跨京廣鐵路特大橋連續(xù)梁懸臂灌筑施工線性監(jiān)控技術(shù)

蒙華鐵路連續(xù)梁懸臂灌筑施工線性監(jiān)控技術(shù)蒙華鐵路跨京廣鐵路特大橋梁體為大跨度預(yù)應(yīng)力單箱單室、變高度、變截面直腹板形式，該橋施工工序和施工階段較多，為確保梁體線形和施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全，通過(guò)多方案的比較，采用懸臂灌筑施工。各階段施工過(guò)程中相互影響，且這種相互影響又有差異，這就導(dǎo)致各階段混凝土澆筑過(guò)程的內(nèi)力和位移產(chǎn)生變化而偏離設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象，通過(guò)施工線性監(jiān)控、及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)調(diào)整，解決合攏前懸臂端豎向撓度的偏差、主梁軸線的橫向位移不超過(guò)容許范圍、保證合攏后的橋面線形良好。隨著鐵路建設(shè)的跨越式飛速發(fā)展，各種大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在橋梁建設(shè)中也是屢見(jiàn)不鮮，得到廣泛應(yīng)用。施工采用的方法多為對(duì)稱懸臂施工，其各階段施工過(guò)程復(fù)雜、受到許多不確定和確定因素的影響，結(jié)構(gòu)受力在各施工階段伴隨著結(jié)構(gòu)體系、約束條件和荷載作用的變化而不斷變化，導(dǎo)致橋梁連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)值和理論計(jì)算值。因此，在大跨度懸臂連續(xù)梁施工過(guò)程中必須實(shí)施嚴(yán)格的全過(guò)程施工控制，對(duì)橋梁的實(shí)際反應(yīng)（線形、高程、應(yīng)力等）進(jìn)行線性監(jiān)控，控制橋梁線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力等在規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，確保橋梁懸臂施工順利合攏。MHTJ-26標(biāo)段位于蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道的中段，位于湖南省岳陽(yáng)市，由北至南依次經(jīng)過(guò)岳陽(yáng)市建新農(nóng)場(chǎng)、君山區(qū)、岳陽(yáng)樓區(qū)和云溪區(qū)?？缇V鐵路特大橋梁體截面均為單箱單室，變高度，變截面箱梁，底板，腹板，頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，均按直線線性變化，箱梁頂面寬度11.02～12.02m，線間距4m，箱梁頂寬11.02m線間距5m，箱梁頂寬12.02m,線間距大于4m，相應(yīng)增加翼緣懸臂板長(zhǎng)度。曲線上梁按曲梁曲做布置，梁體沿左線中心線布置，相應(yīng)的梁體輪廓尺寸均為沿左線中心線的展開(kāi)尺寸，位于曲線段上時(shí)，梁體輪廓，普通鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼束及管道等均以左線中心線為基準(zhǔn)線沿徑向依據(jù)曲率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，支座亦按徑向布置。本橋采用掛籃懸臂施工方式，懸臂施工法是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要施工方法，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋來(lái)說(shuō)，采用懸臂施工方法雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但是這類橋梁的形成要經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，當(dāng)跨數(shù)增多，跨徑較大時(shí)，為保證合攏前兩懸臂端豎向撓度的偏差不超過(guò)容許范圍，須對(duì)該類橋梁的施工過(guò)程進(jìn)行控制。圖1跨京廣鐵路特大橋（40+72+40）m上部結(jié)構(gòu)圖（cm）3.大跨度連續(xù)梁懸臂灌筑施工線性監(jiān)控應(yīng)用隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，使得一些大跨度橋梁的建設(shè)不斷涌現(xiàn)。從而使得掛籃懸臂澆筑法在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工中被廣泛應(yīng)用。由于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工過(guò)程中受掛籃自重、風(fēng)力、施工荷載、變形等因素的影響，使得橋梁線形的控制難度增大。為確保兩懸臂端梁體合攏前軸線及高程誤差及合攏后梁體各項(xiàng)指標(biāo)控制符合規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，必須明確規(guī)定橋梁主梁的撓度等施工控制參數(shù)，并在施工過(guò)程中加強(qiáng)管理和控制，及時(shí)調(diào)整線形控制參數(shù)，以確保橋梁施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)可靠性和安全性，并保證在成橋后主梁線形偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。3.1施工監(jiān)控的必要性橋梁的幾何線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)不僅與橋梁設(shè)計(jì)有關(guān)，而且還對(duì)科學(xué)合理的施工方法有所依賴。橋梁施工關(guān)鍵問(wèn)題和困難在于施工過(guò)程如何控制，施工前預(yù)先取得設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)和幾何線形。同時(shí)，橋梁實(shí)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)原始依據(jù)在于施工控制取得的數(shù)據(jù)，這也是橋梁今后運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的起點(diǎn)。