上跨铁路T构转体梁施工监控实施方案

新建铁路工程宿州至淮安线跨京沪铁路特大桥

2×56m T构梁部转体施工

线形与应力控制实施方案

工程检测有限公司

年 月

1．工程概况

本桥为新建铁路工程宿州至淮安线跨京沪铁路特大桥一联2×56m T形刚构（墩号31#—33#），桥梁位于宿州市符离集，桥梁起讫里程为SDK003+125.00~ SDK003+238.4，全长113.2米，本桥平面位于R=800m的曲线上，立面位于6‰、-3.2‰纵坡及半径为15000m的竖曲线上。线路等级为单线I级铁路，设计速度为120km/h。桥面横向宽度4.9m（包括0.2m挡砟墙宽+4.5m道砟宽+0.2m挡砟墙宽）。设计轨底至梁顶高度0.65m。环境类别为碳化环境，作用等级为T2级。桥址区地震动峰值加速度0.05g，动反应谱特征周期0.65s，地震基本烈度为6度。设计正常使用年限100年。采用分段现浇转体法施工。

上部结构为单箱单室变高度直腹板箱形截面梁，中支点处梁高6.0m，端支座处及26.6m的直线段梁高均为3.0m，梁底下缘按圆曲线变化，圆曲线半径R=132.1667m。箱梁顶宽4.9m，悬臂长0.85m，箱梁底宽3.2m，在中墩处4m范围内加宽至4.0m。顶板厚度除梁端附近外均为30cm；底板厚度在中支点箱梁根部处为80cm，按圆曲线渐变至40cm，腹板厚为40cm至60cm至80cm，按折线变化。边支座中心至梁端距离60cm。端支座中心横向间距2.8m。全联在端支点及中支点处共设3个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。中墩截面处采用墩梁固结形式，转体施工时32#墩转动球铰向曲线内侧径向横移20cm，其它结构不动。

边墩31#墩及33#墩基础均按摩擦桩设计，矩形承台，厚3.0m，圆端形桥墩，托盘式顶帽。中墩32#墩基础按柱桩设计，矩形承台，厚6.7m，矩形截面桥墩，与梁体固结。

本桥上部结构为变高度箱梁，桥下铁路净空要求较严，为了减小上部结构施工对铁路运营安全的影响，采用转体法进行施工。基本步骤为：基础及中墩承台施工完成后，在中墩墩身与承台连接处设置可进行球面转动的铰结构，墩身施工完成后，沿平行京沪铁路方向的支架范围内处理地基，搭设支架并预压以消除其非弹性变形，分段浇注A1、A2、A3段梁体（见图1），并分别张拉各段预应力钢束。然后将梁体逆时针方向旋转45º至成桥位置，封固中墩的铰结构上、下盘。随后在两边墩处搭设支架，预压后分别浇注边跨合龙段A4，张拉预应力钢束。桥面铺设，成桥。

A4A3A2A1A1A2A3A4图1 T构梁段划分图

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2 施工监控技术依据

《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3－2005)； 《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》（TB10002.4-2005） 《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005） 《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）

《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设（2005）157号及“局部修订条文”铁建设（2007）140号

新建铁路宿州至淮安线安徽段符离集疏解线跨京沪铁路特大桥施工图。

3.施工控制的必要性

桥梁在分段施工过程中，由于桥梁的结构形式、所受荷载、边界支撑条件以及环境温度等的不断变化，结构内力和变形状态也在发生不断的变化。要使成桥后的桥梁线形和内力状态均达到设计要求，就需要对桥梁的整个施工过程进行有效的控制。尽管在桥梁的设计阶段就可以确定桥梁施工过程中的结构状态参数，但在实际施工过程中，这种设计的理想状态却难以准确实现，这是因为设计时所采用设计参数（包括对环境条件的考虑等）与实际施工过程中所表现出来的并不完全一致，从而使结构的实际状态不能完全达到设计理想状态。这就是设计与实际施工的不一致性，这种不一致性是客观存在的，也就是存在着影响施工状态偏离设计理想状态的各种因素，这些因素在悬臂施工的连续梁桥中具体表现为：（1）梁段自重误差对结构的影响；（2）预应力张拉实际效果的影响；（3）梁、墩的刚度误差对结构的影响，截面剪力滞效应对结构的影响；（4）混凝土收缩徐变对结构的影响；（5）施工荷载变动对结构的影响；（6）温度的影响；7）转体过程的影响。这些因素在设计阶段很难准确把握，如果不在施工过程中进行有效的控制，就会造成施工过程中主梁的变形、应力变化值与设计值存在差异，这种差异具有累计效应并且事后无法再进行调整。

