鄭北大橋頂推施工導梁與扣塔實時監控及安全預警研究

摘" 要：為保證農業路大橋跨越鐵路編組站頂推施工順利進行，采用無線實時監測技術，在鋼梁頂推過程中，對導梁與扣索塔架進行無線實時跟蹤監測和安全預警，控制平面及豎向線形，同時在前進中對誤差進行實時糾偏，解決鋼梁頂推過程中下撓過大、側向扭轉側移問題，使橋梁成橋狀態下線形及內力符合要求。

關鍵詞：頂推；導梁；扣塔；安全預警；監測；位移

中圖分類號：U445" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）12-0114-04

Abstract： In order to ensure the smooth incremental launching construction of the Nongye Road Bridge across the railway marshalling yard， the wireless real-time monitoring technology is adopted to carry out wireless real-time tracking and monitoring and safety early warning of the guide beam， and the buckle cable tower in the process of steel beam pushing， and the control plane and vertical alignment are carried out. At the same time， the error is rectified in advance， which solves the problem of excessive downward deflection and lateral torsion in the process of incremental launching of steel beams， so as to make the alignment and internal force of the bridge meet the requirements.

Keywords： incremental launching; guide beam; buckle tower; safety early warning; monitoring; displacement

鄭州市農業路快速通道工程規劃為東西向城市快速通道，全線西起西三環以西雄鷹路（K0+141.34），東至中州大道以東金源東街（K13+114），總長約13.255 km。鄭北大橋為全線控制性工程，設計采用221+221 m獨塔-砼結合梁斜拉橋，主橋梁體采用鋼-混結合梁，二者通過剪力釘相結合（圖1）。鋼梁從西至東縱坡1.75%，橫坡為雙面坡2%。鋼梁部分由縱梁、橫梁及小縱梁共同組成格構體系，橋面板采用分塊預制、現澆濕接縫連接的方式。主橋斜拉索采用平行鋼絲斜拉索，支撐體系為半漂浮體系?；诒卷椖夸摿嚎缭洁嵄本幗M站的特點，鋼梁采用步履式頂推方案。斜拉索采用高強平行鋼絲拉索。橋面板在鋼梁頂推完成后采用分塊架設安裝、現澆濕接縫連接的方式進行連接施工。

鋼箱梁梁段采用步履式多點連續頂推法施工，在P2m-9#墩與L5#起頂墩之間設置拼裝平臺，在P2m-15墩到P2m-17墩之間設置共計6個臨時墩，在臨時墩墩頂及P2m-15#、16#、17#墩墩頂設置頂推設備，共計28套。步履式頂推設備頂面線型為鋼箱梁頂推線形。

鋼梁共分為ZL27-ZL0-ZL27共計55個節段，鋼梁節段全部在鋼梁拼裝平臺側進行安裝，而后由P2m-15#墩向P2m-17#墩頂推，邊頂推邊安裝鋼梁，直至鋼梁頂推至設計位置，鋼箱梁頂推到位后，通過各結構墩上的豎向千斤頂對鋼箱梁縱向線形進行調整，最后進行鋼箱梁落梁（圖2）。

施工過程中，鋼梁最大跨越距離為92 m。為改善鋼梁在頂推過程中前段下撓過大問題，在鋼梁前端安裝52 m長的鋼導梁，并在鋼梁頂推跨越92 m跨時設置扣索塔架。在頂推過程中，梁體不僅上下撓動，在平面內線形也不斷變化，因此在頂推過程中需對平面及豎向線形同時進行控制，在前進中對誤差進行實時糾偏。

為保障農業路鄭北大橋鋼梁頂推施工順利進行，與監測單位監測成果互為補充，因此配合橋梁施工開展了導梁與扣索塔架無線實時跟蹤監測和安全預警工作，為工程安全實施提供了更進一步的技術保障。

1" 施工導梁與扣塔實時監控和安全預警方案

1.1" 導梁前端位移實時監控

隨主梁向前頂推，懸臂長度增加、導梁前端豎向位移逐漸增大，同時側向亦有可能發生扭轉側移。為確保整個頂推過程中，導梁前端豎向位移和側移均在施工控制范圍內，在導梁前端左側設1個位移監測點（圖3），該監測點可同時遠程無線監測水平側移和豎向位移。

采用太陽能供電系統，不受停電等非正常用電情況影響。通過數據管理平臺從電腦（軟件）、手機（APP）等設備上實時監測位移變化。

1.2" 扣塔頂部位移實時監控

鋼梁向前頂推過程中，扣索塔架塔頂位移需要實時監控，沿橫向塔頂一側設置1個位移監測點以保證扣索塔架的安全性（圖3）。監測單元、指標及功能均同上。

扣索塔架與導梁位移監控可使用同一個數據收集單元，即觀測基站可共用。

1.3" 安全預警

通過數據管理平臺從電腦（軟件）、手機（APP）等設備上實時監測位移變化。所有遠程無線采集到的數據在同一個平臺上進行數據展示，提供新警告和歷史警告查看、實時短信預警等功能，采樣頻率高于1次/min。實時監測數據與所設置位移界限值進行對比，當超限時可實時發送短信給設定人員做出預警。

