56m下承式简支钢管混凝土拱桥线性监测方案

5m下承式简支钢管混凝土拱桥

线型监测方案

一、工程概况

（一）桥梁概况

新建郑州至济南铁路山东段56m尼尔森体系简支拱桥1座，结构

类型为下承式简支钢管混凝土拱桥。

（二）技术标准

L线路级别:正线双线，设计速度目标值采用350km/h,线间距

5.Omo

2.轨道标准：铺设无缝线路，钢轨60kg/m。

3.轨道结构型式：本标段采用CRTSIH型板式无昨轨道。

4.纵坡：位于-4.1%。的纵坡上。

5.设计荷载:

(1)恒载

①结构构件自重：按《铁路桥涵混凝土设计规范》(TB10092-2017)

采用。

②桥面二期恒载：141.3kN/m。

③混凝土收缩徐变：按《铁路桥涵混凝土设计规范》

(TB10092-2017)采用。

④温度力：拱肋合龙的设计温度为14±5℃。二期施工前，系梁

顶板裸露，系梁纵横向计算时，顶板全宽考虑20c的升温，不考虑

降温。

(2)活载

列车竖向活载纵向计算采用ZK标准活载；

列车竖向活载桥面横向计算采用ZK特种活载。

6.施工方法：钢管混凝土拱及混凝土梁均采用支架法。

(三)设计参数

L拱肋:梁全长131m,计算跨度128m,矢跨比二1：5,拱肋立面

投影矢高25.351m。拱肋采用悬链线，拱肋在横桥向内倾8度呈提篮

式，采用尼尔森体系。拱顶出两肋中心距9.774m,拱肋断面采用哑

铃型钢管混凝土等截面，截面高度3.4m,钢管直径1.2联拱管及腹

腔内灌注C55自密实补偿收缩混凝土。

2.横撑：拱肋之间设1道一字撑及6道K撑。一字撑采用外径

L4m的圆形钢管组成，斜撑采用外径0.9口的圆形钢管组成，钢管内

均不填充混凝土。

3.吊杆：采用尼尔森体系布置，横桥向水平夹角为82度。吊杆

间距为8m,两交叉吊杆之间的横向中心距为341m*吊杆均采用127

根。7高强低松弛镀锌平行钢丝束，冷铸墩头锚。吊杆张拉端设置于

拱肋端。吊杆内设磁通量传感器以便对施工过程及后期吊杆应力进行

长期监测。全桥共设28对吊杆。

4.梁部：系梁全长131m,梁端采用实心矩形截面，宽19.3ni,高

2.5m（不含桥面坡），两端实心段各长8m。普通段采用单箱三室截面，

宽18.5m,高2.5m（不含桥面坡），长115m。箱梁顶板厚35cm,梁端

局部加厚至85cm；底板厚35cm,梁端局部加厚至85cm。横向四腹板，

厚度35cm,梁端局部加厚至135cm（边腹板局部加厚至130cm）；吊

点处设横梁，横梁厚度40〜60cm。

（四）所用材料

1.混凝土：梁体混凝土强度等级为C55,封锚采用强度等级为C55

的干硬性补偿收缩混凝土，防护墙及电缆槽竖墙混凝土强度等级为

C40o拱肋中灌注C55自密实补偿收缩混凝土。

2.钢材：拱肋钢管，横撑均采用Q345qE钢材，应符合《桥梁用

结构钢》（GB/T714-2015）规定。

3.预应力体系

（1）纵向预应力体系

预应力筋采用1X7-15.2T860-GB/T5224-2014预应力钢绞线,

锚固体系采用自锚式拉丝体系，预应力管道采用圆形镀锌金属波纹管

成孔。

(2)横向预应力体系

预应力筋采用1X7-15.2-1860-GB/T5224-2014预应力钢绞线；

锚固体系采用BM(P)15-4.BM(P)15-5锚具及配套的支承垫板,

预应力管道采用内径70X19mm.90X19mm扁形镀锌金属波纹管成孔。

(3)预应力损失

纵向、横向预应力筋锚口及喇叭口损失按预应力钢束锚外控制应

力的6%计算，纵向预应力管道摩阻按圆形镀锌金属波纹管成孔计算，

管道摩擦系数取0.26,管道偏差系数取0.003。

4.吊索：吊索采用PES(07-127成品索，抗拉强度标准值为

1670MPao

二、施工监控的目的及意义

(-)施工监控的目的