因此，在施工过程中，有必要对结构的内力和变形状态进行实时监测，当结构的实测状态与理论计算结果不相符时，应及时分析出现误差的原因。如果是由计算参数取值引起的误差，要根据施工过程中结构的实测值对主要设计参数进行重新估计、修正，然后将被修正的设计参数反馈到控制计算中去，重新给出施工过程结构控制参数的理论期望值，以消除理论值与实测值不一致的主要部分，使模型的输出结果与实际测量的结果相一致，从而可以对施工状态进行更好的控制，使设计的施工过程得以准确的实现。

4．施工监控的内容

对桥梁施工过程实施监控的目的是确保在施工过程中桥梁结构的绝对安全，并使桥梁建成后结构的线形和内力在很小的误差范围内达到设计值。为了达到此监控目的，本项目的施工控制方法是：通过有限元方法进行结构分析，仿真模拟施工过程，计算出施工过程

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中各个受控变量（主要是各段主梁的施工标高、主梁应力等）的理论值，并在实际施工过程中对这些受控变量进行有效地控制以保证主梁的应力状态和线形达到设计要求。监控工作将紧跟施工过程，确保预定的施工过程得以准确实现，使主梁线形及结构整体内力和变形在整个施工过程中始终处于较为理想的状态，以保证大桥安全、顺利建成。具体的施工监控工作内容为：

1）编写施工监控实施细则。

2）按照设计的施工步骤对桥梁施工的全过程进行动态仿真模拟计算，并对设计单位提供的施工流程及其控制参数进行复核。

3）按预先拟定的施工步骤，用监控程序计算主梁在各施工阶段的内力以及主梁空间坐标等控制参数的理论计算值，以备对比分析。

4）给出梁段施工时的立模标高。

5）在桥墩和主梁的控制部位安装测试元件（如应力、温度测试元件等）和布置测点以便随时监测墩和梁的应力变化情况、梁的位移情况及结构的温度变化规律。

6）在每一阶段的施工过程中及时进行主梁应力、主梁坐标测试及主墩沉降监测。根据实测资料，计算分析桥梁在当前施工阶段所处的实际应力及变形状态。如实测值与计算值偏差不容忽视时，及时分析原因，必要时对结构的设计参数进行新的估计，并将修正过的设计参数反馈到控制计算中，重新给出施工中控制变量的理论期望值，以消除理论值和实测值不一致中的主要部分。当实测值与设计控制值相差较大时，及时通知有关单位，并提出调整主梁标高的建议，以指导施工。

7）提交施工监控最终成果报告。

5.施工过程的结构分析

桥梁的施工过程是桥梁的结构形式、体系及受力状态不断变化的过程，结构所受的荷载如结构自重、预应力等是在施工过程中逐步施加的，施工荷载的作用位置也在不断变化，每一施工阶段都伴随着各种荷载（对混凝土结构包括收缩、徐变）的作用、约束条件的改变及施工临时荷载的增减等。另外，结构的成桥内力状态和线形与施工方案（或施工过程）有密切地联系。因此，施工控制中的结构计算应该是在既定的施工方案下，用计算机仿真模拟施工过程，计算出每个施工阶段结构的内力及变形以指导实际的施工过程。如果施工方案有所调整，则施工控制计算的参数也应做出相应的调整。

施工过程仿真分析方法采用“正装分析法”，即按照桥梁结构的实际施工顺序来分析结构的变形和内力，得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和内力。这是一种以保证施工的合理与安全为目的的施工过程仿真分析方法。

施工控制仿真计算采用有限元理论，由于主桥上部结构为箱形梁结构，其总体效应仍表现为梁的力学特征，特别是在施工阶段，梁的受力主要以自重、预应力、挂篮以及施工临时荷载为主，相对主梁截面中线而言偏心荷载很小甚至没有，故在实际计算中采用普通

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梁单元进行模拟。单元划分对计算精度和计算效率均有一定的影响。根据本桥的结构特点及分析内容要求，将2×56米T 形刚构桥离散为76个单元，77个节点。

采用MIDAS/Civil软件进行施工模拟分析，按设计要求输入材料的力学性能参数、截面尺寸及考虑混凝土收缩徐变的时间依存性参数等；建立模型的边界条件，用弹性支承模拟现浇支架；按照设计的施工梁段建立结构组，并根据制定的施工流程划分施工阶段，在每一阶段中施加相应的荷载。即按照实际的施工顺序，模拟结构的形成、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变等对结构内力和变形的影响。在计算中准确模拟临时支撑，混凝土浇注、预应力张拉及支架的设置与拆除等工况。计算结果将输出每一个施工阶段中结构的位移、内力及应力等。

