广西沿海铁路三岸邕江特大桥施工监控技术应用

摘要：本文重点论述了广西沿海铁路三岸邕江特大桥施工监控技术应用，通过对钢梁结构状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工处于有效控制之中。

关键词：三岸邕江特大桥施工监控技术 应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 概述

南钦铁路为新建国家Ⅰ级双线铁路，设计时速250km/h ，是广西沿海铁路重要组成部分。其中三岸邕江双线特大桥全长2662.44米，位于二级河道邕江上，主桥全长540m，为跨越邕江的三跨连续钢桁拱，孔跨布置为（132+276+132）m，其主跨276米是国内仅次于京沪高铁南京大胜关桥第二大跨度的铁路桥梁，是全线控制性工程。

三岸邕江特大桥主桥三跨连续钢桁拱结构横向上设置两片主桁，主桁采用N型桁架，桁宽15m，除中支点附近两节间长度为15m外，其余节间长度12m，边跨一般桁高16m，中支点处渐变为20m，中跨矢跨比1/4.759，拱顶桁高9m。

主桁采用整体焊接节点构造，上、下弦杆及中跨系杆采用箱型截面，上弦杆内侧控制高度1400mm，内侧控制宽度940mm，下弦杆内侧控制高度1400～2000mm，内侧控制宽度940mm。上下弦杆之间连有竖向和斜向腹杆，以吊杆连接中跨拱肋下弦与中跨系杆，腹杆采用箱型截面及H型截面，吊杆采用焊接六边形截面。在桁架上弦平面内设置上平纵联，边跨下弦加劲腿和主跨拱肋下弦平面布置下平纵联。桁架每隔一个节间设置横向联系，在边支点和中支点处设置桥门架。桥面板采用正交异性板整体钢桥面结构。

主桥共计44个节间，其中两边跨共计22个节间，中跨共计22个节间，主桥钢梁架设采用从两侧边跨向中跨架设，在中跨跨中合拢。主跨合拢共8个合拢点，需同时满足0.2毫米误差的精度要求，实现双向立体空间结构零安装应力合拢，其技术要求高。

本文重点论述施工监控的主要方法和步骤，对钢梁结构状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工处于有效控制之中。

2 桥梁施工监控目的和精度

2.1施工监控目的

施工监控的目的是通过施工现场的结构跟踪观测，并进行监控计算分析及结构状态预测，得出合理的反馈控制措施，为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，从而正确指导施工，确保施工成桥状态下桥梁线形与内力符合设计要求。

2.2施工监控精度要求

为了在施工监控中有一个可遵循的量化标准，参照《铁路桥涵施工技术规范》、《铁路工程质量检验评定标准》及设计图纸规定，结合国内外大跨钢桁拱桥桥施工监控精度值，给出施工监控目标精度值，见表1所示。

表 1钢桁拱悬臂拼装施工监控目标精度值

按比例增减

3 施工监控主要内容

三岸邕江特大桥钢桁拱施工监控是为了使桥梁在完成所有安装步骤和施加了所有恒载后能达到目标几何线形和内力状态。根据大桥设计图纸、既定的成桥施工过程、施工阶段结构受力特性以及结构的理论分析计算结果，将邕江特大桥施工控制主要分为以下几个阶段：

3.1钢桁拱的制作

为满足大桥成桥和活载上桥后的线形要求，大桥在设计阶段就进行了相应的预拱度设计，对于大桥边跨钢桁梁部分，通过边跨上弦杆件伸长和缩短一定距离，实现边跨下弦节点的预拱；对于中跨所需的桥面拱度，主要通过对杆件、吊杆缩短相应长度实现。

另外，钢桁拱桥构件的自身重量以及截面特性等，直接影响到拼装后的变形量大小和结构内力，从而对最终成桥线形和内力造成影响。因此，在钢桁拱制作阶段，钢桁拱杆件长度、截面尺寸、杆件重量等是需要严格控制的，是控制的重点。

3.2钢桁拱拼装

三岸邕江特大桥在设计时考虑了各节点预拱度，工厂生产时按照设计进行杆件制造，钢梁的预拱线形在制造阶段已经完全确定。但是在实际结构中，由于高强螺栓直径和螺栓孔径之间存在差异，在杆件拼装时，由于钢梁制造误差和拼装施工误差，节点的实际拱度可能会与设计情况有所偏差。而某一梁段的误差除影响本节段外，误差的趋势还将影响以后的节间。因此拼装阶段的线形是控制的主要目标，同时兼顾杆件受力。

在边跨结构拼装过程中，大桥桥墩、临时支墩在施工过程中有无沉降、沉降量大小等，对结构杆件节点高程具有直接影响，在对结构线形测量和分析时必须剔除。因此在边跨钢桁梁拼装过程中，结构线形监控的主要内容，除结构本身的变形变位情况外，还需对大桥桥墩沉降情况和临时支墩的沉降情况进行监测。

中跨悬臂拼装过程中，除大桥桥墩的沉降可能会对结构拼装线形造成影响外，吊索塔架作为重要的临时辅助设施，塔架自身的安全稳定、吊索索力的大小直接影响到结构在拼装过程中的变形以及受力情况，因此在中跨杆件拼装过程中，同时对塔架结构的变位情况、吊索索力大小等进行监控。