结构的理想状态与实际的偏差称为误差，误差在施工中无法避免。

误差按来源分为：结构设计参数误差，结构分析模型误差，测量误差

和施工误差.具体到施工误差，主要有以下几个方面：

混凝土系梁施工时：由于混凝土材料是非匀质材料，且材料特性

不稳定，它受到温度、湿度、时间等因素的影响会产生收缩和徐变；

混凝土浇筑时，支架会产生向下变形，而当预应力筋张拉时梁体会向

上挠曲。由此，这些影响因素必然造成各节段的位移随混凝土浇注过

程变化而偏离设计值。

拱肋施工时：各节段拱肋存在加工误差，现场采用支架拼装时,

支架会受压变形，由于高空作业，安装时存在安装误差，施工现场的

温度与设计采用的温度不可能完全一致，由此引起温度误差。这些影

响因素必然造成各节段的位移偏离设计值。

吊索安装时：吊索加工误差，锚具加工误差，索力张拉误差等。

所有这些误差累积，就会使桥的实际线形和受力偏离理论状态,

造成隐患。为了减小误差，保证施工质量，必须对建桥的整个过程进

行严格的施JL监控，以使成桥的线形和受力符合设计要求。

（二）施工监控的意义

桥梁施工监控是桥梁施工的质量和安全保障。当桥梁按预定的程

序进行施工时，施工中的每一节段结构变形都是可以预计的，同时可

通过监测手段得到各施工阶段结构的实际变形，从而可以跟踪掌握施

工进程和发展情况。当发现施工过程中监测实际值与计算的预计值相

差过大时，就立即进行检查和分析原因，避免施工质量和安全事故的

发生。

三、施工监控的原则

施工监控原则

施工监控的最终目标是确保成桥后结构受力和线形满足设计要

求，施工监控中须遵循二个方面的原则：线形要求与线形的调控手段。

1.线形要求

线形要求包括顺桥向混凝土系梁的梁顶标高和拱肋轴线标高。在

施工过程中，通过设置合理的预拱度，使成桥后恒载下混凝土系梁的

梁顶标高和拱肋轴线标高满足设计标高的要求。

2.线形的调控手段

在施工过程中，由于各种因素的影响，使得结构的实际状态可能

会偏离设计状态，为了使成桥的线形满足设计要求，就必须采用有效

的调控手段。

拱桥的混凝土系梁和拱肋均采用支架施_L,一旦立模标高确定,

这个阶段混凝土系梁和拱肋的形状即初步确定了，唯一可以调整的就

是索力，但是这个调整量也是有限的。所以，提高前期的计算精度和

后期的施工以及测量精度是关键。

四、施工监控主要工作内容

预应力混凝土连续梁桥的施工监控工作内容主要包括理论分析

预测、施工监测及施工控制三部分。

(-)理论分析预测

理论分析的主要内容就是对施工过程中每个阶段成桥阶段的变

形在确定的材料参数、荷载边界条件下进行分析预测。

1.结构建模计算

通过有限元软件midas将混凝土系梁和钢管拱作为一个整体建

模计算，模拟整个拱桥的施工过程：混凝土系梁带支架浇筑一系梁预

应力张拉一拱肋钢管带支架安装一拱肋灌注混凝土一撤掉拱肋支架

f吊索安装f撤掉混凝土系梁支架f成桥。

2.混凝土系梁和钢管拱立模标高的确定

混凝土系梁和钢管拱均采用支架施工。在施工过程中每个节段立

模标高即施工时模板的放样标高，是考虑施工及运营过程中各种因素

的影响并通过桥梁设计标高得出来的。

（1）设计标高

桥梁的设计标高理论上即为桥梁在正常使用情况下的标高。桥梁

的设计标高就是桥梁竣工多年以后，混凝土后期收缩徐变大体完成,

桥梁不再发生明显的后期变形。桥梁监控的目的就是要使大桥的线形

满足设计要求。因此，设计标高是标高监控的依据。

（2）竣工标高

竣工标高即为桥梁刚刚竣工时的成桥标高。桥梁在竣工后还要发

生后期收缩徐变变形及活载变形，可得：

月设计二力竣工”后期徐变（4-1）

式中：目设计一一桥梁设计标高。

H产一一桥梁竣工标高，i表示桥梁纵向位置。

工后期徐亚一一桥梁竣工后由于后期混凝土收缩徐变而引起的变形。

（3）立模标高

H产="JW后期施工影响一工后期除变(4-2)

