式 姓名分工 固定电话手机 王荣辉项目负责人020 8756482013826442455 蔡禄荣现场负责人黄永辉计算负责人陈孔亮测量负责人榕江特大桥施工监控方案 28 8 38 3 主要监控设备主要监控设备 表 7 施工监控仪器设备软件表 序号用途仪器名称仪器型号单位数量厂家 1 全站仪 Leica 台 2 德国 2 反光棱镜 Leica 只若干 3 位移测试 反射片 Leica 片若干 4 精密水准仪 Topcom 台 2 日本 5 测微器 Topcom 个 2 6 挠度测试 铟钢尺2 米把 2 9dataTakerDT615 台 4 澳大利亚 10 振弦检测仪 DT85 台 2 澳大利亚 11 应变计 BGK 4000 个若干国产 12 应力测试 屏蔽线4 芯米若干 13 温度传感器 BGK 应变 计内置 个若干加拿大 14 温度传感器 2热电耦个若干 15 温度测试 dataTakerDT615 DT85 台 4 澳大利亚 17 计算分析软件 MIDAS CIVIL 套 1 韩国 18 计算分析 计算分析软件Ansys 通用有限元套 1 美国 19 笔记本电脑联想台 2 20 台式电脑联想台 1 21 激光打印机 HP 台 1 22 办公设备 传真机 HP 台 1 9 9 施工监控安全控制施工监控安全控制 9 19 1 结构安全预警的措施 结构安全预警的措施 1 施工监控工作在施工监控领导小组的领导下开展工作 有关测试数 据和问题及时向监控领导小组汇报 2 如遇现场测试数据与理论计算数据有较大差距 应及时通知业主 施 工设计 监理 等相关单位 组织技术分析会议 及时查找原因 确定结构的 安全性 榕江特大桥施工监控方案 29 3 如有重大情况发生 监控人员全部到位 立即对结构关键点进行连续 跟踪监测 对监测数据及时进行分析判断 评价结构安全性 及时发出预警通 报 4 项目部加强与其它各单位的信息沟通 保持通信畅通 9 29 2 人员安全保证措施 人员安全保证措施 1 组织措施 a 在监控办公室设立安全生产 文明施工管理机构 配备专人负责安全 生产 文明施工 b 制定以安全生产责任制为核心的各项安全管理制度 c 严格监督检查 消除事故隐患 d 积极开展班前安全活动 广泛开展安全生产宣传 2 技术措施 a 在编制施工组织设计时要有针对性的安全技术措施 b 监控设备在使用过程中 按操作规程使用 加强对机械设备的管理 做 到常检 常修 常保养 保持良好的工作状态 c 监控用电应符合 施工现场临时用电安全技术规范 用其他用电规范的 要求 专人负责用电机具的使用 经常检修用电机具 防止漏电 d 安全防护 现场人员坚持使用 三宝 进入现场人员必须戴安全帽 穿胶底鞋 不得穿硬底鞋 高跟鞋 拖鞋或赤脚 e 夜间操作配备足够的照明设备 坑 洞 沟槽等除做好防护外 并设红 灯警示 榕江特大桥施工监控方案 30 附表附表 A A 施工监控工作量统计表施工监控工作量统计表 附表 A 工程量清单 序号主体名称监控测点名称数量 个 基础沉降及变形30 1 主墩 支座反力10 基础沉降及变形52 2 临时墩 支座反力28 基础沉降及变形16 支座反力16 3 钢管桩支架 内力32 线形414 4 主梁 内力272 线形70 5 拱肋 内力90 6 吊杆内力40 反力监控测点54 内力监控测点414小计 线形监控测点559 榕江特大桥施工监控方案 31 附录附录 A A 钢桁梁桥精确合龙技术理论研究钢桁梁桥精确合龙技术理论研究 榕江特大桥主桁梁有两个合龙口 拱肋也有两个 具有合龙口多 杆件长 在同类桥梁中居世界第一 合龙难度大等特点 若强迫合龙 将会对整桥结构 产生不利的影响 而影响大桥精确合龙的因素又是多方面的 包括制造误差 安装误差 温度误差和荷载误差等 因此 在制定施工监控方案中 必需明确 精确合龙技术理论 近年来 王荣辉教授及其部分学生对此类问题进行过深入 地研究 A 1A 1 制造安装误差参数分析制造安装误差参数分析 钢桥为了减小误差对桥梁结构的影响目前大都采用工厂预制生产现场拼装 的方式 虽然工厂预制杆件的产业化在一定程度上减小了误差对施工过程的影 响程度但制造和安装误差仍然无法避免 制造安装误差主要是由设计参数误差 引起的 所谓设计参数误差 就是我们在进行桥梁结构分析时所采用的理想设 计参数值与结构实际状态所具有的相应设计参数值的偏差 由于这种设计参数 误差的存在 必然使我们通过结构分析而得到的桥梁结构的理想状态与施工后 的结构实际状态之间存在偏差 也就是说结构的实际状态偏离或达不到我们所 期望的理想状态 在大跨度桥梁施工控制中 对于设计参数误差的调整就是通过量测施工过 程中实际结构的行为 分析结构的实际状态与理想状态的偏差 用误差分析理 论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数误差 经过修正设计参数误差 来达到控制桥梁的实际状态与理想状态的偏差目的 使结构的成桥状态与设计 相一致 为了达到这个目的 我们首先要确定引起桥梁结构偏差的主要设计参 数 其次就是应用各种理论和方法来识别这些设计参数误差 最后要得到设计 参数的正确估计值 通过修正设计参数误差 使桥梁结构的实际状态与理想状 态相一致 桥梁结构的设计参数主要是指能引起结构状态 变形和内力 变化的要素 引起结构状态变化的要素主要有 结构几何形态参数 截面特性参数 与时间 相关的参数 荷载参数 材料特性参数等 大跨度钢桁梁桥中的杆件首先是工厂预制 然后运输到现场吊装 在工厂 榕江特大桥施工监控方案 32 预制中 会出现杆件的制造长度和设计长度的偏差 我们将其定义为制造误差 对于杆件悬吊安装阶段 由于是用节点板连接杆件 节点板孔孔径和预先安装 的定位冲钉直径大小不同 安装完成后 节点