6. 线形监控的实施方案

6.1 施工测量网的建立

平面控制网由桥面中轴线组成，平面控制网采用经纬仪或全站仪建立。高程控制网的建立采用二等水准测量的方法，变换仪器高法，先在主墩承台上设一个高程控制点，待A1号梁段施工完成后移到墩中心对应的梁顶面上或用全站仪建立。梁顶面拟布置9个高程控制基准点（如图6.1）。

测点1测点2测点3桥梁纵向

图6.1 中墩处梁顶测量基准点布置示意图(单位：cm)

在箱梁施工过程中，对于高程控制的基准点，应在墩基础发生较大沉降变化时、施工进行每隔2个月或监控单位认为必要时等情况下应进行复验。

基准点标志可用16毫米直径螺纹钢筋制作，钢筋露出顶面混凝土约2厘米，露出端上部加工磨圆并涂上红漆。

6.2 承台沉降观测测量

1）测点布置

为了观测承台沉降，在下转盘上布置4个测点，在上转盘上布置4个测点，位置见图

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6.2。

测点1测点6测点2测点5测点7测点8测点3测点4

图6.2 承台沉降观测测点位置

2）测量工况

在承台施工完成后测得初始值，以后分别在桥墩完成后、A1梁段完成后、A2梁段完成后、A3梁段完成后各测量一次。支架拆除实施转体前测量一次。用高精度水准仪进行沉降变形观测。

6.3 箱梁转体前支架现浇线形监控测量

1）测点布置

箱梁转体前支架现浇线形监控测量的主要任务是测量梁段混凝土浇筑前各梁段的梁底控制标高，也就是底模的控制标高，该标高由监控方提供。标高控制点在施工图所注明截面编号位置处，为了精确控制梁底标高，在各截面编号之间适当增加了控制截面，同时在每个控制截面横向设2个点。（详见“图6.3 标高测点布置截面” ）。

2）测量工况

根据施工程序，将箱梁施工线形监控的测量时机分为3个工况，即混凝土浇注前、混凝土浇注后及预应力钢束张拉后。在测量主梁标高的同时，测量箱梁平面中线的位置。

每个梁段混凝土浇注前，需严格按照监控方提供的理论立模标高进行各控制点的底模标高定位，误差控制在3mm之内。混凝土浇筑后以及预应力钢束张拉后也要分别测量各

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梁段号A4A3A2A1A1A2A3A4测点3测点4新建铁路工程宿州至淮安线跨京沪铁路特大桥×构梁部施工标高控制点测点1测点2图6.3 标高测点布置截面

控制点的标高（为了测量方便，可将各测点引到梁顶上）。

支架拆除后，实施转体前，测量所有梁段控制点的标高。

主梁标高的具体测量由施工方配合实施，并将测量结果报监控单位进行数据分析。理论立模标高由监控单位提供，实际立模时，考虑加上支架的弹性变形值。支架的变形控制是梁体线形控制的主要关键，必须通过预压消除支架及基础的非弹性变形值，得到准确的支架弹性变形值。

每次测量的时间宜在早晨日出前完成，特别是立模标高的测量。施工监控测量采用高精度全站仪、高精度水准仪等仪器。

6.4 箱梁转体过程中的线形监控测量

主要监控箱梁悬臂端部4个（每个悬臂端2个）控制点的标高在转体过程中的变化情况。测点在A3梁段前端梁顶处。在转体过程中，每个顶程结束后及时测量标高，保证转体到位后的标高和转体前相同，误差不超过5mm。

转体过程中结构的安全性是实施转体的关键。要有可靠的转体设备和安全保障措施。

6.5 箱梁转体后支架现浇线形监控测量

箱梁转体后，即进行A4梁段的支架现浇，测量A4梁段混凝土浇筑前各控制点的梁底控制标高，亦即底模的控制标高（详见“图6.3 标高测点布置截面” ）。误差控制在3mm之内。混凝土浇筑后以及预应力钢束张拉后也要分别测量各控制点的标高（为了测量方便，可将各测点引到梁顶上）。

支架拆除后，测量所有梁段控制点的标高。

7. 应力监控的实施方案

应力监测采用国内较为先进的钢弦式钢筋应力计作为传感元件，通过测量其频率求得钢筋的应力（或直接读取应力数值），再通过换算得到主梁混凝土的应力。 7.1应力监控截面的拟定及应力计的布置位置

