线型控制监测方案

1、附件：5线型控制监测方案 目 录1、编制依据12、编制范围13、工程概况14、连续梁桥施工监控的主要内容15 施工监控依据及计算软件36 施工控制的结构分析36.1 施工监控分析计算方法3施工控制计算考虑的主要因素3施工监控分析方法46.2立模标高计算56.3 参数识别与误差分析66.4 立模标高的实时调整与预测67 施工监控实施细则77.1箱梁悬臂施工平面及高程控制实施细则77.2 箱梁温度测试实施细则138 施工监控的精度与原则139 施工控制组织机构及工作流程149.1 施工控制组织机构149.2 施工控制工作流程1510 施工阶段监测实施的总体要求1511 人员与设备1612 安全事项

2、1613 施工监控文件相关表格17郑西客运专线KHZQ11标连续梁桥施工监控实施细则 1、编制依据 1、客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准铁建设2005160号 2、铁路混凝土施工质量验收补充标准铁建设2005160号 3、客运专线铁路桥涵工程施工技术指南TZ213-2005 4、铁路混凝土工程施工技术指南TZ210-2005 5、KHZQ11标段咸阳渭河特大桥（32+2*48+32）m预应力混凝土设计图.2、编制范围 咸阳渭河特大桥跨沣河（32+48+48+32）m预应力混凝土连续梁工程。3、工程概况郑西客运专线是经国务院批准的中国铁路中长期发展规划中的重要组成部分，全长 4

3、84.5 公里，建成后将满足开行时速 200 公里以上旅客列车的需要，也将成为拉动中西部经济腾飞的重要增长点。郑州至西安客运专线引入西安枢纽客运北环线工程KHZQ11标段咸阳渭河特大桥（DK488+656.76DK488+978.36）设计有二联（32+48+48+32）m预应力混凝土悬灌梁，该梁DK488+784.26DK488+897.66段跨越沣河河道，与沣河河道60度斜交，结构特征均为预应力混凝土连续梁桥。4、连续梁桥施工监控的主要内容对大型桥梁而言，理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在

4、建成时得到预先设计的内力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。施工监控的目的就是通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，根据监测结果，评估各主要施工阶段主要构件的变形及应力变化状态是否符合设计要求，判断施工过程是否安全，结构是否正常工作；而当出现较大误差时，应对结构进行误差调整，并对设计的施工过程进行重新安排，从而保证桥梁建成时最大可能地接近理想设计状态，同时也确保施工期间的结构安全、施工质量和施工工期。连续梁桥的施工监控一般有三个方面的主要任务，一是使结构在建成时达到设计所希望的几何形状，二是使结构在建成时达到合理的内力状态，三是在施工过程中保证结构的安全。由于连续梁桥是多次超静

5、定结构，施工过程中箱梁中实际结构尺寸的变化、临时施工荷载的施加，混凝土的弹性模量、收缩徐变，预应力张拉力施加的时间、大小与损失情况对结构的总体受力和成桥线形有很大影响，因此，在施工中如何根据各施工段的实际龄期考虑混凝土收缩、徐变，考虑实桥混凝土取样的实测弹性模量、成桥实际几何尺寸等的现场信息反馈来确定相关参数，使计算状态尽可能与实际相符，达到自适应状态，确保桥梁总体受力和成桥线形是悬臂施工连续梁桥施工监控的主要任务。根据以往这类桥梁施工控制的经验，大跨度连续箱梁桥施工误差主要出现在以下几个方面：混凝土材料的容重、弹性模量因混凝土配合比不同而异；环境温度、日照及空气相对湿度的影响；悬臂施工挂篮作

6、用在箱梁上的反力、施工荷载等；施工时因模板变形等原因造成的梁段自重变化；混凝土收缩、徐变变形复杂性的变形差异；各梁段预应力的实际张拉力与理论值之间的差异等；预应力的松弛、徐变分析的不确定性；上部结构合拢顺序的变化。根据咸阳渭河特大桥跨沣河连续梁桥桥型及施工方法的特点，施工监控的主要内容可概括为： 配合施工单位对悬灌施工方案提出合理建议； 复核设计单位提供的主要工况的挠度变化值； 提供合理的施工立模标高及混凝土浇注方案建议； 协助设计单位提供合理的合拢温度； 协助设计单位提供成桥后桥面铺装标高； 从施工角度优化设计方案； 对于施工工艺提供参考意见，对施工中出现的问题和意外事故会同有关部门提出处理

