跨京广铁路特大桥连续梁悬臂灌筑施工线性监控技术

蒙华铁路连续梁悬臂灌筑施工线性监控技术蒙华铁路跨京广铁路特大桥梁体为大跨度预应力单箱单室、变高度、变截面直腹板形式，该桥施工工序和施工阶段较多，为确保梁体线形和施工过程中结构的安全，通过多方案的比较，采用悬臂灌筑施工。各阶段施工过程中相互影响，且这种相互影响又有差异，这就导致各阶段混凝土浇筑过程的内力和位移产生变化而偏离设计值的现象，通过施工线性监控、及时发现、及时调整，解决合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好。随着铁路建设的跨越式飞速发展，各种大跨度预应力混凝土连续梁在桥梁建设中也是屡见不鲜，得到广泛应用。施工采用的方法多为对称悬臂施工，其各阶段施工过程复杂、受到许多不确定和确定因素的影响，结构受力在各施工阶段伴随着结构体系、约束条件和荷载作用的变化而不断变化，导致桥梁连续梁结构的实际状态偏离设计值和理论计算值。因此，在大跨度悬臂连续梁施工过程中必须实施严格的全过程施工控制，对桥梁的实际反应（线形、高程、应力等）进行线性监控，控制桥梁线形和结构内力等在规范和设计允许范围内，确保桥梁悬臂施工顺利合拢。MHTJ-26标段位于蒙西至华中地区铁路煤运通道的中段，位于湖南省岳阳市，由北至南依次经过岳阳市建新农场、君山区、岳阳楼区和云溪区。跨京广铁路特大桥梁体截面均为单箱单室，变高度，变截面箱梁，底板，腹板，顶板局部向内侧加厚，均按直线线性变化，箱梁顶面宽度11.02～12.02m，线间距4m，箱梁顶宽11.02m线间距5m，箱梁顶宽12.02m,线间距大于4m，相应增加翼缘悬臂板长度。曲线上梁按曲梁曲做布置，梁体沿左线中心线布置，相应的梁体轮廓尺寸均为沿左线中心线的展开尺寸，位于曲线段上时，梁体轮廓，普通钢筋，预应力钢束及管道等均以左线中心线为基准线沿径向依据曲率进行相应的调整，支座亦按径向布置。本桥采用挂篮悬臂施工方式，悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法，对于预应力混凝土连续梁桥来说，采用悬臂施工方法虽有许多优点，但是这类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，当跨数增多，跨径较大时，为保证合拢前两悬臂端竖向挠度的偏差不超过容许范围，须对该类桥梁的施工过程进行控制。图1跨京广铁路特大桥（40+72+40）m上部结构图（cm）3.大跨度连续梁悬臂灌筑施工线性监控应用随着交通运输业的快速发展，使得一些大跨度桥梁的建设不断涌现。从而使得挂篮悬臂浇筑法在大跨度预应力混凝土连续梁施工中被广泛应用。由于大跨径预应力混凝土连续梁施工过程中受挂篮自重、风力、施工荷载、变形等因素的影响，使得桥梁线形的控制难度增大。为确保两悬臂端梁体合拢前轴线及高程误差及合拢后梁体各项指标控制符合规范、设计要求，必须明确规定桥梁主梁的挠度等施工控制参数，并在施工过程中加强管理和控制，及时调整线形控制参数，以确保桥梁施工过程中结构可靠性和安全性，并保证在成桥后主梁线形偏差在设计允许范围内。3.1施工监控的必要性桥梁的几何线形和结构内力状态不仅与桥梁设计有关，而且还对科学合理的施工方法有所依赖。桥梁施工关键问题和困难在于施工过程如何控制，施工前预先取得设计应力状态和几何线形。同时，桥梁实行长期监测原始依据在于施工控制取得的数据，这也是桥梁今后运营监测的起点。悬臂浇筑的预应力混凝土连续梁施工中也许遇到的情况设计时尽管已经考虑了，但是诸多因素施工中出现，事先是无法精确预测，在设计时也是很难精确把握，如混凝土徐变收缩、材料弹性模量、施工荷载、有效预应力大小、挂篮重量取值和温度对结构的非线性影响等因素，为了使桥梁建造成型后达到设计意图，施工过程必须严格进行监测，并对监测的结果进行分析比较，从而对设计的施工过程进行相应调整，最终桥梁结构状态达到施工和设计相符。3.2施工监控基本理论在跨京广铁路特大桥（40+72+40）m的施工监控中，对梁体线形进行重点控制。在控制过程中，结构参数采用最小二乘法进行调整、估计。(1)悬臂施工阶段控制特点悬臂施工阶段连续梁桥是静定结构，成桥后内力偏离设计值一般合拢过程中如不施加额外的压力一般不会偏离太多，因此施工严格控制连续梁主梁线形。若出现误差的施工梁段，除对预备预应力束张拉调整外，基本没有其他的手段进行调整，这种调整手段对梁体受力也不利，允许调整量也是有限的。因此，线形误差一旦出现，将永远存在，已施工梁段的残余误差通过立模标高调整来解决未施工梁段，对于较大的残余误差，则需经过多个梁段的调整才能完成。综上分析，施工连续梁悬臂浇筑标高控制的特点，在于已完梁段的误差无法调整，而正装模拟计算的立模标高影响未完梁段，与已完梁段误差基本无关。因此，自适应施工控制原理（见图2）的下半环，连续梁施工控制量反馈计算一般不起作用。同时，上半环实际施工过程与计算模型计算出的预报标高是否吻合，对计算模型及参数估计的修正显得更为重要。图2自适应施工控制基本原理(2)自适应施工控制系统预应力混凝土连续梁在有限元计算模型中的计算参数取值，是影响结构受力的重要因素。计算模型中的参数取值是根据施工实测到的结构反应进行修正，自动适应结构的物理力学规律必须使实际结构与计算模型磨合一段时间后，自适应控制系统在闭环反馈控制的基础上，再对一个系统参数进行辩识，这就使控制调整量更为精确。桥梁采用悬臂浇筑施工，主梁墩顶附近的变形小、线刚度大，因此，全桥线形控制初期，采用自适应控制思路对参数不准确带来的误差影响较小。施工经过多节段后，跨中变形较大的节段通过不断的修正计算参数，从而为全桥施工控制创造良好条件。4.桥梁施工控制结构分析4.1施工控制方法每个阶段的变形计算和受力分析是连续梁结构悬臂施工最基本的内容，施工过程复杂和结构体系过程转化。施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形和受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，必需对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必需采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该桥的实际情况，采用正装分析法和倒退分析方法进行施工控制结构分析。正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可用来指导桥梁施工，还能为桥梁施工控制提供依据，同时在正装计算中能较好的考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如混凝土的收缩、徐变问题。正装分析不仅可以为成桥结构的受力提供较为精确的结果，还为结构刚度、刚度验算提供依据，而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构的施工控制奠定基础。倒退分析方法假定在成桥时刻时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，轴线满足设计线形要求，按照前进分析的逆过程对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响，