式中：”立模一一支契立模标高，i表示桥梁纵向位置。

也设计一一桥梁设计标高。

户——浇筑本节段混凝土支架所发生的变形。

£后期六影响一一结构某一阶段在立模之后，由于本阶段和以后施

工阶段的影响使该点产生的变形，这种变形直到成桥竣工时为止。

工后期徐变——桥梁竣工后由于后期混凝土收缩徐变而引起的变形。

从立模标高的确定来看，支架的立模标高是多种因素引起的桥梁

变形的累加，每个因素产生的变形都需要做出准确的预测。后期徐变

工后期徐变则属于桥梁竣工以后混凝土很长一段时间的收缩徐变引起的挠

度，因此，以桥梁竣工后的标高来衡量桥梁的线形是比较科学的c这

个标高就是所说的桥梁竣工标高，通常作为桥梁竖向变形验收的依据。

因此，对于桥梁的线形一般以竣工标高作为控制对象。图4-2形象的

表示了桥梁竣工后的标高与立模标高、设计标高的关系，虚线表示梁

体中心线。

立模标高竣工标高立模标高竣工标高立模标高竣工标高

设计标高

图4-2桥梁设计标高、立模标高、竣工标高关系图

3.标高计算中参数的取值方法

（1）桥梁的设计标高力设计是由设计院给定的。设计标高一般是

根据线路所处的环境情况及通航要求等来确定的，与结构的受力无关。

设计标高必须满足线路的平顺性、稳定性和行车的安全性要求。

（2）支架现浇过程中支架在承受混凝土重量时会产生一定的变

形，也就是通常所说的支架的非弹性变形和弹性变形两部分。这些变

形的产生将直接反应在节段的沉降变形上，也就是上面式（4-2）中

的£支架参数。

可采用对支架进行预压试验或原位加载试验模拟施工荷载对于

支架的影响，测试支架在施工状态下的变形从而得出了支架值。

（3）后期施工阶段对于支架立模标高的影响表现在随着后续梁

段的施工，已浇注梁段标高会相应变化。工后期施工影响可以通过有限元程

序对施工阶段进行模拟计算进行取值。

（4）工后期”可以通过计算求出。但是由于徐变计算的理论还不够

完善，因此理论计算结果与实际量测往往会有一定的出入。在施工监

控过程中，通过有限元模型计算并参考相关已建成桥梁的后期收缩徐

变实测值等来进行支架立模标高的确定。

桥梁后期收缩绘变对于连续梁桥产生的最大影响就是随着桥梁

使用年限的增加，桥梁跨中会逐渐下挠。根据实际已建成桥梁后期徐

变资料，实际沉降量比理论计算值均偏大c因此，在实际施工监控中

工后期徐变的取值应适当偏大。

（二）施工监测

1.概述

施工监测是大跨度桥梁施工监控的基础。大跨度桥梁施工过程复

杂，影响其施工监控目标顺利实现的因素很多，在施工中必须对重要

的结构设计参数和状态参数进行监测，以获取反映实际施工情况的数

据和技术信息，不断根据实际情况修正原先确定的各施工阶段的理想

状态，使施工状态始终处于控制范围之内C同时，施工监控采用的反

馈分析方法是建立在结构理想设计状态、实测结构状态和误差信息三

大基础之上的，进行施工过程的跟踪监测是施工监控中不可少的。测

试点的布置，必须建立在对结构分析的基础之上，以做到有的放矢,

决不能遗漏关键部位和关键点。要在恰当的时候对各项目进行测试,

使测试的数据能真正反应结构的状况，为监控分析提供依据。施工监

测主要工作内容包括：施工监控控制网的建立和复测；结构的变形监

测，如主梁的线形、标高等。

2.施工监控控制网的建立

桥梁施工控制网分为高程控制网和平面控制网，高程控制网用各

等级水准测量来建立，其密度一般要求安放一次水准测量仪器即可测