7、的参考方案。5 施工监控依据及计算软件5.1施工监控依据（1）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）（2）铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）（3）铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）（4）铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB10415-2003）（5）连续梁桥施工设计图（6）相关各方提供的有关技术资料5.2施工监控软件（1）桥梁博士V3.03（平面杆系有限元分析）（2）ANSYS（块体元分析）（3）MIDAS/CivilV（计算校核）6 施工控制的结构分析6.1 施工监控分析计算方法6.1.1施工控制计算考虑的主要因素1)施工方案与

8、施工荷载由于预应力混凝土连续箱梁桥的恒载内力与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前首先对施工方法和架设程序作较为深入的研究，并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。2)预加应力预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中将在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。3)混凝土收缩徐变计算时，计入混凝土收缩徐变的影响。4)温度温度对结构的影响是复杂的，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施如指定观测时间和建立误差分析方法等予以消除，减小其影响。5)几何非线性影响在施工控制计算中将考虑几何非线性的影响。6)施工进度施工计算将按实际的施工进度分别考虑各个

9、部分的混凝土收缩徐变变形。6.1.2施工监控分析方法桥梁施工控制经过最近十多年的发展，形成了一定理论方法。目前石家庄铁道学院在施工控制方面，主要采用自适应控制的思路。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识系统中自动调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算调整各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。因此，施工控制是一个施工量测识别修正预告施工的循环过程。1）前进分析按设计状态，根据预定的施工速度和施工程序，获得每阶段的内力

10、和挠度以及最终成桥状态的内力和挠度。2）倒退分析按设计状态，根据规定的施工程序，获得每阶段的内力、挠度并根据前进分析结果计算出收缩徐变对内力、挠度的影响量，并确定各施工阶段的立模标高。每一节段分4阶段完成：挂篮就位和立模混凝土浇筑张拉预应力及拆模挂篮前移。3）实时跟踪分析根据实测数据，用自适应优化控制法计算出各阶段的实际状态，得出下一步施工预测值和最优调整方案。4）标高的预测报警根据实测数据，绘制各节段在各阶段施工时的标高曲线，在施工过程中将实测曲线逐步绘到同一张纸上，分析吻合程度和变化趋势，作为指导下一步施工依据，如有意外及时采取措施。通过施工控制预测、实测值得出以下对比数据，检验控制的效果

11、：设计标高、预测标高、实际标高、对比曲线6.2立模标高计算在主梁的挂篮现浇施工过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好；如果考虑的因素和实际情况不符合，控制不力，则最终桥面线形会与设计线形有较大的偏差。众所周知，立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：式中：i位置的立模标高（主梁上某确定位置）；i位置的设计标高；由梁段自重在i位置产生的挠度总和； 由张拉各预应力在i位置产生的挠度总和； 混凝

12、土收缩、徐变在i位置引起的挠度； 施工临时荷载在i位置引起的挠度； 二期恒载在i位置引起的挠度； 挂篮变形值。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘出挂篮荷载挠度曲线，进行内插而得。而、五项在前进分析中已经加以考虑。6.3 参数识别与误差分析按照自适应控制思路，采用最小二乘法进行参数识别的误差分析方法。当结构测量到的状态与模型计算不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去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。

13、在实际施工过程中的参数识别应该采用理论分析与试验测试相结合的方法，才能更准确、更迅速的识别参数误差。对各参数误差进行敏感性分析，初步选定待识别的主要参数如下：1） 梁段自重，为各施工梁段的重量，混凝土浇筑超方和欠方的影响。2） 结构刚度，包括所有单元的EI，EA.3） 混凝土收缩徐变，主要是计算模型的各项参数。4） 温度，为各施工状态下结构中温度场的分布情况。5） 预应力，主要为预应力有效值计算中的各个参数。6） 施工荷载，为各个施工状态施工临时荷载的施加、移动和去掉等情况。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。曲线拟合记录

14、见“曲线拟合记录表”。参数调整记录填写“参数调整记录表”。6.4 立模标高的实时调整与预测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，预测值与实际值不一定相符，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。预测高程填写“施工立模标高计算表”。7 施工监控实施细则7.1箱梁悬臂施工平面及高程控制实施细则为了保证该连续梁桥采用悬臂浇筑施工方法的质量和安全，控制每一梁段施工的中线位置和标高，监测施工过程中各块箱梁的挠度变化情况，为箱梁标高调整提供依据，保证悬臂浇筑施工的悬臂合拢平面和高程差控制在设计要求的范围之内，根据连续梁桥施工设计图及施工单位提供的有关资料，特制定箱梁

