大西客专站前4标祁县跨南同蒲铁路特大桥48-80-48m悬浇连续梁线形控制.docx

大西客运专线站前4标
祁县跨南同蒲铁路特大桥48+80+48m悬浇连续梁
线形控制方案

上海同济科技开发有限公司
2010年11月

目 录
1、 工程概况及技术标准 1
1.1工程概况 1
1.2施工监控技术依据 2
1.3 线路技术标准 3
2、线形控制必要性和方法 3
2.1 施工控制的必要性 3
2.2 施工控制的方法 4
3、监控计算 6
3.1连续梁施工步骤 6
3.2计算模型及分析方法 7
3.3确定计算监控基本参数 8
3.4长期收缩徐变设置 8
3.5 计算内容 8
3.6 立模标高的确定与调整 8
4、线形测量 9
4.1 变形监测 9
4.2轴线偏移测量 10
4.3墩顶沉降和水平位移测量 11
4.4 考察大气温度对主桥线形影响 11
4.5 监控技术方案的保证措施 11
5、主要注意事项 12
6、控制具体流程 13
7、 监控目标 15

1、 工程概况及技术标准
1.1工程概况
祁县跨南同蒲线特大桥连续梁铁路里程DK346+584.03～DK346+761.73，跨越结构为48+80+48m三孔一联连续梁，位于直线段,梁跨中心里程DK346+672.78。四个主墩墩号分别为36-39#，连续梁采用悬灌法施工。连续梁各墩主要尺寸见表1-1。本段地震烈度8度（地震峰值加速度为0.20g）。连续梁支座类型为铁路桥梁盆式橡胶支座。
表1-1 连续梁各墩主要尺寸表
序号
墩号
中心里程
承台尺寸
（m）
墩身高度
墩顶梁高
1
36
DK346+584.03
9.1*12.5*3.0
12.8
3.85
2
37
DK346+632.88
18.6*14.6*3.5+13.3*8.7*1.5
8.5
6.65
3
38
DK346+712.88
18.6*14.6*3.5+13.3*8.7*1.5
11.0
6.65
4
39
DK346+761.73
9.1*12.5*3.0
13.0
3.85

本桥为无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁，主梁全长177.5m，计算跨度为48+80+48m。梁高为3.85~6.65m（不计桥面垫层），中支点处梁高6.65m，跨中9m直线段及边跨13.25m直线段梁高3.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。
箱梁为单箱单室断面，顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40.0~100cm，按直线线性变化，腹板厚48~90cm，按折线变化。箱梁顶宽12.00m，底宽6.7m。全联在端支点，中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。
主桥箱梁梁体砼为C50，封端砼采用强度等级为C50干硬性补偿收缩砼，防撞墙、遮板、电缆槽竖墙及盖板采用C40砼。
箱梁为三向预应力体系，纵横向均采用1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线，纵向锚固体系采用OVM自锚式拉丝体系，张拉采用YCW400型千斤顶，管道采用0.3mm厚金属波纹管；横向锚固体系采用BM15-4(P)锚具及配套的支承垫板，张拉体系采用YDC240Q型千斤顶，管道采用内径70×19mm扁形波纹管。竖向采用Φ25mm高强度精轧螺纹钢筋，型号为JL785，极限强度980MPa，屈服强度785MPa，伸长率δs≥7%，10h松弛率＜1.5%，锚具采用JLM-25型锚具，张拉体系采用YC60A型千斤顶，管道采用内径35mm铁皮管，铁皮管设计厚度0.5mm。普通钢筋为HRB335带肋钢筋（即Ⅱ级钢筋）和Q235光圆钢筋（即Ⅰ级钢筋）。
箱梁1#~10#块采用挂篮悬臂灌注施工，现浇段采用支架现浇。主墩两个T构梁段对称划分，墩顶0#段长12.00m，两侧1#~10#梁段长度分别有3.10m、2.7m、3.5m；现浇梁段长7.75m；合龙段长2.00m。具体箱梁节段参数见表1-2。
本桥采用CRTS II型无砟轨道，无碴轨道施工要求在全桥终张拉60天后方可进行。铺设无砟轨道时，要求梁部施测线形与设计线形的偏差，上拱度不得大于10mm，下挠度不能大于20mm。
表1-2 箱梁各节段主要参数
节段号
0#
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
9#
10#
11#
节段体积 （m3）
251．6
52．6
50．3
51．6
51．5
49．1
46．9
44．9
42
39．3
38.6
11
节段重量 （t)
654．2
136．8
130．8
134．2
134
127．6
121．9
116．9
109．2
102．2
100.5
28．7
节段长度m
12
2.7
2.7
3.1
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
1.0