根据计算，A1—A3梁段浇注完成，支架拆除之后实施转体前，结构的最大应力出现在A1梁段内，距离A1、A2梁段分界线约5米处的截面上。因此，在该截面上布置应力计，监控截面上的应力（见图7.1）。截面上缘的应力计布置在梁顶板顶层钢筋上，下缘应力计布置在梁底底层钢筋上，且均与钢筋串联布置。

测点1测点2A2A1A2应力监控截面应力监控截面测点3测点4

图7.1 应力监控截面及应力测点的布置位置示意图

7.2 测试仪器的选用和安装

为了得到理想的测试效果，在大桥的监控工作中选择质量好、性能可靠、受环境因素影响小、经风吹雨淋和混凝土浇筑振捣不易损坏的量测元件，应力测试以钢弦式钢筋应力计为主。具体的仪器选用结果如下：

（1）钢弦式钢筋应力计（8根）

（2）便携式频率测定仪（测定钢弦式钢筋应力计的振动频率）。 7.3应力计的布置方法

钢筋应力计要预先埋设在梁体内部，通常将钢筋应力计连接到梁体中的钢筋上，即在确定的预埋位置将钢筋应力计串联连接在钢筋上（纵向），方法是先将连接钢筋应力计的那根钢筋截去一段（截去长度与接长后的应力计长度相同），再将应力计与钢筋相连接（绑焊）。

1）钢筋应力计的两端接长

先下料切取和应力计相同直径的长约30cm的钢筋段2 根，用对焊机将其分别焊接在钢筋应力计的两端，要尽量保证同轴度，焊接面积不应小于钢筋的有效面积。为避免对焊时热量传递，损伤传感元件，在焊完后，马上在传感元件（应力计的核心部分）上浇水冷却，可先裹上棉纱或毡（毯）布，不断浇水。见下面的图7.2所示。

原长度部分 接长部分（约30cm)对焊时需浇水冷却的范围接长部分（约30cm)对焊处应力计核心部分对焊处

图7.2

2）钢筋应力计与钢筋的连接

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采用长约20cm的钢筋头用角焊缝塞焊，（因距离较远，无须浇水冷却）。见图3

帮焊钢筋(约20cm)帮焊钢筋(约20cm)钢筋钢筋对焊处应力计核心部分对焊处

图3

各应力计的导线沿箍筋绑扎牢靠（防止浇筑混凝土时被损坏）汇总到梁顶面，并有效保护好插头。安装前、后量测应力计的读数，并做好记录。 7.4 应力监测工况

应力监测的施工工况为： 1）A1梁段张拉完成后； 2）A2梁段张拉完成后； 3）A3梁段张拉完成后； 4）支架拆除后，实施转体前； 5）A4梁段张拉完成后； 7.5 应力监测管理措施

为了更好地做好应力监控及测试工作，应对测试元件进行精心安装，细心维护。整个测试工作需要施工单位的密切配合。对测试元件的安装和维护工作，具体要求：

1）钢筋计属精密仪器，在搬运时不能受到剧烈撞击，振动或由较高处坠入地面，以免造成损坏或零点变化。

2）在安装钢筋笼、网的操作中，不能使钢筋应力计承受较大的弯矩，以免损坏。 3）对于测试元件的信号传输电缆线应充分注意保护，防止焊机或拆装模板时损伤测试线路。

4）施工单位要教育工人不要随便拉动传输电缆线，电缆线插头的密封非监控人员不要打开。

5）伸出结构体外信号传输电缆拟采用铁盒子加以保护，防止后续施工的破坏。 6）如有可能危及测试仪器的施工过程，施工单位须通知监测方，以便采取应变措施保护测试元件。

8．提交的技术成果

1）根据实际施工过程，提供准确的立模控制标高；

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2）在每一梁段的施工过程中，根据标高和应力的实测结果，及时分析桥梁的线形及内力状况，提交反映当前施工结构状态的施工监控报告，为下一阶段的施工提出建议；

3）在主桥施工完成后提交施工监控工作报告。

9 需要施工单位配合的工作

根据主梁梁段施工的具体情况，为防止梁段实际施工的标高出现较大误差，影响梁的线形，在主梁施工开始前特对施工单位提出如下要求：

1. 提供混凝土容重、现浇梁段的实际重量。 2. 提供其它施工荷载及状况（包括施工临时荷载）。

3. 梁段立模标高（计入支架变形）的偏差控制在5mm以内。

4. 施工过程中应注意保护预埋测试元件，测点标记及测试线路。所有测试标记、元件、线路等应保持到施工监控工作完成。

5. 梁上堆放的临时荷载应控制在20吨以内，且宜分散堆放。

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