跨城際鐵路鋼桁架頂推法施工監(jiān)測技術(shù)探討

谷傳剛 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

1 工程概況

本工程為繁忙干線鐵路站改工程中的非付費聯(lián)絡(luò)通道鋼桁架頂推施工，一端連接京滬鐵路站房，另一端連接滬寧城際站房。工程完工后滿足客場候車室至城際候車室客流的雙向換乘需要。該通道下穿城際場無柱雨棚和普速場新建雨棚，橫跨5個站臺12條股道（其中正線4條）。通道采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)寬6.0 m、高 4.25 m，軌面到梁底 8.91 m，總長度超過110 m(見圖1)。

圖1 全鋼桁架立面圖

2 施工監(jiān)控目的

根據(jù)施工過程中產(chǎn)生的各種影響鋼桁架應(yīng)力與變形的因素，結(jié)合各施工階段的設(shè)計資料和檢測數(shù)據(jù)，計算出實測值與設(shè)計值的差異，分析原因并提出對應(yīng)的改進措施，確保鋼桁架通道建成后的幾何形態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)與外形曲線等符合設(shè)計要求。

3 施工監(jiān)控系統(tǒng)

施工過程的監(jiān)控控制是由信息采集、分析處理、實施控制和反饋等流程組成。通過對智能監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)信息進行分析，特別是對桁架結(jié)構(gòu)主要數(shù)據(jù)(如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等)的分析，對施工累積誤差做出評判。通過對設(shè)計容許誤差度標準、施工采集數(shù)據(jù)、施工控制目標數(shù)值等建立起應(yīng)力控制系統(tǒng)。

4 施工監(jiān)控方法

（1）以設(shè)計的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為目標，以審批的施工方案為依據(jù)，按照設(shè)計提供的參數(shù)取值，計算各施工階段結(jié)構(gòu)的理論狀態(tài)，建立起施工全流程的跟蹤分析比對校核；

（2）根據(jù)監(jiān)控體系的需要，施工過程中及時測量結(jié)構(gòu)在各工況下變形和應(yīng)力等數(shù)據(jù)；

（3）根據(jù)實測的數(shù)據(jù)，及時修正設(shè)計參數(shù)，為下階段結(jié)構(gòu)的施工做好準備；

（4）通過鋼桁架全過程的跟蹤監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)施工監(jiān)控的預(yù)期目標。

5 施工監(jiān)控內(nèi)容

對施工期間的鋼桁架幾何位置、擾度，頂推力，導(dǎo)梁的剛度和變形、標高及應(yīng)力等內(nèi)容進行有效的控制和調(diào)整。

5.1 材料、荷載參數(shù)監(jiān)測

在施工監(jiān)控控制計算中，根據(jù)設(shè)計提供的數(shù)據(jù)核定參數(shù)，錄入軟件系統(tǒng)進行仿真模擬，并根據(jù)施工中采集的實測數(shù)據(jù)對核定參數(shù)進行分析計算，使施工監(jiān)控控制計算能與實際施工相近。現(xiàn)場需采集的參數(shù)主要包括:幾何形態(tài)、力學性能和施工荷載參數(shù)等。

5.2 施工應(yīng)力監(jiān)測

在鋼桁架的關(guān)鍵構(gòu)件上焊接相應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測元件，用以采集各施工階段鋼桁架的應(yīng)力數(shù)據(jù)。關(guān)鍵構(gòu)件的選擇依據(jù)是能監(jiān)控施工階段桿件最大計算應(yīng)力、能充分反映桿件中縱向應(yīng)力的分布規(guī)律、并注意區(qū)分重點控制斷面及普通參照控制斷面、避開桿件拼裝時彎曲次內(nèi)力影響等。

（1）測點布置。根據(jù)不同施工階段選擇不同的位置:頂推過程中，測點布置在鋼桁架受力不利的桿件；落梁過程中，測點布置在永久墩和各臨時墩處，各測點應(yīng)力傳感器根據(jù)施工階段在拼裝鋼桁架時安裝。

（2）監(jiān)測方法。應(yīng)變計必須按預(yù)定的測試方向安裝在待測結(jié)構(gòu)表面，并確保在頂推施工中不發(fā)生松動；連接導(dǎo)線采用軟膠護套管保護，從不易被踏損的地方引出至梁頂面，每隔3 m(或方向改變處)固定好導(dǎo)線，應(yīng)變計與連接導(dǎo)線應(yīng)避開施工機具的行走位置。應(yīng)力測試與主梁施工同步進行，并記錄好每個測點的應(yīng)變計和傳感器編號。