1.2施工监控技术依据
（1）时速350公里客运专线铁路无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁（双线）48+80+48通桥（2008）2368A-IV铁路工程建设通用参考图；
（2）《铁路桥涵设计基本规范》(TB 10002.1-2005)；
（3）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.2-2005)；
（4）《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)；
（5）《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415-2003) ；
（6）《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-99) ；
（7）《铁路桥涵施工技术规范》（TB 10203-2002）；
（8）客运专线铁路常用跨度梁桥面附属设施，通桥（2008）8388A；
（9）《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）；
（10）《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）；
（11）《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）；
（12）《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ21-2005）；
1.3 线路技术标准
1）双线铁路桥，位于直线无声屏障段落，线间距5.0m；
2）速度目标值：350km/h；
3）轨道结构形式：CRTS II型板式，二期恒载值：113.7KN/m。
2、线形控制必要性和方法
2.1 施工控制的必要性
在施工过程，由于受混凝土浇筑、挂篮移动、施工荷载、预应力张拉、混凝土收缩及徐变、温度以及体系转换等诸多因素的影响，因控制不当会使悬浇梁段的合龙误差大和成桥线型与设计目标不相吻合。为了使施工能按照设计意图进行，确保施工安全并最终达到设计的理想成桥状态，应对本桥进行线形控制，以保证最终线形平顺。
大型桥梁，理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在建成时得到预先设计的应力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。同时，施工控制的结果为大型桥梁实行长期监测提供原始依据，是桥梁运营状态监测的起点。
尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，但是由于施工中出现的诸多因素，事先难以精确估计，以采用悬臂浇筑的预应力混凝土连续梁桥为例，材料的弹性模量、混凝土徐变收缩、挂篮重量取值、施工中偏载、有效预应力大小和温度对结构的非线性影响等因素，在设计时很难准确把握，所以必须在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，并根据监测结果对设计的施工过程进行相应的调整，使桥梁建成时最大可能地接近设计状态，这就是施工控制工作的最终目标。
根据以往连续梁桥施工控制的经验，影响施工过程中桥梁结构内力和线形的因素主要有以下几方面：
l 桥梁施工临时荷载
l 浇筑主梁混凝土超方量及墩两侧悬臂重量不平衡
l 挂篮定位时的温度影响
l 预应力张拉及预应力损失的误差
l 挂篮非弹性变形
l 混凝土弹性模量
l 混凝土徐变及收缩
l 合龙工序错位引起的误差
当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积，所以施工控制是大跨桥梁施工过程中不可缺少的工序。
2.2 施工控制的方法
经过多年的施工控制实践，在节段施工桥梁的施工控制方面一般采用自适应控制的思路。对于预应力混凝土桥梁，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题，主要是混凝土弹性模量、材料的容重、徐变系数和永存预应力等与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整措施，必须先根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律，当计算模型与实际结构相吻合后，再用计算模型来指导以后的施工，这就是自适应控制的基本原理。在闭环反馈控制基础上，再加上一个系统辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。图1和图2为控制原理图。
当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到了修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辩识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。图2-2为连续梁桥常采用的施工控制框图。

桥梁的施工控制是一个预告-施工-量测-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目的，施工过程中必须对桥梁结构内力(如主梁应力)和主梁标高进行双控。采用悬臂浇筑的连续梁桥在施工过程中是静定结构，只要严格按桥梁施工规范进行操作，内力状态一般能够得到保证，主要问题是施工中及长期徐变挠度的控制。由于连续梁桥在施工过程中及合龙时不具备斜拉桥的索力调整能力，一旦发生线形误差，将永远存在于结构中，因此，及时发现误差原因，尽量减小误差发生的可能性是连续梁施工控制的关键。所以，对于连续梁桥施工控制系统除了要求具备常规的结构分析计算手段外，具有在施工现场消除设计与实际不一致的自适应能力就成为关键，只有这样才能及时提供控制标高和控制内力的修正值。
3、监控计算
监控计算就是利用建立的监控计算体系对桥梁施工过程中各阶段结构的应力和位移状态以及施工控制参数进行计算及预测，为施工提供施工控制目标值，保证施工的顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。
3.1连续梁施工步骤
连续梁施工步骤流程图见图3-1。
图3-1连续梁施工步骤流程图

