宜万铁路落布溪提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工监控研究

摘要：钢管混凝土劲性骨架拱桥在公路行业应用较广泛，但在铁路桥中应用较少。以钢管混凝土作为劲性骨架的铁路拱桥国内更是屈指可数。目前，落布溪大桥建设成功后成为国内跨度最大的上承式钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥。落布溪大桥结构复杂，钢拱肋加工、吊装，外包混凝土施工，拱顶倾斜侧墙施工，连续梁线形控制等需高精度的测量保证，另外在钢管混凝土拱桥架设过程中也存在结构整体、局部失稳及局部内力超标现象，需要对此进行监测和预警，一旦超标，及时对施工方案进行调整，以确保施工安全，为今后同类型铁路桥梁的施工监控提供参考和指导。

关键词： 宜万铁路，提篮拱，钢管混凝土，连续梁，施工监控

中图分类号：U448文献标识码：A文章编号：

1、工程背景

宜万铁路是沪汉蓉铁路通道的重要组成部分，线路始于湖北宜昌，终于重庆万州。该铁路全长377km，是我国在地质条件极为复杂的艰险山区修建的一条高标准干线铁路。宜万铁路沿线山高谷深，拱桥作为一种跨越此种地形的大跨度桥型，在宜万线上采用较多。落布溪大桥是宜万铁路25个重点工程之一，也是国内跨度最大的上承式钢管混凝土劲性骨架铁路提篮拱桥。大桥桥址处，山坡陡峻，河谷深窄，因此主桥采用跨越能力较强的拱桥，一孔跨越深谷。大桥中心里程为DK27+722.98，全长252.3m，本桥结合地质资料，桥跨组合为主跨1孔178m上承式拱桥，边跨为1孔24m后张梁和1孔32m后张梁。

本桥拱座为明挖扩大基础，拱座墩为矩形变截面实体墩，桥台为挖方内桥台。主拱设计为呈提篮式布置的两条拱肋、拱顶内倾3.5m，倾角5.057°。拱肋采用单箱单室箱形截面（拱脚以上3m为实体段），拱脚处肋高6.0m，拱顶处肋高3.5m，高度按立特规律变化，拱肋宽为2.5m。拱肋劲性骨架上下弦杆采用φ426x12mm（φ426x20mm）的无缝钢管，竖杆、上下平联、斜撑采用∠140×90×12mm和∠80×80×10mm角钢，两拱肋之间横撑采用φ203×10mm无缝钢管。拱肋劲性骨架合拢成型后钢管内灌注C45微膨胀混凝土。拱上立柱采用双斜式矩形墩柱，两立柱布置在倾斜的拱肋平面内，两柱间设带空洞的连接板和系梁，采用C30混凝土。落布溪大桥桥型布置图如图1所示。

图1 落布溪大桥总体布置图（单位：m）

2、落布溪大桥施工监控目的

落布溪大桥结构复杂，钢拱肋加工、吊装，外包混凝土施工，拱顶倾斜侧墙施工，连续梁线形控制等都需要高精度的测量保证。所以在导线控制网、高程控制网、施工测量、细部放样、支架预压、模板安装等测量方面均有别于一般工程项目。

桥梁施工监控不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，也是确保桥梁施工宏观质量控制的关键及桥梁建设的安全保证，它在施工过程中起着安全预警、施工指导以及及时为设计提供依据。任何体系的桥梁在每一个施工阶段的内力和变形是可以预计的，因此当施工中发现监测的实际值和预计值相差过大时，随即进行检查和分析，找出原因并排除问题后方可继续施工，避免出现事故，造成不必要的损失。

落布溪大桥施工监控的主要目的是：

（1）通过裸拱骨架架设完成自重荷载作用下的线形、应力测试，结合裸拱骨架设计线形及理论计算线形、应力对比分析，了解拱肋骨架的架设质量及骨架预拱度设置状况。

（2）拱肋混凝土外包施工过程中，通过拱肋截面内埋应变测点，测试分析不同龄期外包混凝土的相互影响及混凝土的收缩徐变效应；测试外包混凝土荷载作用下拱肋（骨架）的线形。通过理论计算值与实测值的对比，分析评价拱肋的成型质量。

（3）拱上立柱、拱顶框架、五跨连续梁及桥面二期恒载施工过程中，通过拱肋的线形测试及拱肋、连续梁、拱顶框架各截面的应力（变）测试，掌握拱肋在拱上立柱荷载、拱顶框架荷载、连续梁荷载作用下的受力状态；拱顶框架截面及五跨连续梁各测试截面的应力状态。通过理论计算结果与实测结果的对比分析，了解各阶段的施工质量，掌握整体结构形成后的应力（内力）状态。

