大花岭T构转体监控方案.docx

武汉至黄石城际铁路大花岭下行线特大桥2×48mT主桥
转动体系变形监测方案

天津中建建筑技术发展有限公司
2014年8月11日

目 录
一、工程概况 1
二、监测目的 1
三、监测项目 1
四、准备阶段监测内容及方法 2
五、试转体阶段监测内容和方法 4
六、正式转体阶段监测内容和方法 5
七、其他监测内容和方法 13
八、仪器设备 14
九、特殊或紧急情况处理措施 15

武汉至黄石城际铁路大花岭下行线特大桥2×48mT主桥
转动体系变形监测方案
一、工程概况
大花岭下行线特大桥（起讫里程为GXSJDK1+092.735～GXSJDK2+847.08）全长1754.345m，是连接京广线大花岭站和大花岭货场的下行疏解线的一部分。于（GXSJDK2+098.7～GXSJDK2+110）处斜跨京广线，与营业线夹角为39°，第30～32孔跨京广铁路采用2×48mT构转体。
二、监测目的
转体施工监测监控是为确保大桥结构转体施工安全和施工质量所采取的必要技术措施。监测监控将通过结构计算与测试分析，对施工过程中结构的稳定、线型和应力状态的控制提供依据，对施工过程结构状态的变化进行预测并提出有效的控制措施，为施工各阶段的指挥决策提供必要的数据，以保证施工阶段的结构安全，优化施工工序，提高施工质量，并为转体桥梁的设计和施工积累经验；此外，监测监控过程中产生的大量技术数据还将作为桥梁技术档案资料的一部分，为桥梁运营期间的技术管理和技术评估提供重要依据。
三、监测项目
转动过程中，在竖平面内由于不平衡力矩使球铰转动体系产生0.1(rad)的微小转动时，在转体悬臂段的端部就会产生大约11mm的竖向位移。因此，对转动体部分进行精确地称重试验，对不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩擦系数进行准确的测试，及精确控制悬臂段的标高和转体体系的质量平衡，提高体系的抗倾覆稳定能力，成为保证施工质量、顺利完成边跨合拢段施工的重要环节。本工程设置监测项目如下：
1、称重试验、不平衡力矩监测、重心调整；
2、静摩擦系数试验及上转盘倾斜变形观测；
3、转体过程中梁端的转动姿态监测及运行轨迹跟踪监测；
4、转速观测；
5、合拢轴线对接监控；
6、转体过程关键截面钢筋应力和混凝土裂缝监测；
7、转体到位后，箱梁顶升和落位过程中的控制截面钢筋受力和混凝土裂缝监测；
四、准备阶段监测内容及方法
1、收集下承台在施工阶段及预压阶段的沉降数据，收集下球较施工时平整度的测量数据。
2、静置阶段
转体段施工支撑支架拆除前对各观测点进行观测并作为原始记录，支架拆除完成后静置24小时，每2个小时对观测点进行测量，并进行记录（标高、位置、测量温度等），若有异常（如观测点标高突变等），立即通知相关人员对结构进行检查，并进行复测。
静置过程中技术人员和质检人员等对转盘、墩梁固结以及梁体等结构进行检查，检查是否有裂缝等现象发生，进行记录，若有及时向指挥组、专家组汇报，并按指令进行操作。
3、称重试验及关键参数测试
转体部分施工完成后，为确定是否需要设置配重，确保转体过程的顺利进行，拟进行桥梁转动体部分称重试验，对不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩擦系数进行测试。
(1) 准备工作
称重前将撑脚上设置的型钢支撑解除，2小时后测量撑脚与滑道间隙，若间隙大于8mm，则通过抄垫四氟板或不锈钢板控制其在5mm～8mm。
(2)测量、计算
在转动体的临时支承处布置8台手动式油缸，在每台油缸上设置荷重传感器，测试试验过程中临时支点的支反力值，各反力值之和即为转动体的重量。在球铰上转盘四周布置4个百分表，用以判断转动体在称重试验过程中是否发生转动。
(3)测试方法及分析
施工支架拆除后，转动体的平衡体系将出现下列两种情况:
①转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩
当转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩时，意味着支架拆除后，转动体部分在自身的不平衡力矩作用下发生转动。此时进行不平衡称重试验，转动体东侧支点落顶，使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生顺时针方向微小转动，同时西侧支反力为零。然后东侧支点升顶，发生逆时针时针方向微小转动，同时西侧支反力为零。
②转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩
当转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时，意味着支架拆除后，转动体部分在自身的不平衡力矩作用下不能发生转动。此时进行不平衡称重试验，分别从转动体东、西侧支点顶梁，使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动，记录转动过程中荷重传感器示值和百分表读数。
(4)转动体球铰静摩擦系数的分析计算
称重试验时，转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动即微小角度的竖转。摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对过球铰中心竖转法线的力矩之和。
最后利用相关公式依次求出转动体不平衡力矩、转动体球铰摩阻力矩、转动体偏心矩和转动体球铰静摩擦系数。
4、重心调整
转动前需对桥梁进行重心调整。调整时应根据称重结果所测得的不平衡弯矩，确定配重重量。调整重心在边跨侧距球铰中心5～10cm之间，形成球铰、边跨侧2个撑脚同时支撑的三点支撑状态。
五、试转体阶段监测内容和方法
1、转体控制传感器安装，控制通讯线连接，并进行调试。
2、对测量观测点进行观测，清除所有阻挡视线的构件，并对原始数据进行记录。
3、认真检查整体平转系统的工作情况(锚点结构、钢绞线、液压泵站、计算机控制系统、传感检测系统等)。
4、每分钟转速，即每分钟转动主桥的角度(角速度)、悬臂端所转动的水平弧线距离，即将转体实际转动的角速度、线速度控制在设计要求范围内。
5、控制采取点动式操作，测量组测量每点动1次悬臂端所转动水平弧线距离的数据，为转体初步到位后，进行精确定位提供操作依据。
六、正式转体阶段监测内容和方法
1、上转盘倾斜变形的监测方法
上转盘承托着桥梁的全部荷载构件，转体过程中它的平稳程度是转体能否成功的关键。通过对它的垂直位移变形进行监控，可以确定它的承载面的平整度变化情况，从而监控转动体的倾斜变化程度，以保证施工的安全。由于转体工作动态进行，为实时掌握其变化情况，拟采用静力水准自动化监测系统对上转盘的均匀沉降情况进行监测。
(1)静力水准监测原理
静力水准系统又称连通管水准仪，系统至少由两个观测点组成，每个观测点安装一套静力水准仪。静力水准仪的贮液容器相互用通液管完全连通，贮液容器内注入液体，当液体液面完全静止后系统中所有连通容器内的液面应同在一个大地水准面上▽O，此时每一容器的液位由传感器测出，即初始液位值分别为：H10、H20、H30、H40、·····Hi0，如下图所示：