3.2计算模型及分析方法
计算分析采用有限元程序软件MIDAS/CIVIL对桥梁空间构模进行计算。图3-2为模型示意图。计算过程中采用正装迭代分析的方法进行施工架设过程模拟计算分析。

图3-2 计算模型图示
3.3确定计算监控基本参数
计算监控基本参数的选择原则是所选择的参数在施工现场是经常变化的，并且其变化应能较敏感地反应出在施工过程中其对桥梁结构行为的影响，而且，这些参数应易于表示，易于度量，易于取得。通常情况下，选择混凝土（材料）的弹性模量、构件自重、施工荷载、结构温度场和施工周期等作为监控基本参数。
混凝土的弹性模量、容重采用现场实测值作为计算参数。
3.4长期收缩徐变设置
关于成桥通车后收缩徐变按1000天考虑。
3.5 计算内容
在施工控制开始前，根据设计图及施工单位提供的施工方案，对结构进行全施工过程模拟计算，计算采用Midas/Civil程序进行，根据计算结果对桥梁结构在施工过程中的应力按规范要求验算，并与设计单位核对计算结果。
主要结果有：
①各梁段挂篮前移定位的结构内力、应力和挠度；
②各梁段浇筑梁段混凝土后的结构内力、应力和挠度；
③各梁段张拉预应力后的结构内力、应力和挠度；
④合龙段临时连接后的结构内力、应力和挠度；
⑤合龙段浇筑混凝土后（假定为荷载）的结构内力、应力和挠度；
⑥合龙段浇筑混凝土后（已成为结构）的结构内力、应力和挠度；
⑦桥面铺装完成后的结构内力、应力和挠度。
3.6 立模标高的确定与调整
根据设计资料提供的设计线形和采用Midas/Civil分析程序进行模拟计算结果，在全施工过程中提供挂篮定位标高。初期按理论值确定，在施工进行一定的节段数后按理论值及测量结果调整挂篮定位标高。
4、线形测量
由于连续梁桥采用悬臂施工法，每施工节段的标高即每个结点坐标位置的变化与偏离都会造成合龙困难，影响最终成桥线形。为保证连续梁的线形符合设计要求，必须在主梁施工过程中进行线形控制。线形测量主要内容包括：主梁变形监测、主梁轴线偏位测量与墩顶沉降和水平位移的测量。
成桥线形测量的测点布置在每跨主梁的墩顶截面、1/8跨、1/4跨、3/8跨、1/2跨截面上设置线形测点。
4.1 变形监测
4.1.1测点布置
梁顶高程测点布置在中线及腹板上的顶面上，每个梁段前端设一个测试断面，每断面顶面设三到四个测点。测点布置见图4-1所示

