南水北調(diào)中線工程系桿拱橋施工監(jiān)控淺談

□周學(xué)友 □楊永來（南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局）

□王亞兵（河南省水利第二工程局）

1 工程概況

南水北調(diào)中線干線淅川段工程位于河南省淅川縣和鄧州市境內(nèi)，根據(jù)工程要求，干渠沿線布置有6座93 m跨徑簡支下承式鋼管混凝土無推力系桿拱橋，橋梁整體結(jié)構(gòu)體系為內(nèi)部高次超靜定、外部靜定結(jié)構(gòu)。主拱拱肋采用等截面啞鈴形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，拱軸線為二次拋物線，計算跨徑90 m，計算矢跨比為1/5，橋面有效寬度為7.7 m。

由于系桿拱橋內(nèi)部高次超靜定，技術(shù)含量高，施工難度大，施工過程中溫度、施工荷載變化等因素，使橋梁在施工過程中各節(jié)段的應(yīng)力、位移變化頻繁，加上結(jié)構(gòu)材料的實際物理力學(xué)參數(shù)的影響，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變，吊桿索力不可能與設(shè)計計算值保持一致，而拱肋線形一旦形成，很難調(diào)整。因此必須在施工過程中建立計算機隨時跟蹤系統(tǒng)，對橋梁施工過程的位移、應(yīng)力、溫度和吊桿索力等進行監(jiān)測并采取行之有效的調(diào)控措施，確保橋梁施工和運行安全。

2 施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

2.1 理論分析

理論分析是為了準確模擬系桿拱橋施工過程的力學(xué)行為，采用專用軟件進行大橋結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真分析，為現(xiàn)場施工監(jiān)控提供理論數(shù)據(jù)。

2.2 基礎(chǔ)資料收集

收集與監(jiān)控有關(guān)的基礎(chǔ)試驗資料，包括混凝土各齡期彈性模量和強度、氣候資料、工期進度安排、施工荷載在橋上布置位置與數(shù)值等。

2.3 施工監(jiān)控

淅川段6座系桿拱橋的施工監(jiān)控采用自動適應(yīng)的控制方法，全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和設(shè)計目標，在施工過程中，用參數(shù)識別系統(tǒng)不斷地對結(jié)構(gòu)計算模型中所用的計算參數(shù)（如混凝土彈模、容重等）進行識別修正，使結(jié)構(gòu)計算模型和實際結(jié)構(gòu)磨合一段時間后自動適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律，減小理論值與實測值的偏差。監(jiān)控環(huán)節(jié)主要包括系桿（系桿、縱梁和橫梁）的澆筑階段、拱肋吊裝階段、拱肋支架的拆除階段、吊桿及系桿預(yù)應(yīng)力的交替張拉階段和成橋階段。

2.3.1 系桿澆筑階段

一是建立好施工監(jiān)測的平面和高程控制網(wǎng)，對支架進行預(yù)壓，開始支架預(yù)壓過程的變形監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容為支架的彈性變形和非彈性變形。支架預(yù)壓過程中可以消除支架的非彈性變形，在主梁立模時應(yīng)考慮支架的彈性變形。二是橋面系的混凝土澆注過程中監(jiān)測支架的變形，同時在系桿內(nèi)預(yù)埋系桿應(yīng)力測試元件、溫度測試元件和設(shè)置變形觀測點。

2.3.2 拱肋安裝階段

一是拱架進行預(yù)壓，預(yù)壓過程中監(jiān)測拱架的變形。監(jiān)測內(nèi)容為拱架的彈性變形和非彈性變形。拱架預(yù)壓過程中可以消除拱架的非彈性變形，在拱肋立模時考慮拱架的彈性變形；二是拱肋合攏前進行為期3 d的全天候監(jiān)測，監(jiān)測合攏段梁端拱肋隨時間和溫度的變化規(guī)律，確定最佳的合攏時間；三是拱肋混凝土澆注過程中監(jiān)測拱架的變形，同時在拱肋內(nèi)預(yù)埋拱肋應(yīng)力溫度測試元件和設(shè)置變形觀測點。