假设被测物体测点1作为基准点，测点2的地基下沉，测点3的地基上升，测点4的地基不变等等，当系统内液面达到平衡静止后形成新的水准面▽i0，则各测点连通容器内的新液位值分别为：H1、H2、H3、H4······Hi，各测点液位变化量分别计算为：△h1=H1-H10、△h2=H2-H20、△h3=H3-H30、△h4=H4-H40······△hi=Hi-Hi0。其中计算结果：△hi为正值表示该测点贮液容器内的液面升高，△hi为负值表示该测点贮液容器内的液面降低，如下图所示：

拟采用的静力水准自动化监测系统是一种精密液位测量系统，各传感器容器使用通液管连接，每一容器的液位由一精密振弦式传感器测得，传感器下挂一浮筒，当容器液位发生变化时，浮筒所受的浮力即被传感器感应，通过接收传感器的变形信号来计算物理变形量。组成示意见下图。

(2)监测点的设置
拟在上转盘的纵横轴线各对称布设2个监测点，如下图所示：

安装方式：每一套静力水准系统中（一条监测管线）配备一支带有干燥管的传感器和一只传感器通气管与容器通气管已经联好的传感器。带有干燥管的传感器做为系统的基准点，传感器通气管和储液筒通气管已经连接在一起的可定为系统的最后一个测点（也可作为基准点）。
现场安装前，仪器安装点位需进行高程测量，以便使一套监测系统的各测点传感器能安装在同一高程。
仪器配套的“L”形钢板一面有2个孔，用于固定于结构面；另一面有7个孔，中间3个孔用于固定容器，外围4个孔用于在支墩上安装。首先将“L”形钢板用膨胀螺栓或锚栓稳固固定于监测结构面上。尽量保证传感器安装面处于水平状态，以便于后期安装。用配套的螺纹支撑杆将传感器安装于“L”形钢板上，使用水平尺测量、调整容器，使平面水平、立面垂直，调平后用活扳手将螺纹支撑杆的螺母拧紧（通过调节螺纹支撑杆可对传感器安装高程进行小幅度调整）。 容器底座（支 架）的固定方式见下图所示。