3.3中跨合拢

在钢梁悬拼至跨中合拢阶段，合拢口两侧钢梁会产生一定的纵向、竖向位移，为满足合拢段杆件的无应力安装，需对钢梁进行移落梁调整。因此，为保证钢桁拱结构顺利实现中跨合拢，除应准确模拟预先移落梁调整过程、后续钢桁拱拼装过程外，还需在预先移落梁调整阶段、中跨合拢阶段做好相应的监控测试工作，具体监控内容如下：

3.3.1在预先移落梁调整阶段前，根据最终确定的钢桁拱拼装顺序，进行准确的模拟计算，监测调整前的结构变形变位情况，确定相应的移落梁调整数值。

3.3.2在预先移落梁调整后，监测调整后的结构变位情况。

3.3.3在中跨跨中合拢阶段前，测试工作包括钢梁中线、挠度、大气和钢梁温度等。绘制一昼夜内时间温度曲线，通过同步观测，反复测出不同温度、日照下钢梁中线、挠度变化资料，并与理论计算数据进行对比校核，以确定是否需要进行进一步的钢梁移落梁调整和适当的合拢时间。

3.3.4以上阶段，同步进行钢桁拱结构杆件应力的监控观测，吊索塔架发挥作用后，同时监测吊索索力、塔架顶空间变位情况等，以确保结构安全和中跨顺利合拢。

3.4合拢后续施工

在中跨顺利合拢以后，还需进行结构体系转换、未装杆件补充拼装、施工临时设施拆除、钢桁拱复位以及后续的二期恒载铺设等施工过程。

在以上阶段的钢桁拱施工过程中，同样需要对结构的变形变位情况、杆件受力情况进行监控观测，以确保施工过程中结构的安全稳定，复核成桥后的结构线形、杆件内力是否满足设计要求。

4 施工监控的开展

施工监控中取得真实的各有关结构参数是高效完成施工控制的前提，这些参数主要有如下几类：

1）施工记录：如构件的重量，塔架、吊索重量，施工荷载，偶然荷载等。

2）钢桁拱空间线形，即桥梁线形。

3）钢桁拱温度及温度的变化规律。

4）吊索索力。

5）钢桁拱结构关键断面应力。

上述各参数中除施工记录外，其它均应根据具体要求通过专门测量取得。

4.1变形监测

边跨钢桁梁变形监测采用自动安平水准仪+测微器，精度级别S1，配备使用5m铟钢尺，按二等水准测量进行闭合测量。

变形监测前，应先复核高程基准点，无误后方可使用。进行测量时，按照二等水准测量的要求，采用附合导线测量法。对于基准点，每隔两个月复测一次。

中跨主拱空间变位采用全站仪进行监测。测点均布设于悬臂拼装节间节点中心位置，布置见图1所示。测点处布设360°反射棱镜，采用在钢桁杆件上预先固定底座后再安装，根据具体情况位置可适当调整。

图 1钢桁拱变形测点断面布置图（单位：m）

4.2应力监测

通过钢桁拱悬臂拼装施工阶段计算分析，选取了受力较大的结构支点附近、跨中截面，以及钢桁拱四分点截面等典型断面，作为施工过程监控的应力测试断面。对于边跨钢桁梁断面，应力测点主要布置在上、下弦杆及斜腹杆上，对于中跨钢桁拱断面，主要在上、下弦杆上布设。全桥钢桁拱杆件共布置232个应力温度测点。应力和温度测试采用JMZX-212A型智能弦式应变传感器进行。

4.3吊索索力的监测

在吊索塔架安装完毕，吊索张拉以后，进行张拉索力的监测，在后续施工阶段，每安装完成一个节间，对吊索索力进行监测。索力测试采用JMM-268-1型索力动测仪进行测试。进行索力测试前，可在缆索制造张拉时进行标定，以修正频谱法测试索力参数。

4.4环境温度监测

环境温度测量即监测大气温度，与结构变形监测、应力监测、索力监测等同时进行。环境温度测量采用水银温度计，温度测试精度±0.5。在进行结构变形、变位观测的同时，选择日照较强烈，且结构上施工工况未变化时间段内的每天7:00、14:00、17:00对环境温度进行监测，并做好测试记录，绘制温度曲线。

5 结束语

为确保桥梁施工安全及工程施工最终质量，通过以上施工监控技术应用，江苏省交通规划设计院股份有限公司自2010年8月以来对三岸邕江特大桥主桥施工过程进行全程监控，在边跨半伸臂拼装、边跨钢梁起顶、中跨悬臂拼装、拉索辅助悬臂拼装、钢梁合拢、合拢后续阶段以及成桥阶段等施工工况下进行了结构线形、杆件应力、索力等跟踪监测和施工控制分析。经过全体建设者共同努力，2011年9月三岸邕江特大桥主桥上部结构顺利完成施工，2012年4月完成桥面铺装层浇筑。监控结果表明，成桥阶段各监测杆件应力状态、结构线形均能够满足施工控制要求，桥梁整桥线形良好，达到了施工控制目标。

参考文献：

[1]《DK9+175 三岸邕江特大桥设计图》。

[2]《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号文）。

[3]《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下）（铁建设[2005]140号）。

[4]《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）。

[5]《铁路钢桥制造规范》（TB10212-2009）。

[6]《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002/J162-2002）。

[7]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）。