跨城際鐵路鋼桁架頂推法施工監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

谷傳剛 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)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(fèi)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(chǎng)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(chǎng)無柱雨棚和普速場(chǎng)新建雨棚，橫跨5個(gè)站臺(tái)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(zhǎng)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(jì)資料和檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的差異，分析原因并提出對(duì)應(yīng)的改進(jìn)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(jì)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(shí)施控制和反饋等流程組成。通過對(duì)智能監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，特別是對(duì)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(duì)施工累積誤差做出評(píng)判。通過對(duì)設(shè)計(jì)容許誤差度標(biāo)準(zhǔn)、施工采集數(shù)據(jù)、施工控制目標(biāo)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(jì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為目標(biāo)，以審批的施工方案為依據(jù)，按照設(shè)計(jì)提供的參數(shù)取值，計(jì)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(duì)校核；

（2）根據(jù)監(jiān)控體系的需要，施工過程中及時(shí)測(cè)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(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)，為下階段結(jié)構(gòu)的施工做好準(zhǔn)備；

（4）通過鋼桁架全過程的跟蹤監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)施工監(jiān)控的預(yù)期目標(biāo)。

5 施工監(jiān)控內(nèi)容

對(duì)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(biāo)高及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有效的控制和調(diào)整。

5.1 材料、荷載參數(shù)監(jiān)測(cè)

在施工監(jiān)控控制計(jì)算中，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的數(shù)據(jù)核定參數(shù)，錄入軟件系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，并根據(jù)施工中采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)核定參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，使施工監(jiān)控控制計(jì)算能與實(shí)際施工相近。現(xiàn)場(chǎng)需采集的參數(shù)主要包括:幾何形態(tài)、力學(xué)性能和施工荷載參數(shù)等。

5.2 施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在鋼桁架的關(guān)鍵構(gòu)件上焊接相應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)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(jì)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(diǎn)控制斷面及普通參照控制斷面、避開桿件拼裝時(shí)彎曲次內(nèi)力影響等。

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

（2）監(jiān)測(cè)方法。應(yīng)變計(jì)必須按預(yù)定的測(cè)試方向安裝在待測(cè)結(jié)構(gòu)表面，并確保在頂推施工中不發(fā)生松動(dòng)；連接導(dǎo)線采用軟膠護(hù)套管保護(hù)，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(jì)與連接導(dǎo)線應(yīng)避開施工機(jī)具的行走位置。應(yīng)力測(cè)試與主梁施工同步進(jìn)行，并記錄好每個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變計(jì)和傳感器編號(hào)。

5.3 施工幾何監(jiān)測(cè)

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

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

（2）監(jiān)測(cè)方法。撓度監(jiān)測(cè)采用全站儀，配備2 m的對(duì)中桿。在施工過程中對(duì)結(jié)構(gòu)已拼裝節(jié)段的軸線進(jìn)行控制，在導(dǎo)梁前端安裝棱鏡布置幾何測(cè)點(diǎn)，并用鋼尺測(cè)出當(dāng)前已拼裝節(jié)間的橫向中點(diǎn)并做好標(biāo)記，用全站儀測(cè)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(shí)別

鋼桁架頂推施工過程復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)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(biāo)作業(yè)、安裝誤差等，都會(huì)對(duì)施工精度產(chǎn)生影響；三是施工監(jiān)測(cè)的影響，因安裝儀器、布設(shè)點(diǎn)位、測(cè)量方法等存在差別，難免會(huì)使結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)工作存在一定的誤差。以上影響因素的存在，會(huì)與設(shè)計(jì)參數(shù)產(chǎn)生誤差，因此在實(shí)際施工過程中須對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和調(diào)整。

6.1 設(shè)計(jì)參數(shù)識(shí)別

設(shè)計(jì)參數(shù)可通過設(shè)計(jì)資料和施工前的測(cè)定來加以明確，并通過實(shí)測(cè)值和設(shè)計(jì)值對(duì)比分析，減少誤差。

6.2 設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整

由于結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)值和設(shè)計(jì)值存在一定誤差，可以通過位移或應(yīng)力的偏差計(jì)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(cè)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(duì)措施，確保施工安全和結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論與建議

在此次站改工程非付費(fèi)聯(lián)絡(luò)通道的施工過程中，通過對(duì)該鋼桁架施工期間的頂推力、標(biāo)高及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行了有效控制和適當(dāng)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(jì)要求相符。總結(jié)本工程的監(jiān)測(cè)，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(cè)點(diǎn)，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(jì)算理論值相吻合。

（2）在撓度測(cè)試時(shí)，應(yīng)在梁的端部適當(dāng)位置布置變形測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了解梁體結(jié)構(gòu)變形情況。在溫度比較穩(wěn)定的早上進(jìn)行測(cè)量便于消除溫度對(duì)測(cè)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(chǎng)抽樣試驗(yàn)頻次，并及時(shí)對(duì)計(jì)算模型中材料的彈性模量進(jìn)行修改。

（4）掌握頂推施工中的各支點(diǎn)反力情況。支點(diǎn)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(duì)支點(diǎn)反力進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試。

（5）通過對(duì)觀測(cè)變量的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值比對(duì)，如果存在較大誤差則須參數(shù)識(shí)別，預(yù)測(cè)下一階段的施工參數(shù)。