15、施工的平面和高程控制实施细则。7.1.1 箱梁施工测量网的建立(1)为预应力混凝土箱梁悬臂浇筑施工服务的测量控制网应一次建立在各墩的承台上，而后再根据施工的进度安排将承台上的控制点转移到各自的 0号块上。(2) 平面控制网由桥面中轴线组成，控制网可借助已建立的施工控制网。平面控制网采用经纬仪或全站仪建立。(3) 高程控制网依托已建立的控制网点，采用二等水准测量的方法，变换仪器高法，先在各桥墩承台上各设一个高程控制点，待箱梁0号块竣工后，用水准仪加悬挂钢尺的方法移至0号块顶面上或用全站仪建立。0号块上的水准点即为箱梁悬臂浇筑施工的高程控制点。(4) 各墩上0号块箱梁顶面布置9个施工控制基准点，如

16、图1。图1 0号块顶面测量基准点布置示意(单位：cm)图1中各点均为箱梁各悬浇节段高程观测的基准点。各墩上0号块箱梁顶面的施工控制基准点位置按图1严格定位。各点位置及各点间距离与图1所示值相差不得超过±10毫米。(5)在箱梁悬臂施工中，对于高程控制的基准点，在下述情况下应进行复测：结构受力体系转换后；墩基础发生较大沉降变化时；施工控制组经分析后认为有必要进行复测时；施工进行三个月后。 基准点的复测工作要求参照有关条款执行。7.1.2 基准点和梁段测点的埋设(1)箱梁的0号块基准点布置见图1示。基准点标志可用16毫米直径螺纹钢筋制作。钢筋露出顶面混凝土约2厘米，露出端上部加工磨圆并涂上

17、红漆。(2)箱梁的各悬臂施工梁段的测点布置见图2。图2 悬浇阶段梁测点布置示意（单位：cm）每个悬浇箱梁节段在顶板上各设3个高程观测点，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。3个高程观测点以箱梁中线为准对称布置，测点离节段前端面20厘米处。标高测点设置后，要准确地建立该断面梁底高程的关系，测量成果以梁底高程为准。测点标志仍采用16毫米直径螺纹钢筋制作。在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，并要求垂直。钢筋露出箱梁截面混凝土面2厘米，露出端要加工磨圆并涂上红漆。悬浇箱梁节段的测点既为控制箱梁中线平面位置的测点，又为箱梁的标高控制点和挠度变形观测点。(3) 箱梁的0号块基准

18、点、悬浇节段的挠度变形观测点应严格按照规定的位置埋设，各点位置及相互之间距离的埋设误差控制在±10毫米以内。埋设的钢筋测点必须与箱梁顶板中上、下层钢筋焊接牢固，其底端要抵紧底板的底模板。在混凝土施工中严禁踩踏、碰撞。(4)本节所指的基准点，其使用期为箱梁整个悬臂浇筑施工期。应对所有基准点和测点加以保护，不得损坏和覆盖。7.1.3 箱梁悬浇施工控制测量工作(1)当箱梁当前悬浇节段的施工挂篮初步就位后，先根据箱梁截面控制网，采用全站仪或采用经纬仪穿线法或盘左盘右法进行悬浇节段平面中线位置放样。然后，根据箱梁节段立模标高通知单，安装底模、侧模和顶模，调整挂篮前吊杆高度等方法使底模标高、顶板

19、底模标高满足通知单要求，误差不应该大于±10mm（高程）和-5mm(中轴线位置)。(2) 箱梁每一节段悬臂施工过程中，施工单位应进行以下工况的挠度测量和高程控制测量： 挂篮就位立模后； 箱梁混凝土浇筑前；浇筑箱梁混凝土后； 纵向预应力钢束张拉后。 同时，应进行以下两个工况的箱梁平面中线位置控制测量，即： 挂篮就位及立模板后； 浇筑箱梁混凝土之后。(3)箱梁悬浇施工中挠度变形观测一般以闭合水准路线的形式进行观测。为了克服温度变化所引起的变形影响，固定观测时间比较重要，一般应选择在清晨6：30（春、冬季）5：00（夏、秋季）以前完成外业测量。另外，箱梁浇筑混凝土后也应在次日的清晨时间测量

20、变形。 (4)在现场测量中，若实测梁段的标高值与预测标高计算值差值大于15mm时；实测箱梁平面中线位置差值大于5mm时，应进一步核实测量结果，待监理认可测量结果后方可结束测量工作。(5)桥墩基础沉降观测是箱梁悬臂施工控制观测的组成部分。桥墩基础沉降观测点设在各墩的承台上，每个承台上设4个测点（对称设置），测点采用承台埋置式测点。桥墩基础沉降观测按相关测量的精度等级要求进行实测。根据施工进度情况，应在下述工况时测量：0号、1号块施工完毕；每孔合拢前、后。施工进行三个月后。每个桥墩基础沉降观测资料应及时整理。当出现异常沉降时，应分析异常沉降原因及时上报施工控制组以供分析决策用。(6) 温度变化对箱

