南水北调跨渠生产桥施工过程监控技术探讨

　　【摘 要】为保证桥梁施工质量，防止事故发生，监控技术在桥梁建造施工过程中越来越受到重视。文章对南水北调工程跨渠生产桥梁施工过程中采用的监控技术进行分析与阐述。

　　【关键词】桥梁施工; 施工监控; 测量

　　1 工程概况

　　本跨渠生产桥位于南水北调干渠两岸两村之间，是为满足居民生产和生活的需要，连接附近村庄到总干渠对岸的主要交通通道。根据总干渠的开挖断面，干渠管理道路与生产桥立交。根据桥梁布置原则的要求，结合干渠管理道路的位置，桥跨布置为4×20 m+90 m+4×20 m。其中主桥90 m跨度的系杆拱桥为施工监控的对象。

　　2 施工监控的目标、内容和工作重点

　　2.1 施工监控的目标

　　施工监控的目标就是在施工过程中控制结构的受力状态和变形始终处于安全的范围内，成桥后结构的线形与内力达到设计要求，结构本身又处于最优的受力状态。

　　2.2 施工监控的内容

　　监控工作的主要内容包括监控计算、施工监测。

　　监控计算一般取用设计部门确定的设计成桥状态作为监控计算的初始状态，在此基础上确定计算控制参数，建立计算模型。检查验算桥梁结构成桥和施工各阶段主要受力部位如拱肋、系梁等的应力及位移是否满足规范要求。然后结合具体的施工工况和测量数据进行结构内力、位移、应力分析计算，得出预测值。

　　施工监测包括对主拱肋和系梁的应力、线形测量;吊杆索力测量;系杆分阶段张拉时的拱脚位移、转动测量，和主拱肋及系梁的变形和应力测量;温度场的监测;桥面线形测量。

　　3 监控工作内容及重点

　　3.1 施工控制计算

　　3.1.1 结构计算

　　结构计算就是利用建立的结构计算体系对施工过程中每一阶段结构的应力、内力和位移状态以及施工监控参数进行计算，在结构计算中考虑施工误差、材料属性差异等因素的影响，根据计算结果为各节段施工提供施工监控目标值，保证节段施工的顺利进行，从而保证结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。

　　本桥监控计算准备采用多套软件进行。本桥的监控计算采用两种分析方法。首先通过对设计成桥状态倒拆，以获取各施工节段结构的内力、线形等，即所谓“倒拆计算法”;然后利用“倒拆法”获得的各施工阶段内力、线形按照架设顺序及相应工况进行正装计算，整个计算步骤按主桥施工架设过程进行，直至合拢，即所谓“正装计算法”。正装计算需进行多次迭代，逐步逼近，最终达到理想的符合设计要求的成桥内力及线形。

　　首先根据该桥架设过程，进行施工架设直至最终成桥全过程的计算，并计算该桥在各种荷载作用下桥梁各构件的内力、变形，与设计院进行相互校核。然后，在实际施工过程中结合实际监测数据进行参数识别，调整计算模型进行进一步计算分析。计算的主要内容有：①各阶段系梁的内力和变形;②各阶段拱肋的内力和变形;

　　③吊杆初拉力及各阶段吊杆拉力;

　　④架设及施工过程中系梁、拱肋的预拱度设计和架设标高;

　　⑤成桥阶段桥面的标高。

　　3.1.2 施工控制方法

　　施工控制就是对桥梁施工过程实施控制，确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态(包括成桥线形和成桥结构内力)符合设计要求。根据本桥的结构形式、施工特点及具体控制内容，可以采用桥梁施工预测控制法。

　　预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段(节段)形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间免不了有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测予以考虑，以此循环，直到施工完成和获得与设计相符合的结构状态。在实际施工中，在每一个阶段完成后，可以对桥梁的实际信息进行测试，测试的结果又可以反馈给预测控制。通过反馈得到的实测值与预测值进行对比，在排除仪器误差、测试原理等非结构因素引起的误差以外，就可以判断实际施工的误差状态，然后重新调整计算，力争在下个阶段中减小或消除误差。实际的施工控制就是重复预测-反馈-调整后预测过程中，最终保证桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内。

　　3.1.3 参数的估计、预测和调整

　　施工控制是全过程的控制，也就是每个施工阶段都要控制，这样才能避免误差的累积和确保施工安全。

　　在桥梁施工过程各阶段及体系各部分相互关联，不论是在施工阶段之间还是结构内部都相互影响。由于存在各种各样的误差以及环境方面的影响，使得施工过程中实际结构与理论状态总会存在一定偏差，因此，需要根据理论计算数据和实测成果，采用控制理论分析方法来调节偏差，使整个施工过程结构状态始终在受控状态及结构处于控制范围内，并尽量接近设计和计算理论值。

　　(1)参数估计。首先，根据影响性分析确定需进行参数估计的计算量(如预应力参数、砼弹模、主梁重量等);然后根據大量的实测数据，采用最小二乘法确定最优估计值;最后，将最优估计值重新带入安装计算模型重新计算，得到一套进一步精确的理论数据。

　　(2)滤波和预测。通过参数估计，基本上消除了计算误差(系统误差)，但实际施工中由于测量手段、施工工艺的限制，仍然会存在一定的偶然误差，这就需要进行滤波、预测和调整。

　　建立合适的状态方程，采用目前较成熟的卡尔曼滤波法进行滤波和预测，可以得到目前结构状态的滤波估计值，和下一步施工参数的预测估计值。根据合理的预测值可以及时采取措施，减小后续施工过程中结构偏差。

　　(3)优化调整。对于已存在的偏差，根据最小二乘法理论，采用适当手段(如预应力)进行最优调整，做到既能最大化减小结构偏差，又方便施工。

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文章名称： 南水北调跨渠生产桥施工过程监控技术探讨

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