2.3.3 拱肋的卸架階段

一是根據(jù)數(shù)據(jù)進行拱架卸架的穩(wěn)定性分析，并提供拱架的卸架程序。二是在拱架的卸架過程中，及時監(jiān)測已預(yù)埋各點的應(yīng)力和拱頂及l(fā)/4截面的空間變位。該階段是關(guān)鍵施工階段，施工時應(yīng)嚴格按照拱架卸落程序進行卸架，監(jiān)控單位也要加強本階段的監(jiān)測并及時分析。

2.3.4 吊桿及系桿預(yù)應(yīng)力的交替張拉階段

一是根據(jù)已有監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)計的成橋內(nèi)力及線形，進行結(jié)構(gòu)分析。若按原設(shè)計的張拉方案可以滿足成橋內(nèi)力和線形的要求，則按原設(shè)計方案進行張拉；如果以前施工的累計偏差影響成橋內(nèi)力和線形，則調(diào)整吊桿和系桿預(yù)應(yīng)力的張拉批次和張拉力，重新制定張拉方案，報請設(shè)計方驗算并批復(fù)。二是在每批吊桿或系桿預(yù)應(yīng)力張拉前和張拉后，進行已預(yù)埋各應(yīng)力和變形測點的測試，以及已張拉吊桿的索力測試。三是根據(jù)每次張拉后的理論值和實測值的誤差，經(jīng)參數(shù)識別和結(jié)構(gòu)分析，對后續(xù)施工進行小范圍調(diào)整，以保證成橋內(nèi)力和線形；如果需較大的調(diào)整，需報請設(shè)計單位驗算并批復(fù)后實施。四是全部吊桿張拉完成后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形和吊桿索力的測試數(shù)據(jù)，進行吊桿張拉力的調(diào)整，保證成橋內(nèi)力和線形，吊桿張拉力的合理和優(yōu)化。最后一次張拉應(yīng)在夜間溫度穩(wěn)定時段進行。

2.3.5 成橋階段

成橋后，根據(jù)天氣情況進行≥3 d的全天候觀測，分析橋梁成橋后的力學(xué)參數(shù)。

3 施工監(jiān)控實施措施及注意事項

一是系桿拱橋的施工監(jiān)控是一項系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，工序交錯且涉及多家參建單位。因此，橋梁開工前應(yīng)由建管單位牽頭組建有監(jiān)控單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位和施工單位共同參與的監(jiān)控工作小組，制定相關(guān)工作制度，在整個施工過程中對監(jiān)控工作進行協(xié)調(diào)、組織和監(jiān)督，確保監(jiān)控工作及時有效地開展；二是現(xiàn)場測定工作由施工單位和監(jiān)控單位平行進行，以便于現(xiàn)場及時校對，同時由監(jiān)理單位進行監(jiān)督。橋梁每一施工階段完成后，有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)統(tǒng)一匯總至監(jiān)控單位，由監(jiān)控單位進行數(shù)據(jù)分析后，下達下一施工階段的控制指令并經(jīng)參建各方簽認執(zhí)行后，方可進行下一階段的施工；三是嚴格控制監(jiān)控觀測時間，模板定位和吊桿張拉前后的測試工作必須回避日照溫差的影響，確保監(jiān)控觀測數(shù)據(jù)的代表性；四是在各施工階段，若結(jié)構(gòu)內(nèi)力和結(jié)構(gòu)變形與設(shè)計目標出現(xiàn)較大偏差，應(yīng)及時調(diào)整，避免累計造成不可調(diào)偏差。在成橋后，較小的內(nèi)力偏差可通過吊桿張拉力和張拉順序調(diào)整。

4 施工監(jiān)控成果

通過對南水北調(diào)中線工程淅川段6座系桿拱橋施工過程中關(guān)鍵階段、關(guān)鍵截面的變形、應(yīng)變和吊桿張力的監(jiān)測情況來看，成橋后兩個拱肋標高差在10 mm之內(nèi)，拱肋軸線偏差在15 mm之內(nèi)。吊桿張拉完成后，吊桿實測索力與理論計算值誤差在±5%之內(nèi)。在各個施工階段，系梁拱肋應(yīng)力實測值均為壓應(yīng)力，實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)基本符合，成橋線形和內(nèi)力均滿足設(shè)計要求，同時施工監(jiān)控為大橋的順利安全施工提供了必要保障。

[1]范海軍，曹建安，曹霖.下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工監(jiān)控概述[J].公路工程,2012（02）.

[2]余海濤，管同心，從賀.混凝土系桿拱橋的施工監(jiān)控[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2009（6）.