图4-1a 标高测点布置图

图4-1b 标高测点转移布置
测点采用Ø16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1.5~2.5cm，采用红油漆标记。
4.1.2观测设备
水准仪 精度级别S1，配备使用3m的板尺。
4.1.3观测时间
定在温度相对恒定的时间段测量，一般在夜间22：00～凌晨7：00之间，随季节调整。
4.1.4控制网的建立与复测
利用自动安平水准仪及检校后的钢尺把高程控制点引至0#块梁顶面上，标上明显标记并保护好。在以后的施工期就以此点为基准，作为其它水准测量的后视点，得出所测梁顶的高程。
每一墩顶至少应布置两个基准点，每次测试时首先应进行基准点之间的相互校核。对于这些基准点，要求每隔两个月复测一次。
4.2轴线偏移测量
用钢尺找出前端梁段的中线并做标计，采用视准法直接测量其前端偏位。
将经纬仪架设在墩顶梁面中心，后视另一墩顶梁面中心，视线为基准线，在梁前端中心标记处放置小钢尺，钢尺基准点与梁端中心点重合，用仪器直接读取钢尺读数，即为轴线偏移值。
或用全转仪进行测量。
4.3墩顶沉降和水平位移测量
墩顶沉降和水平位移的测量采用全站仪在一侧岸边设置两个站点，测出墩顶测点的三维坐标，以便得到墩顶空间坐标值换算成标高和水平位移值。每一测试工况下的变位即为测试值与初始值的差值。初始值为主墩刚建完后在气温恒定、无日照影响时自由状态下的测量值。
4.4 考察大气温度对主桥线形影响
由于主桥线型易受大气温度影响。因此，考察大气温度对主桥线型的影响是非常必要的，为了便于设计人员正确定出施工架设阶段的主要技术参数，需在施工初期、施工中期和施工末期，各选2个气温变化较大（或阴晴或冬夏）的工作日，对主梁和主墩各测点的线型变化进行24小时连续测量，白天每隔2小时测量一次，夜晚每隔4小时测量一次，找出大气温度对桥梁线型的影响规律。另合龙前悬臂端均应进行24小时连测。
4.5 监控技术方案的保证措施
包括主梁施工控制测点标高测量、主墩垂直度测量和桥墩沉降观测。
挠度监测
测点布置：纵桥向每施工节段设一测试截面，每测试截面布置四个测点，每节段浇筑前设置在梁底，在每节段施工完成后转移至梁顶，见图4-1，测点在梁顶的横向位置可以适当横移，以不挡视线、不影响挂篮移动；
测试仪器：采用水准仪或其它仪器，测量精度在±2mm以内；
测试要求：每一节段施工的挂篮定位、浇筑混凝土前后、预应力张拉等施工环节均进行标高测量；
箱梁顶面标高测量
测点布置：每节段四个测点，见图4-1。
测量仪器：采用水准仪或其它仪器，测量精度在±2mm以内；
测量要求：每一节段施工混凝土浇筑完成后测量本节段的箱梁顶面标高，并建立与上述测点标高的换算关系；
桥墩沉降观测
测点布置：每个主墩承台顶四角设四个测点；
测量仪器：采用水准仪或其它可行仪器，测量精度在±1mm以内；
测量要求：每施工5个节段后进行一次沉降观测。
5、主要注意事项
（1）施工步骤安排计划
施工步骤对悬臂浇筑标高的预报起关键的作用，不同的步骤必须确定不同的预抛高，才能达到成桥状态的合理线形，因此，确定具体的施工步骤安排计划，主要包括：全桥的施工步骤、每个节段施工循环的具体步骤、每个步骤时的主要施工荷载数量及位置、每个步骤的大致时间安排、合龙顺序等，这些计划在悬臂施工开始后不应有大的变化，尤其是合龙顺序不得变化；
（2）实际的挂篮构造
根据挂篮构造，计算挂篮的线性变形规律，结合挂篮预压试验结果确定每个施工节段的预拱度，主要包括：挂篮压重的重量、主要构件的尺寸、支承位置等；
（3）测试项目
①主梁施工控制测点标高测量
②箱梁顶面标高测量
从理论上讲只要箱梁底面标高及梁高正确，顶面标高自然正确，但是为了保证箱梁顶面平整，进行箱梁顶面标高测量，监视箱梁顶面的横坡及平整度；
③墩顶水平位移测量
本桥墩身虽然不高，在施工过程中保证墩身平衡受力是本桥施工的关键点之一，为保证平衡施工，需通过墩顶水平位移测量进行检查墩身的垂直度。
④桥墩沉降观测
为保证桥面测点正确反映桥梁结构的变形，必须扣除基础变位引起的变形。
⑤预应力损失测试（根据设计要求确定是否进行）
为预应力损失计算提供参考依据。
⑥主梁混凝土弹性模量测试
为确定计算中的混凝土弹性模量提供参考依据。
（4）对施工现场的要求
①主要施工机具的数量及位置应尽量与施工步骤安排所确定的相同；
②备用施工机具及材料应集中堆放在0#、1#段范围内，以减少临时荷载对标高的影响；
③节段重量的超重水平、混凝土材料的配合比应保持一致，以保证立模标高预计的连续性；
④确保对称施工，特别是大悬臂时的对称施工，根据我们以往的经验，过大的不对称出现后很难纠正；
6、控制具体流程
（1）桥墩及0号块施工阶段
1）建立沉降观测测点的初始值；
2）浇筑0号段混凝土前预埋支架钢管应力测试传感器；
3）按施工控制小组提供的0号块底面立模标高立模浇筑0号块；测量结果报施工控制小组；
4）建立墩顶水平位移测点的初始值；
5）在0号块拼装挂篮；
6）挂篮预压试验，向施工控制小组提供挂篮预压试验变形结果；
7）立模绑扎1号段钢筋；
（2）循环悬臂浇筑阶段
从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕是本桥施工的一个周期，每个周期中有关施工控制的步骤如下：
1）按照预报的挂篮定位标高定位挂篮, 由施工单位测量定位后的挂篮标高，经监理签认后向控制小组提供挂篮的定位测量结果；
2）立模板、绑扎钢筋；
3）浇筑混凝土前，测量所有已施工梁段上的高程测点，复测挂篮定位标高，墩顶的水平位移，经监理签认后报施工控制小组；
4）施工控制小组分析测量结果，如需调整，给出调整后的标高；
5）浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高，测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高，建立测点与梁底标高的关系，经监理签认后提供施工控制小组；
6）浇筑完混凝土后第二天测量本节段上的箱梁顶面标高，建立测点与梁底标高的关系，经监理签认后提供施工控制小组；
7）检查断面尺寸，经监理方签认后提供给施工控制小组并向施工控制小组提供梁段混凝土超重的情况；
8）张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点，经监理签认后提供施工控制小组；
9）施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值预报下一施工周期的挂篮定位标高。
10）如果须进行压重，预报值经设计单位认可，与控制单位会签后交监理；
11）监理将上述预报标高最后核定后下指令交施工单位执行。
测量工作内容及时间要求见表6-1。
表6-1 施工控制测量内容及时间
编号
工 况
测量内容
时间限制
备注
1
主墩垂直度观测
本节段桥墩顶面测点
无

