南水北調中線工程系桿拱橋施工監控淺談

□周學友 □楊永來（南水北調中線工程建設管理局）

□王亞兵（河南省水利第二工程局）

1 工程概況

南水北調中線干線淅川段工程位于河南省淅川縣和鄧州市境內，根據工程要求，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，橋梁整體結構體系為內部高次超靜定、外部靜定結構。主拱拱肋采用等截面啞鈴形鋼管混凝土結構，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。

由于系桿拱橋內部高次超靜定，技術含量高，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段的應力、位移變化頻繁，加上結構材料的實際物理力學參數的影響，結構的應力、應變，吊桿索力不可能與設計計算值保持一致，而拱肋線形一旦形成，很難調整。因此必須在施工過程中建立計算機隨時跟蹤系統，對橋梁施工過程的位移、應力、溫度和吊桿索力等進行監測并采取行之有效的調控措施，確保橋梁施工和運行安全。

2 施工監控的主要內容

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行為，采用專用軟件進行大橋結構的數值仿真分析，為現場施工監控提供理論數據。

2.2 基礎資料收集

收集與監控有關的基礎試驗資料，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值等。

2.3 施工監控

淅川段6座系桿拱橋的施工監控采用自動適應的控制方法，全面考慮影響橋梁結構狀態的各種因素和設計目標，在施工過程中，用參數識別系統不斷地對結構計算模型中所用的計算參數（如混凝土彈模、容重等）進行識別修正，使結構計算模型和實際結構磨合一段時間后自動適應結構的物理力學規律，減小理論值與實測值的偏差。監控環節主要包括系桿（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、吊桿及系桿預應力的交替張拉階段和成橋階段。

2.3.1 系桿澆筑階段

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

2.3.2 拱肋安裝階段

一是拱架進行預壓，預壓過程中監測拱架的變形。監測內容為拱架的彈性變形和非彈性變形。拱架預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的全天候監測，監測合攏段梁端拱肋隨時間和溫度的變化規律，確定最佳的合攏時間；三是拱肋混凝土澆注過程中監測拱架的變形，同時在拱肋內預埋拱肋應力溫度測試元件和設置變形觀測點。

2.3.3 拱肋的卸架階段

一是根據數據進行拱架卸架的穩定性分析，并提供拱架的卸架程序。二是在拱架的卸架過程中，及時監測已預埋各點的應力和拱頂及l/4截面的空間變位。該階段是關鍵施工階段，施工時應嚴格按照拱架卸落程序進行卸架，監控單位也要加強本階段的監測并及時分析。

2.3.4 吊桿及系桿預應力的交替張拉階段

一是根據已有監測數據和設計的成橋內力及線形，進行結構分析。若按原設計的張拉方案可以滿足成橋內力和線形的要求，則按原設計方案進行張拉；如果以前施工的累計偏差影響成橋內力和線形，則調整吊桿和系桿預應力的張拉批次和張拉力，重新制定張拉方案，報請設計方驗算并批復。二是在每批吊桿或系桿預應力張拉前和張拉后，進行已預埋各應力和變形測點的測試，以及已張拉吊桿的索力測試。三是根據每次張拉后的理論值和實測值的誤差，經參數識別和結構分析，對后續施工進行小范圍調整，以保證成橋內力和線形；如果需較大的調整，需報請設計單位驗算并批復后實施。四是全部吊桿張拉完成后，根據結構的應力、變形和吊桿索力的測試數據，進行吊桿張拉力的調整，保證成橋內力和線形，吊桿張拉力的合理和優化。最后一次張拉應在夜間溫度穩定時段進行。

2.3.5 成橋階段

成橋后，根據天氣情況進行≥3 d的全天候觀測，分析橋梁成橋后的力學參數。

3 施工監控實施措施及注意事項

一是系桿拱橋的施工監控是一項系統而復雜的工作，工序交錯且涉及多家參建單位。因此，橋梁開工前應由建管單位牽頭組建有監控單位、設計單位、監理單位和施工單位共同參與的監控工作小組，制定相關工作制度，在整個施工過程中對監控工作進行協調、組織和監督，確保監控工作及時有效地開展；二是現場測定工作由施工單位和監控單位平行進行，以便于現場及時校對，同時由監理單位進行監督。橋梁每一施工階段完成后，有關數據應統一匯總至監控單位，由監控單位進行數據分析后，下達下一施工階段的控制指令并經參建各方簽認執行后，方可進行下一階段的施工；三是嚴格控制監控觀測時間，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，確保監控觀測數據的代表性；四是在各施工階段，若結構內力和結構變形與設計目標出現較大偏差，應及時調整，避免累計造成不可調偏差。在成橋后，較小的內力偏差可通過吊桿張拉力和張拉順序調整。

4 施工監控成果

通過對南水北調中線工程淅川段6座系桿拱橋施工過程中關鍵階段、關鍵截面的變形、應變和吊桿張力的監測情況來看，成橋后兩個拱肋標高差在10 mm之內，拱肋軸線偏差在15 mm之內。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。在各個施工階段，系梁拱肋應力實測值均為壓應力，實測數據與理論數據基本符合，成橋線形和內力均滿足設計要求，同時施工監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控[J].現代交通技術,2009（6）.