（4）裸拱骨架架设过程中，各施工阶段裸拱骨架的温度应力及温度变形监测，总结拱肋骨架的温度效应规律，结合拱肋外包混凝土、拱上立柱、拱顶框架及拱上连续梁的综合作用，确定合理的骨架合龙温度，保证拱肋的合理受力线形。

（5）拱肋成型后测试温度应力及温度变形，分析结构不同阶段的温度影响规律，为进一步评价成桥后结构的受力状态积累资料。

（6）根据各施工阶段监测结果及成桥后结构的应力、线形状态，综合评价本桥的施工质量。

3、落布溪大桥测量控制网布设

根据对桥梁三角网必要精度的分析与边长最低相对中误差的计算，得出落布溪大桥全桥控制网轴线边长相对中误差，要求边长相对中误差必须满足，从而设计出我落布溪大桥施工控制导线网及其相关技术要求。

根据宜万铁路W4标GPS点建立闭合导线控制网，以LBX-3为起始点，LBX-3～4BM11为起算边，按三等控制测量规范要求测量，如图2所示.

图2 落布溪大桥控制网

4、落布溪大桥监测点布置

根据落布溪大桥的结构力学特性及指导性施工步骤，选定的应力（应变）监测截面见图3（钢管架设过程中监测截面与此同）。钢管架设阶段各截面的应力测点布置见图4，拱肋成型及以后各施工阶段测点布置见图5，测点统计见表1、表2。

图3 落步溪大桥应力监测截面布置图

（a）拱上立柱及拱肋各监控截面测点布置示意图

（b）五跨连续梁各监控截面测点布置示意图

（c）拱顶框架截面测点布置示意图

图4 落布溪大桥各监测截面测点布置图

（a）拱肋吊装节段编号及测试截面（光学棱镜固定在节段前端）

（b）拱肋及横撑钢管表面测点粘贴方式

图5 裸拱骨架架设节段编号、测试截面及测点布置方式

表1 落布溪大桥施工监控各应力测试截面及测点统计

裸拱骨架架设阶段应力监测

裸拱骨架架设过程中，拱肋监测截面共计5个（宜昌侧拱脚、1/4截面、1/2截面、3/4截面、万州测拱脚）；横撑监测截面3个（3＃、7＃、11＃横撑）。测点总数32×5＋16×3＝208个。

表2 落布溪大桥施工监控各变形监测截面及测点统计

5 结论

本文以宜万铁路落布溪大桥施工为背景，对于提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工监控进行了深入探讨，并进行了工程实践应用。结果表明：

（1）通过在布设控制网前理论计算该工程施工测量所需要最低精度，以理论计算值指导控制网的建立和优化，保证了控制网的可靠性。

（2）拱座预埋钢管精确定位技术，既保证了拱肋的轴线精度，又成功控制了轴线的纵向和横向误差，为钢管拱肋吊装定位奠定基础。

（3）钢管拱肋加工线形测量地标放线，保证了拱肋加工弦链线线形结构，为拱肋加工线形作保证。

（4）拱肋节段吊装前反射片装置设计，及反射片设计坐标坐标转换，为拱肋吊装控制定位测量提供依据。

（5）钢管拱肋节段吊装空间三维定位测量及线形控制，保证了落布溪大桥钢管拱肋线形满足设计要求，使大桥建设取得了阶段性的胜利。

（6）钢管拱肋内充和拱肋外包混凝土的拱肋线形的变形监测，为拱肋对称加载的拱肋变化提供可靠的数据，保证了后续工程拱肋的变化规律，从而指导现场混凝土施工加载量。

（7）拱座墩的精确测量和拱上立柱精确放线，保证预制梁准确安装就位和连续梁施工控制。

（8）由于拱肋在加载时有一定的变化，将会造成拱上立柱轴线偏移，将原来就坐标转换为里程和距中线距离，成功控制解决拱上立柱垂直度问题。

（9）落布溪大桥拱肋成提篮状，由于拱肋预拱度原因造成侧墙底端尺寸与设计尺寸发生变化，通过坐标转化解决拱顶框架侧墙是双曲线放线测量。

总之，本文所探讨的提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工监控方案实践证明是合理、可行的，能为今后同类型铁路桥梁的施工提供参考和指导。

参考文献

[1]瞿国钊,刘华全.宜万铁路落布溪大桥18m混凝土拱桥设计[J].铁道标准设计,2005(11).

[2]蔡绍怀.钢管混凝土的结构计算及应用[M].北京：中国建筑工业出版社.1989.

[3]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社.1999.