21、梁长悬臂标高影响的监测工作当箱梁悬浇施工至长悬臂状态时，大气温度变化、日照温差等对长悬臂箱梁变形影响显著，为了保证各跨箱梁顺利合拢和线形控制要求，必须进行悬臂标高的24小时跟踪测量，同时量测相应的气温变化值。当箱梁施工悬臂状态经历冬、春季，也由施工控制组决定是否要增加这项测量工作。7.1.4 箱梁体系转换及合拢的监测(1) 连续箱梁体系转换及合拢段是全桥施工的重点，也是线形控制的重点。对施工悬臂的合拢精度要求为：箱梁平面中线位置误差不大于15mm；悬臂端高程差不大于+15mm、-5mm。 (2) 在各孔体系转换及合拢段施工前，对各T悬臂箱梁高程进行联测。(3) 合拢段施工的高程观测按以下五个工

22、况实测：1）安装模板前；2）浇筑混凝土前；3）浇筑混凝土后；4）张拉部分纵向预应力钢束后；5）张拉完所有预应力钢束后。(4) 当合拢采取压重等技术时，应在整个合拢段混凝土施工中进行变形监测。7.1.5 影响箱梁挠度变形的因素处理(1) 挂篮变形挂篮在箱梁自重和其他施工荷载作用下将发生变形。这种变形一般包括弹性变形和非弹性变形。为了掌握挂篮变形的大小，要根据挂篮形式，按照不同梁段的重量及施工荷载（模板重量、施工人员数目等）分别计算相应变形。挂篮变形要通过预压试验才能最终获得。预压试验可视施工现场情况采用外力加载法和内力加载法。预压试验可采用分期加载方法。分级加载次数及加载量尽量与梁段实际接近。加

23、载时每级荷载持续时间不少于三十分钟。在加载预压试验中，对挂篮受力主要构件及结果观测变形。由挂篮预压试验应整理出加载变形曲线，并且得到各梁段施工时挂篮的竖向变形值。每个挂篮都需要进行预压。预压加载最大值为最大浇筑块件重量的1.31.4 倍。(2) 支架和托架变形对于边跨现浇段和各跨的0号块是采用支架施工。在支架投入施工使用前，须进行支架的静载试验。支架静载试验采用分级加载，每级荷载持续不少于30分钟，最后一级为1小时，然后逐级卸载，分别测定各级荷载下支架和梁的变形值。支架静载试验的最大加载按设计荷载的1.31.4倍计。支架静载试验结果应获得各级加载和卸载时，相应的支架和梁变形值。(3) 混凝土弹

24、性模量与容重按有关规范规定，按箱梁悬臂浇筑混凝土现场取样，制成试件。先对试件进行尺寸精确量测，再由称重法测得实际容重。再分别测定7、14、28天龄期的弹性模量值。以得到完整的弹性模量与龄期t（天）的变化曲线。（4）预应力管道摩阻损失的测定预应力的大小决定了本桥的施工成败，因此预应力施工是本桥的最重要的施工工序。施工监测内容及目的将顶板、底板索的预应力管道选取至少3束不同角度的预应力管道进行摩阻损失试验，以获取其设计中采用的预应力损失计算参数、。施工监测方案许多工程实践表明，采用悬臂施工桥梁，不同施工阶段或不同张拉吨位下，预应力束长度的不同，其、不同。因此在连续梁桥悬臂施工中，在不同的施工阶段(

25、特别是在将要合拢的梁段张拉施工时)计划采用以下方法进行预应力摩阻损失参数、的多次校核，以确保预应力张拉力准确。即：测试前在预应力锚具下安装压力传感器，按预应力摩阻损失测试的要求，分级进行预应力张拉，通过一端张拉预应力索测取锚具下传感器力值，由张拉引伸量等数据，可得出实际预应力管道的参数、，然后推算预应力管道摩阻损失。7.2 箱梁温度测试实施细则温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节温度变化和日照温度变化两类。在这两类温度变化中，季节温差对主梁挠度的影响比较简单变化具有均匀性，可通过采集各节段在各施工阶段的温度，输入计算机中，分析其对主梁挠度的影响。而日照温差的变化最为复杂，尤其是日