1.4" 與監測單位監測成果互為補充

施工導梁前端和扣塔頂部實時位移是關鍵施工過程中的關鍵控制參數，監測成果與監測單位的測試成果互為補充，并為類似工程實踐的施工總結經驗。

2" 實施過程

2.1" 監測設備

位移監測采用江西飛尚科技有限公司GNSS位移監測系統，監測單元采用北斗與GPS雙星五頻GNSS模塊高性能芯片接收衛星信號來計算所處位置的水平和垂直位移，技術指標為：平面±2.5 mm+1×10-6D，高度±5 mm+1×10-6D，GPRS通信模式，一個測點可同時遠程無線監測水平側移和豎向位移，最遠可達5 km。其原理是以參考站（基站）為參照物，利用GPS與北斗定位系統采取移動中的監測站的實時大地坐標，數據采集之后無線傳輸至后臺解算系統，根據此工程監測點所處具體地理位置，將地理坐標轉化為位移數值。經過角度轉換，解算出監測點處實時位移變化。

該監測系統主要由參考站（基站）及監測站（監測點1、2）組成。點位選址在15°高度角視場內周圍無障礙物遮擋的視野開闊地區。參考站（基站）與監測站均由GPS設備、GPRS無線模塊、數據采集箱、太陽能板和供電電池組組成。太陽能電池板可自動為電池組充電，以供夜間或者陰雨天氣為設備不間斷供電，同時不受施工場地停電斷電等因素的干擾。

2.2" 儀器布置、安裝及調試

參考站（基站）作為基準參照點，安裝位置須穩固，遠離震動源，且位于視野開闊地帶。因此，參考站（基點）安裝于鄭北橋西端已修成（未通車）農業路高架橋中間混凝土隔欄之上；監測站1（測點1）安裝位于北側扣塔頂端；監測站2（測點2）安裝位于北側導梁前端，用以監測扣塔及導梁實時位移變化（圖4）。

儀器安裝須盡量避開或遠離強磁或強電區域，選擇上空相對開闊地界。

2.3" 監測和預警平臺

所有遠程無線采集到的數據均集成到安心云平臺上進行數據展示、提供新警告和歷史警告查看及實時短信預警等功能，可對臺式機和手機實時監控畫面及預警值進行設置。

本項目根據工程具體特點，從更適用的角度出發進一步開發和擴展了程序功能?？赏ㄟ^專用賬戶進行監測數據及相關信息管理。

考慮到臺式機和手機性能的差異，在電腦和手機平臺上數據呈現形式略有差異。電腦平臺結構物監測可將鼠標移到三維模型上實時顯示，同時亦可集中查看單一個測點某一時間段的所有監測數據，可實時顯示位移變化曲線（圖5）。

可在后臺根據需要設置多級預警值進行預警（圖5），并可查詢預警信息，并設置預警信息發送設置，可將相關信息直接發送到相關人的手機和郵箱，按照告警的不同層級將信息發給不同權限的人，從而實現了監控與預警的有機結合。

手機實時監控畫面較為簡潔，但相關監測數據呈現均與電腦平臺保持一致。

同時，為便于與監測單位測試成果對比，在平臺上可根據需要形成日、周、月和年報表（圖6）。

監測平臺中實時顯示出導梁前端與扣塔各個方向位移數值變化，同時可自動形成各方向位移變化曲線。每5 s采集解算出一組數據，采集的數據自動保存至云端，同時也可在監控平臺上選取任意時間段內各個測點的任一方向數據進行差值分析。監控平臺具有實時預警功能，可設置1到4級預警值，當達到預警值時可自動向相對應手機號發送短信及撥打電話。監控平臺可按照施工要求每天生成1份日報，作為對本日施工監控的一個歸納總結。

通過軟件制開發，實時分級預警，手機APP與電腦協同監控。在施工期間，與監測、施工方共同確保工程安全，使頂推工作能夠更加安全地進行。通過該方案的實施，鋼梁成功跨越難度最大的92 m懸臂頂推階段，跨越到臨時7號墩（圖7）。

3" 結束語

通過對橋梁實施施工全過程的跟蹤監控監測與實時預警，對控制參數進行實時調整，以確保施工中結構的安全、橋梁結構最終線形平順及內力分布合理，使成橋狀態的外形和內力符合設計要求，確保橋梁施工安全和正常運營。

參考文獻：

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