测点传感器安装、固定工作结束后，可进行通液管联接、铺设工作。容器的底部装有通液管三通，首、末两端传感器三通配有丝堵，安装时注意区分。根据需要联接的两个测点间的距离，裁取通液管，留有一定的富裕量，两个测点间的通液管安装好后，管线中间应比两端低，这样有利于排除空气。管线铺设时，应避免打折、扭曲和划伤。管线必须紧固、可靠连接在三通上，以免漏液。
充液前应仔细检查通液管联接情况。确定各个测点通液管均妥善联接，首、末测点三通均有丝堵。为避免结钙，在系统内应充入去气的纯净水，可通过任意储液筒对系统充液。
(3)监测精度分析
分析参照下图，监测点A、B为纵轴线上的监测点，如果A点发生沉降情况，沉降至A’点，则观测点B抬升至B’点，静力水准的测量系统精度为1mm，灵敏度为0.1mm，充分反映转体过程中重量偏心对转盘平整度的影响，及时对重心进行调整，避免重心偏移较大造成失稳。

(4)数据采集、信息化传递
A、将传感器线缆连接至数据采集箱，连接到数据采集模块的串口上
①观测线缆走线：观测线缆变形监测工程中的重要组成部分，和仪器的安装、埋设同等重要。为了防止破坏后无法修复，多采用明线敷设，个别位置可架空或套护管保护。②电源供电：采用高精度12VDC稳压电源，为数据采集器及其内部电池和传感器供电。
B、无线数据传输系统建立
利用DTU(Data Transfer unit)设备建立无线数据采集测量系统，将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络与主控计算机之间进行数据传送。主要程序如下：①购买能进行GPRS数据传输的SIM手机卡，安装在ZWG—23A DTU模块中；②按装虚拟串口服务器，设置虚拟串口；③按装DTU 通用配置工具,将“SIM卡号”和“主数据中心站域名”（网上下载申请免费的花生壳域名）进行配置，将DTU与数据采集模块相连接；④开通Internet Explorer互连网.等待ZWG—23A与微机虚拟串口的自动连接,当ZWG—23A DTU模块上的ACT绿色指示点亮时既可进行数据采集。
C、数据采集
根据实际情况需要，利用管理软件设置观测频率为每3分钟观测一次。采集模块按照程序指令采集数据，并上传至计算机发布软件。
系统最大特点是在视窗下,进行各采集模块各点的实时测量、快捷、方便、透明、准确、省时省力。

2、转体过程中梁端的不平衡监测及运行轨迹跟踪监测
(1) 转体过程中梁端的不平衡监测
转体过程中梁端的平衡稳定是转体成功的关键，为实时跟踪其竖向平衡稳定状况，拟采用静力水准自动化监测系统对梁端在转体过程中的平衡情况进行监测。共布设5个监测点，示意简图如下：

监测原理、埋设方式同上转盘垂直位移变形的监测方法，数据采集频率设为每1分钟采集一次。
(2) 梁端运行轨迹跟踪监测
为掌握梁端在转体过程中的运行轨迹、及时调控转体速度、实时分析梁端的平衡稳定状况，拟对梁端运行轨迹进行跟踪观测。
观测方法：利用全站仪极坐标法。
观测点设置：在转体梁的两端轴线位置设置观测点，埋设陪同棱镜杆，安装棱镜体。
观测过程：如下图所示：A、B为转体段两端点的轴线点，C为设站点。
根据现场施工坐标系建立控制网（根据现场通视情况确定），C为控制网点，精确求得控制点C的测站坐标。每三分钟对A、B的坐标采集一次，求得梁端在转体过程中的运行轨迹。
根据转体过程中对梁端运行轨迹跟踪监测及不平衡监测，动态掌握其在各个位置的变形情况，及时反馈变形信息，以指导转体施工。