26、照作用会引起主梁顶板、底板的温度差，导致主梁发生挠曲。日照温差对主梁挠度的影响一般需要埋设温度测点，摸清主梁日照温度变化的规律。(1) 根据温度测试目的的不同，分为如下二类测试项目。第一类，观测大气温度变化对箱梁悬臂施工时的挠度影响，以便更准确地控制线形。第二类，观测箱梁混凝土在硬化过程中，梁壁板混凝土内部温度变化，以控制混凝土浇筑施工后可能出现非正常温度裂缝。观测箱梁在施工期间，日照温差、骤然降温等对箱梁的影响。当箱梁悬浇施工至长悬臂状态时，大气温度变化、日照温差等对长悬臂箱梁变形影响显著，为了消除日照温差对梁体变位的影响，采用以下的方法：1）各项测量工作须安排在清晨日出之前进行，可不计日照

27、温差的影响；2）当测量工作不能全部安排在清晨进行时，须对测量数据进行日照温差修正。从积累的施工控制经验看，由于日照温度场不易在有限元计算中模拟，所以实践中以采用根据实测数据进行实时修正的方法为主；选择有代表性的节段在典型天气时对箱梁进行24小时跟踪测量，得出箱梁变位与测量时间的关系，并在测量数据中予以修正。8 施工监控的精度与原则(1)控制指令执行原则与允许误差1）主梁立模与预应力束张拉必须在一天中相对稳定均匀温度场（一般为日出前）中完成;2）立模标高允许误差：±5mm；3）所有应变、温度测点必须在一天中相对稳定均匀温度场（一般为日出前）进行全部的测试工作。(2)主梁控制误差1）标高

28、误差：+15mm;-5mm2）轴线偏差：±15mm3）同跨对称点高差：±10mm4）合拢高差：15mm(3)应力：满足设计要求。(4)其它断面尺寸等参数允许误差按有关规范取用。9 施工控制组织机构及工作流程9.1 施工控制组织机构施工控制系统，施工控制的实施涉及到施工的方方面面，必须建立完善、有效的控制系统才能达到预期的控制目标，施工控制系统如下： 施工控制管理分系统桥梁施工控制系统 结构监测分系统 控制分析支系统 施工现场控制分系统 参数识别支系统 误差分析支系统 状态预测支系统 综合调优支系统图3 桥梁施工控制系统图按照施工控制系统的结构原则建立连续梁桥施工控制组织机构

29、。为获得足够的技术支持，防止意外，确保施工安全，设立顾问组。顾问组由我院知名桥梁专家、教授组成，施工控制组织机构如下：图4 桥梁施工控制组织机构职责：1）施工：按提供的标高和施工措施施工并控制施工荷载；2）检测：测定线形在各施工阶段的数值，发现异常情况；3）控制：根据检测数据，修正施工控制值并提出修正措施；4）顾问：负责组织顾问对重大问题的讨论。9.2 施工控制工作流程施工控制是一个施工 量测 识别 修正 预测 施工的循环过程，即如图5所示的控制分析流程，目的是使施工按照预定的理想状态（主要是施工标高）顺利推进。而实际上不论是理论分析得到的理想状态，还是实际施工都存在误差，所以，施工控制的核心

30、任务就是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状态作出预测。图5 控制分析流程10 施工阶段监测实施的总体要求(1) 严格控制施工临时荷载。材料堆放要求定点、定量。(2) 测量工作主要由施工方执行，监控方辅助执行，以便于在现场及时校对，同时由监理方进行监测。(3) 每一施工阶段完成后，由有关方进行测试，确认测量结果无误后方可进行下一阶段的施工。(4) 主梁挂篮立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑完成和预应力张拉后的测试工作必须回避日照温差的影响。日温差大的天气在午夜后2时至日出前进行，日温差小的天气可在其它温度场比较均匀的时间进行。(5) 所有观测记录须注明工况（施工状态）、日期、时间、天气、气

31、温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素。(6) 每一阶段完成后，有关方需把数据及时汇总至控制方。11 人员与设备（1）人员安排序号姓名职务、职称项目分工备注1博士、教授顾问2硕士、副教授项目负责3博士、副教授理论分析4硕士、副教授误差分析5硕士、讲师误差分析（2）主要仪器和设备序号设备名称数量备注1计算机12笔记本电脑13激光打印机14Midas6.711计算分析5ANSYS计算程序1局部应力分析6桥梁博士分析软件1计算分析较核12 安全事项为了确保试验安全顺利进行，防止安全事故发生，特制定本安全规程，全体试验人员必须认真执行。（1）牢固树立安全意识，提高警惕，消除各种隐患，杜绝安全事故的发生。（2）加强组织与管理，并设置专职安全员，全面负责安全检算与监管工作，全体试验人员必须严格遵守现场纪律，服