懸臂澆筑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工中也許遇到的情況設(shè)計(jì)時(shí)盡管已經(jīng)考慮了，但是諸多因素施工中出現(xiàn)，事先是無(wú)法精確預(yù)測(cè)，在設(shè)計(jì)時(shí)也是很難精確把握，如混凝土徐變收縮、材料彈性模量、施工荷載、有效預(yù)應(yīng)力大小、掛籃重量取值和溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性影響等因素，為了使橋梁建造成型后達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，施工過(guò)程必須嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析比較，從而對(duì)設(shè)計(jì)的施工過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，最終橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)達(dá)到施工和設(shè)計(jì)相符。3.2施工監(jiān)控基本理論在跨京廣鐵路特大橋（40+72+40）m的施工監(jiān)控中，對(duì)梁體線形進(jìn)行重點(diǎn)控制。在控制過(guò)程中，結(jié)構(gòu)參數(shù)采用最小二乘法進(jìn)行調(diào)整、估計(jì)。(1)懸臂施工階段控制特點(diǎn)懸臂施工階段連續(xù)梁橋是靜定結(jié)構(gòu)，成橋后內(nèi)力偏離設(shè)計(jì)值一般合攏過(guò)程中如不施加額外的壓力一般不會(huì)偏離太多，因此施工嚴(yán)格控制連續(xù)梁主梁線形。若出現(xiàn)誤差的施工梁段，除對(duì)預(yù)備預(yù)應(yīng)力束張拉調(diào)整外，基本沒(méi)有其他的手段進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整手段對(duì)梁體受力也不利，允許調(diào)整量也是有限的。因此，線形誤差一旦出現(xiàn)，將永遠(yuǎn)存在，已施工梁段的殘余誤差通過(guò)立模標(biāo)高調(diào)整來(lái)解決未施工梁段，對(duì)于較大的殘余誤差，則需經(jīng)過(guò)多個(gè)梁段的調(diào)整才能完成。綜上分析，施工連續(xù)梁懸臂澆筑標(biāo)高控制的特點(diǎn)，在于已完梁段的誤差無(wú)法調(diào)整，而正裝模擬計(jì)算的立模標(biāo)高影響未完梁段，與已完梁段誤差基本無(wú)關(guān)。因此，自適應(yīng)施工控制原理（見(jiàn)圖2）的下半環(huán)，連續(xù)梁施工控制量反饋計(jì)算一般不起作用。同時(shí)，上半環(huán)實(shí)際施工過(guò)程與計(jì)算模型計(jì)算出的預(yù)報(bào)標(biāo)高是否吻合，對(duì)計(jì)算模型及參數(shù)估計(jì)的修正顯得更為重要。圖2自適應(yīng)施工控制基本原理(2)自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在有限元計(jì)算模型中的計(jì)算參數(shù)取值，是影響結(jié)構(gòu)受力的重要因素。計(jì)算模型中的參數(shù)取值是根據(jù)施工實(shí)測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行修正，自動(dòng)適應(yīng)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)規(guī)律必須使實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型磨合一段時(shí)間后，自適應(yīng)控制系統(tǒng)在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再對(duì)一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行辯識(shí)，這就使控制調(diào)整量更為精確。橋梁采用懸臂澆筑施工，主梁墩頂附近的變形小、線剛度大，因此，全橋線形控制初期，采用自適應(yīng)控制思路對(duì)參數(shù)不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差影響較小。施工經(jīng)過(guò)多節(jié)段后，跨中變形較大的節(jié)段通過(guò)不斷的修正計(jì)算參數(shù)，從而為全橋施工控制創(chuàng)造良好條件。4.橋梁施工控制結(jié)構(gòu)分析4.1施工控制方法每個(gè)階段的變形計(jì)算和受力分析是連續(xù)梁結(jié)構(gòu)懸臂施工最基本的內(nèi)容，施工過(guò)程復(fù)雜和結(jié)構(gòu)體系過(guò)程轉(zhuǎn)化。施工監(jiān)控的目的就是確保施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全，保證橋梁成橋線形和受力狀態(tài)基本符合設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到施工控制的目的，必需對(duì)橋梁施工過(guò)程中每個(gè)階段的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)控。因此，必需采用合理的理論分析和計(jì)算方法來(lái)確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為。針對(duì)該橋的實(shí)際情況，采用正裝分析法和倒退分析方法進(jìn)行施工控制結(jié)構(gòu)分析。正裝分析法是按照橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際施工加載順序來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析，它能較好的模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工歷程，能得到橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)施工階段的位移和受力狀態(tài)，這不僅可用來(lái)指導(dǎo)橋梁施工，還能為橋梁施工控制提供依據(jù)，同時(shí)在正裝計(jì)算中能較好的考慮一些與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的因素，如混凝土的收縮、徐變問(wèn)題。正裝分析不僅可以為成橋結(jié)構(gòu)的受力提供較為精確的結(jié)果，還為結(jié)構(gòu)剛度、剛度驗(yàn)算提供依據(jù)，而且可以為施工階段理想狀態(tài)的確定、完成橋梁結(jié)構(gòu)的施工控制奠定基礎(chǔ)。倒退分析方法假定在成橋時(shí)刻時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析時(shí)刻的結(jié)果，軸線滿足設(shè)計(jì)線形要求，按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分析每次拆除一個(gè)施工階段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響，