5.3 施工幾何監(jiān)測

幾何監(jiān)測在鋼桁架節(jié)段拼裝、頂推等施工階段進行。主要包含對梁底高度、軸線偏位、導(dǎo)梁標高等內(nèi)容的監(jiān)測。施工階段的線型測量要在相應(yīng)施工階段結(jié)束的時間段進行。幾何監(jiān)測包括:結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測、梁頂平面軸線位置監(jiān)測。

（1）測點布置。根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工特點，選擇在導(dǎo)梁前端、每跨的墩頂(包括臨時墩墩頂)和主梁跨中處安裝變形測點。隨著頂推梁段的接長，考慮到變形監(jiān)測和列車通過的視線問題，在城際端安裝基準點。

（2）監(jiān)測方法。撓度監(jiān)測采用全站儀，配備2 m的對中桿。在施工過程中對結(jié)構(gòu)已拼裝節(jié)段的軸線進行控制，在導(dǎo)梁前端安裝棱鏡布置幾何測點，并用鋼尺測出當前已拼裝節(jié)間的橫向中點并做好標記，用全站儀測試軸線偏位值。結(jié)合施工方案，鋼桁架頂推施工過程中，在各墩墩頂均設(shè)有橫向限位和調(diào)整裝置，將鋼槍梁控制在允許偏差范圍內(nèi)。

6 監(jiān)控參數(shù)誤差分析和識別

鋼桁架頂推施工過程復(fù)雜，安全風險較高，影響施工精度的因素也較多。一是桿件的結(jié)構(gòu)特性、施工荷載、材料的熱膨脹系數(shù)等參數(shù)的影響；二是施工工藝的影響，例如施工過程的非標作業(yè)、安裝誤差等，都會對施工精度產(chǎn)生影響；三是施工監(jiān)測的影響，因安裝儀器、布設(shè)點位、測量方法等存在差別，難免會使結(jié)構(gòu)監(jiān)測工作存在一定的誤差。以上影響因素的存在，會與設(shè)計參數(shù)產(chǎn)生誤差，因此在實際施工過程中須對設(shè)計參數(shù)進行識別和調(diào)整。

6.1 設(shè)計參數(shù)識別

設(shè)計參數(shù)可通過設(shè)計資料和施工前的測定來加以明確，并通過實測值和設(shè)計值對比分析，減少誤差。

6.2 設(shè)計參數(shù)調(diào)整

由于結(jié)構(gòu)實測值和設(shè)計值存在一定誤差，可以通過位移或應(yīng)力的偏差計算、結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析，找出偏差原因，確定參數(shù)合適值。并預(yù)測后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形態(tài)和內(nèi)力狀態(tài)，提出應(yīng)對措施，確保施工安全和結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合設(shè)計要求。

7 結(jié)論與建議

在此次站改工程非付費聯(lián)絡(luò)通道的施工過程中，通過對該鋼桁架施工期間的頂推力、標高及應(yīng)力等內(nèi)容進行了有效控制和適當調(diào)整，確保了結(jié)構(gòu)物的內(nèi)力狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)及外形曲線與設(shè)計要求相符?？偨Y(jié)本工程的監(jiān)測，得出以下結(jié)論:

（1）在鋼桁架頂推施工過程中，在應(yīng)力較大的桿件應(yīng)布置監(jiān)測點，便于觀察施工過程中的應(yīng)力變化和應(yīng)力分布，力求應(yīng)力值與仿真計算理論值相吻合。

（2）在撓度測試時，應(yīng)在梁的端部適當位置布置變形測點，實時監(jiān)測了解梁體結(jié)構(gòu)變形情況。在溫度比較穩(wěn)定的早上進行測量便于消除溫度對測試結(jié)果的影響。

（3）材料的彈性模量和結(jié)構(gòu)變形聯(lián)系緊密，在施工過程中須加大現(xiàn)場抽樣試驗頻次，并及時對計算模型中材料的彈性模量進行修改。

（4）掌握頂推施工中的各支點反力情況。支點反力是反映結(jié)構(gòu)受力是否合理的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，須對支點反力進行準確測試。

（5）通過對觀測變量的實測值與設(shè)計值比對，如果存在較大誤差則須參數(shù)識別，預(yù)測下一階段的施工參數(shù)。