试所需要放样点的高程。平面控制网的布设形式有多种，随工程种类

而不同。施工监控不再另建控制网，与主体结构施工共用同一控制网。

3.线形测量

(1)测试内容

各测点在各测试工况的坐标测量。

(2)测点布置

混凝土系梁：沿顺桥向在桥两端，跨中，1/8跨，1/4跨，3/8

跨对称设9个控制断面，每个断面横向设3个测点，这3个点分别位

于桥两侧和中轴线，测量桥面顶标高。

拱肋：在拱脚，拱顶，1/8跨，1/4跨，3/8跨的钢管拱肋轴线

上对称设置测点，测量拱轴线的坐标。

(3)测试工况

①混凝土系梁浇筑后；

②预应力张拉后；

③钢管拱肋安装完成未浇筑混凝土时;

④钢管拱肋浇筑混凝土后；

⑤撤掉拱肋支架后；

⑥吊索张拉完成后；

⑦撤掉混凝土系梁支架后。

4.应力测量

(1)测试内容

各测点在各测试工况的纵向正应力测式。

(2)测点布置

混凝土系梁：沿顺桥向在桥端，1/4跨及跨中设5个控制断面，

每个断面预埋4个弦式应变计，要求能反映截面的详细应力分布状况。

拱肋：在拱脚，拱顶，1/4跨的钢管上下缘对称布置30个应变

片，测量钢管的应力值。

吊索：张拉每一根吊索时，均采用磁通量传感器测量仪测量吊索

拉力。

(3)测试工况

①混凝土系梁浇筑后；

②预应力张拉后；

③钢管拱肋安装完成未浇筑混凝土时;

④钢管拱肋浇筑混凝土后；

⑤撤掉拱肋支架后；

⑥吊索张拉完成后；

⑦撤掉混凝土系梁支架后。

5.温度测量

跟应力测量同位置同步进行。

（三）施工控制

施工控制是整个桥梁监控的核心任务。一般来说，桥梁的理论分

析预测值与实际的监测值是有一定偏差的。监控的目的就是调整实际

和理论的误差，使结构的线形尽量符合设计的意图。施工控制的原则

和方法在前一部分已详细叙述过，在此不再重复。施工控制主要包括

以下几个内容：

（1）误差分析和原因判断；

（2）修改设计参数和结构计算；

（3）预告拱桥下阶段标高定位以及确定重大修改与合龙措施。

1.误差分析和原因判断

2.结构计算与拱桥下阶段标高预告

根据结构的测量状态同模型计算结果的误差进行设计参数的优

化识别。采用已识别出的参数，用有限单元法进行结构分析，根据前

述相关公式计算混凝土节段立模标高及拱肋预拱度。

3.确定重大修改与合龙措施

（1）节段预拱度调整和允许误差标准确定;

(2)强迫合龙方案及对结构影响分析。

五、施工监控技术依据及精度要求

(-)技术依据

(1)《铁路桥涵设计规范》(TB10002-2017)

(2)《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)

(3)《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005-2010)

(4)《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10752-2018)

(5)《高速铁路桥涵工程施工技术规程》(Q/CR9603-2015)

(6)《钢管混凝土拱桥施工技术规程》(DB45T1097-2014)

(7)《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923-2013)

(8)新建郑济铁路工程设计图纸及说明

(二)精度要求

1.立模偏差

序号项目允许偏差(mm)