2
挂篮定位
挂篮三条线测点
无
精度±1cm，上下游高差<1cm
3
挂篮定位后第二天
所有已施工梁段测点
0时至日出前

4
浇筑混凝土前
挂篮三条线测点
无
确定顶底板测点标高关系
5
混凝土完全浇筑后
所有已施工梁段测点
0时至日出前

6
混凝土完全浇筑后
本节段箱梁顶面标高
0时至日出前

7
混凝土完全浇筑后
墩顶水平位移

每5个节段一次
8
予应力钢筋张拉后
所有测点
0时至日出前

9
沉降观测
承台四个测点
无
每浇筑5个梁段和桥面铺装后

（3）合龙及合龙后阶段
1）悬臂浇筑完成后拆除全部挂篮，同时现浇边跨现浇段；
2）测量全桥测点标高；
3）安装合龙吊架及模板，但不得与主梁紧固（务必保持放松状态，纵向钢筋只允许绑扎一端，另一端必须保持自由）；
4）合龙段压重，必要时根据标高调整压重的重量；
5）标高调整完毕后，在低温时焊接合龙临时劲性骨架，紧固模板，绑纵向扎钢筋的另一端，张拉临时合龙预应力；
6）浇筑合龙段混凝土，同时卸载压重；
7）测量合龙点标高、未合龙跨悬臂端标高；
8）张拉边跨合龙段预应力钢筋；拆除合龙吊架；
9）测量合龙点标高、未合龙跨悬臂端标高；
10）按上述过程合龙另外几个合龙段；
11）全桥测点联测，按网格测量桥面标高，提供施工控制小组；
12）将施工控制测点转移至桥梁两侧；
13）施工控制小组协助提供桥面铺装标高；进行桥面铺装；
14）全桥测点联测，数据报施工控制小组；
15）施工控制小组提供施工控制报告。
7、 监控目标
（1）施工控制总目标是成桥后梁底曲线与设计值误差控制在1.5cm以内；
（2）挂篮定位标高与预报标高之差控制在0.5cm以内；
（3）预应力索张拉完后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过±1cm，需经控制小组研究分析误差原因，确定下一步的调整措施；
（4） 如有其它异常情况发生影响到标高和应力控制，其调整方案也应经控制小组分析研究，提出控制意见。