3、合拢轴线对接监控的测量方法
根据现场实际情况，拟采用视准线法对合拢轴线对接进行监控。具体操作方法：①AB为固定桥段、CD为转体桥段；②在梁桥段的端点中线位置设置测量点位，A为设站点、B为定向点、C和D为观测点；③在A点架设全站仪，后视B点进行定向；对水平度盘进行制动，倒转镜头；④转体结构到达设计位置(主梁悬臂段中心点距离设计桥轴线100 cm)时，系统“暂停”，为防止结构超转，先借助惯性运行结束后，动力系统改由“手动”状态下点动操作。每点动操作一次，跟踪观测点C和观测点D，（可用钢板尺测量C点偏差距离）。至A、C、D在同一直线为止，结构轴线精确就位。

另：根据梁端运行轨迹跟踪情况进行校核。
4、转速观测
在滑道上做好线速度控制标记，根据其设计的平转角速度，计算出相应于上转盘外侧的平均线速度。在上转盘外缘贴上坐标米格纸带，在转体过程中精确计时，观测米格纸带的刻度，计算其转体速度。
5、巡视监测
在转体过程中，技术人员和质检人员等对转盘、墩梁固结以及梁体等结构进行检查，检查是否有裂缝等现象发生，进行记录，若有及时向指挥组、专家组汇报，并按指令进行操作。
七、其他监测内容和方法
1、微调精确定位监测
(1)转体就位后，对转体梁段全面测量检查，计算出就位轴线及高程偏差值。
(2)在上转盘与承台间，对称于转盘中心，在桥轴线两侧采用微调油缸精确调整梁体整体横桥向的倾斜。
(3)在墩里程线前后采用微调油缸精确调整梁体整体顺桥向的倾斜，梁体两端与边跨线浇段能较好的顺接完成后，全面测定转体梁段的轴线及标高。
严格掌握结构的尺寸和重量，其尺寸允许偏差为±5mm，重量偏差不得超过±2%，桥体轴线平面允许偏差为12mm，轴线立面允许偏差为±10mm。
2、悬臂段根部应变监测
为掌握结构关键部位的受力及变形情况，在转体过程中和转体到位后的箱梁顶升、支座安装和箱梁落位过程中，对悬臂段根部及对应的梁顶面位置进行混凝土应变监测，每个监测剖面均匀布设6个监测点，示意简图如下：

监测元件采用埋入式混凝土应变计，数据采集利用用频率测定仪测钢弦受力变形后的频率值，求得混凝土的应变情况。
八、仪器设备
根据本项目的特点、需监测的工作内容、现场实际情况等选取的主要仪器设备见下表：
仪器设备材料一览表
序号
设备名称
型号
精度
数量
备注
1
莱卡全站仪
TS30
测角0.5”
测距1+0.6ppm
1台
自动
2
莱卡全站仪
TC802A
测角2”
测距1+2ppm
1台

3
拓普康水准仪
AT-G2
S1
2台

4
应变计读数仪

2台

5
静力水准仪

9台

6
静力水准数据自动采集模块

1套

九、特殊或紧急情况处理措施
在转体过程中发现紧急情况应及时分析原因，采取对应的措施，现对可能出现的问题及措施列表如下：
紧急情况及应对措施表
序号
问题
原因分析
处理措施
1
牵引与助推系统达到设计牵引力而转体未能启动
检查滑道与撑脚间是否顶紧
对滑道或撑脚进行处理
2
转动扭矩过小
研究后适当增加牵引力，但需设限位，防止瞬时加速
3
检查牵引束夹片是否有效
更换夹片
4
匀速平转时突然停止
检查滑道是否有局部上坡
对滑道处理后重启动
5
检查转轴是否被异物卡死
清理后重新启动
6
梁端标高突变
检查配重是否移位
对配重进行固定检查处理
7
上转盘四周撑脚受力是否一致
对撑脚检查调整
8
梁体是否开裂
检查后研究处理
9
缆索锚固端检查有无异常
检查研究后处理
10
梁体转动突然加速
检查滑道是否有局部下坡
停转后检查处理
11
牵引操作失误,拉力增大
调整牵引力
12
梁体或塔柱倾斜
检查上转盘是否不平
停转后调平
13
塔柱和墩身根部裂纹检查
研究后处理
14
梁体发现裂纹
结构受力裂纹
在梁下设临时支撑,并研究处理
15
非结构受力裂纹
继续转体就位
16
临测应力异常
材料材质,加工制作,安装质量
停止转体,研究后处理
17
设计缺陷
停止转体,研究后处理
18
临测结果错误
改进行监测方法后转体