1梁高+10,0

2梁段纵向旁弯10

3底模拱度偏差3

2.浇筑梁段偏差

序号项目允许偏差(mm)

1悬臂梁段顶面高程+15,-5

2合龙前两悬臂端相对高差合龙段长的1/100,且不大于15

3梁段轴线偏差15

4相邻梁段错台5

3.梁体外形偏差

序号项目允许偏差（nmi）

1桥面高程±20

4、钢管拱肋架设实测偏差

生号项目允许偏差（mm）

1轴线偏位L/6000

2拱圈高程±L/3000

3对称点高差L/3000

4拱肋接缝错边1/10壁厚且不大于2

注：L为跨径。

六、线形监测相关要求

（-）监测要求

为了保证施工过程桥梁结构的安全，保证成桥线形平顺，需要各

方严格遵照以下要求：

（1）严格控制施工临时荷载，材料堆放要求定点、定量；

（2）高程及线形测量工作以施工为主，监控小组平行复测或参

与，以便于在现场及时校对；

（3）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；

（4）每一施工工况完成后，由有关方进行测试，确认测量结构

无误后方可进行下一工况的施工；

（5）主梁挂篮立模和预应力张拉前后的测试工作必须回避日照

温差的影响。

(二)监测仪器设备

在整个施工过程中，为满足设计要求，保证监测的精度，拟配置

序号名称型号，产地数量备注

1全站仪索佳CX10L日本1台检定合格

2数字水准仪天宝Dini03,美国1台检定合格

3手机华为1个

4笔记本电脑联想1台

的观测仪器设备如下表所示:

七、保证措施

(-)质量保证措施

1.观测人员岗前培训

为满足线形监测精度要求，观测前组织所有观测人员进行技术培

训，提高观测人员技术水平，进一步保证线形监测任务顺利完成C观

测前进行培训，培训后对观测人员进行考核，考核方式为考试、现场

操作，经培训考核，观测人员考试成绩均合格，技术水平有很大提高，

能保质保量完成本标段沉降观测任务。

2.保证措施

为了搞好本标段线形监测工作，将选派技术素质高、线形监测经

验丰富的工程师、助理工程师、观测技术人员组成线形监测组，完成

本标段线形监测工作。对于本标段线形监测，我们测量方面的工作可

以概括为“经验丰富、组织严密、制度完善、追求不懈:

(1)完整的监测组组织机构，明确的责任是保证质量的首要条

件。

采用金字塔式的层层负责的管理体系，监测组直接对本标段线形

监测质量负责，各观测人员直接对监测组负责，根据本标段线形监测

情况以及工期的安排，监测组组织机构图如下：

监测组：协调各监测小组工作，组织审核各监测小组监测措施,

并对监测措施的正确性负全责，提供强有力的技术力量及后备人员支

持。

外业组：负责整个监测任务，对监测成果的正确性与可靠性负全

责。

内业组：负责本标段监测内业资料，及时上报、归档，对监测资

料的正确性、可靠性和真实性负全责。

(2)精良的设备完全满足观测的精度

配备种类齐全、能满足精度要求的仪器设备，保证及时供应线形

监测工作。实际操作中，严格执行线形监测要求，主要仪器设备必须

按周期送国家认定的检定中心强检，坚持专人维护保养，加大自检自

校的力度，保证设备的完好率。

（3）好的职业素养造就优良的工程

在满足线形监测的基础上，监测组整体上要求做到人员专业化、

常规工作程序化、成果资料规范化，加强监测资料的管理水平，以进

一步提高员工素养，提高工作效率。

（4）在本标段相关部门的指导下进行各阶段的监测工作，及时

处理解决在监测过程中的所遇到的技术问题。

（5）监测组配备专业观测技术人员，其中一名具备工程师及以

上专业技术资格；同时配备具有测量专业知识的观测人员。

（6）严格执行测量仪器年检制度，确保测量仪器处于良好的使

用状态，能够达到标定的精度要求。

（7）专人负责各梁段观测元件