上海长江大桥施工监控总结

上海长江大桥施工监控总结内容摘要：

梁段施工中以部分测量为主，测试方法也主要依靠一套设备的移动进行多个拉索的索力测量，在此，索力测点指的是在某个施工阶段所进行监测的拉索。 基于索力监测的目的及其具体情况，我们建议索力测点在大部分工况应以局部设置为主，索力测点布置一般应利用理论计算值根据以下原则计算确定： Δ F(ni) /Δ Fn2% () 式中 n 为悬臂端拉索编号，Δ F 为理论索力改变量 凡是满足式 的拉索均需要设置索力测点，另外，测点的布置还应该遵循对称的原则，即一个索塔的两侧拉索应同时设置测点。 另外，索力的监测 应尽 11 量与线形监测同步进行，当线形进行全桥通测的同时，为了更好得获得索力、线形匹配参数应对索力也进行全桥通测。 目前国内已经完成的钢箱梁斜拉桥根据 式计算一般需要的索力测点是：悬臂端向塔的 5 对拉索。 （ 2） 主梁线形测点布置 线形测量分为放样测量及事后测量。 放样测量指对新梁段进行定位的测量，一般放样测量结束后即进行新梁旧梁段的焊接或拴接。 事后测量指对已经完成的梁段进行的线形测量。 放样测量具有不可逆性，因此对其应采用更高精度的测试方法并辅助以多种其它手段。 线形监测具有以下几个主要目的：（ 1）确保新梁段放样位置的正 确性；（ 2）为施工控制的误差分析、参数识别提供实测参数；（ 3）辅助拉索张拉索力控制 基于 与 索力监测相同的原因，我们建议标高测量也根据不同的目的采用局部或整体的监测方案。 在一个梁段上设置 3 个主梁线形测点，两个高程测点及一个轴线测点，高程测点宜设置在悬臂端 横隔板与外侧 腹板 交界处的 顶部，轴线测点设置在横向尽量靠中部的位置。 当线形监测主要向放样或拉索索力控制提供参数时可以仅对悬臂端 2~3 个梁段进行监测 ，通常为了正确分析线形和索力，线形测试点与索力测点一一对应，因此，在控制工况通常也对悬臂端 5 个梁段进行线形测试。 当线形监测用于误差分析、参数识别时应进行全桥的通测即在对每个梁段均进行监测。 （ 3） 索塔偏位测点的布置 索塔偏位的监测同样分为放样测量与事后测量。 放样测量主要用于确定模板或节段的正确位置，一般放样测量结束后即进行混凝土的浇筑或节段的焊接（拴接）。 事后测量指对已经完成的塔段进行的偏位测量。 放样测量具有不可逆性，因此对其应采用更高精度的测试方法并辅助以多种其它手段。 索塔偏位监测具有以下几个主要目的：（ 1）确保新塔段放样位置的正确性；（ 2）为施工控制的误差分析、参数识别提供辅助实测参数；（ 3）为索塔水平撑杆的施顶提供 实测参数。 索塔在施工过程应在新塔段或其模板上设置测点，索塔水平撑杆顶撑时为了 12 确保顶撑效果也应考虑在顶撑位置设置测点，索塔施工结束后应对索塔进行至少一次每个索塔节段的通测。 主梁施工阶段应在索塔塔顶设置偏位测点。 （ 4） 索塔应力测点的布置 考虑到应力测点理论与实测值差异不可能达到误差分析或参数识别的要求，因此，索塔应力监测的主要目的是确保索塔在整个斜拉桥的施工过程的安全。 因此，索塔应力测点的布置应主要根据计算确定，并且尽量考虑在下塔柱、中塔柱、下横梁均设置测试断面。 每个塔肢测试断面应考虑在索塔的 4 个角点上均设置测 点。 （ 5） 主梁应力测点的布置 基于与索塔应力监测相同的原因，主梁应力监测的主要目的是确保主梁在整个斜拉桥的施工过程的安全。 从这个目的出发，主梁应力测试断面的布置应按照如下原则进行：测试断面主要根据理论计算选择施工过程中最不利的位置，并且应确保在刚度突变处（如辅助墩，塔梁交界处）设置测试断面，应取保中跨及边跨均有测试断面。 主梁测试断面的测点应确保顶底板在腹板与顶板交界处，纵膈板与顶底板的交界处，主梁中部设置测点以确保采集到应力的峰值点。 （ 6） 温度场监测的测点布置 由于温度对结构变形及内力的影响均较为显著，温度对结 构的影响可以分为均匀温度影响与非均匀温度影响，均匀温度影响指整个结构均处于相同的温度场下，非均匀温度指结构各部分由于日照或热传导速度的影响造成各部分温度不一致的情况。 均匀温度场的温度改变对结构的影响较小，因此，钢斜拉桥的施工控制总选择在结构各部分温度尽量接近的情况下进行。 在斜拉桥的施工监测中整个塔、梁、索各自的温度场比较接近，因此可以各选择一个断面进行温度场的监测。 索塔的温度场监测应至少在测试断面四个角点设置测点，主梁则应确保在顶板、腹板、底板均设置一定数量的测点，拉索可以通过试验索来进行温度场的监测。 （ 7） 风荷载的监测 对于大跨度钢斜拉桥而言施工过程中结构抗风稳定性分析和抑振措施，是施工过程安全保障的重点之一。 由于大跨径高次超静定结构体系斜拉桥对抖振反应 13 较大，因此测量大桥桥址区的风结构及其分布，可验证假设抗风分析和选用参数的科学性性。 根据测定的平均风速、风向并编绘桥址的风玫瑰图和推算的风重现频率、风在不同方向上的功率谱以及特定风速的持续周期，对桥梁结构各部位的动力响应分析产生重要的影响，并为据此结果进行抑振措施设计，对大桥安全施工作出决策提供不可缺少的原始资料和判别依据。 如果需要进行风荷载的监测可以 在索塔施 工期间至少在塔吊顶部设置一台风速仪，索塔施工完成后该风速仪可以转移到塔顶，在主梁施工期间应在距离索塔 100m 左右的中跨主梁至少设置一台风速仪。 我单位在南京长江三桥及苏通长江大桥的施工控制中进行过主梁及索塔的风荷载监测，当时进行此项监测的主要目的是为施工期间减振设备提供调整参数，考虑到上海长江大桥未设置此类减振设备，因此，上海长江大桥进行系统的风荷载测速没有太大意义，可以采用简单的手持式风速仪来进行风速测试以确定是否可以安全施工即可。 本桥监控测点布置及传感器选型 拉索索力监测 （ 1） 设备选型 斜拉索索力是斜拉桥 施工过程中最重要的监测指标之一。 目前平行钢丝斜拉索索力的测量方法主要有穿心式传感器与弦振式索力仪两种。 穿心式传感器具有精度高、测试速度快且受环境干扰小等优点，但价格相对较高，安装及拆卸均较为复杂。 弦振式索力仪测试速度慢、精度较低、受环境干扰大，但其价格低廉且安装及拆除均较为方便，因此在诸多斜拉桥的施工监测中获得广泛使用。 从重要性上来讲拉索张拉阶段的索力控制是最关键的，而张拉千斤顶不具备足够的精度，因此在拉索的张拉阶段应采用精度最高的传感器进行索力测量，并且采用多种方法校核。 测试方法主要以在千斤顶尾部安装穿心 式索力传感器的方法，这种传感器宜采 1%级的锚索计。 张拉后斜拉索的测试也是索力测试的必要组成部分，这个测试可以为误差分析及参数调整提供反馈数据。 张拉后索力的监测通常包含悬臂端 5 对拉索 (包括正在张拉的索 )，测试方法采用弦振式索力仪 ，弦振式索力仪经过张拉阶段的修正后索力测试精度能够达到 2～ 3%。 14 （ 2） 测点布置 全桥共配备 8 台锚索计 对张拉索进行索力测试。 采用这种高精度传感器的主要作用一方面是为了确保张拉时索力测量的高精度，另外一方面可以校核振动式索力仪的频率－索力换算公式。 全桥共 设置 4 套双通道的弦振式索力仪，同时可以 对 8 根拉索进行索力测试，在节段控制工况依次对悬臂端 5 对拉索进行测试。 图 及图 示分别给出了控制工况及一般工况索力传感器测点布置。 图 节段控制工况 索力传感器 测点 布置 图 图 非控制工况 索力传感器 测点 布置 图 15 主梁线形监测 （ 1） 设备选型 主梁线形测量分为放样测量与事后测量，放样测量对测量时间及精度均有较高的要求。 放样测量因为存在反复调整的问题，而且新梁段的放样位置受其相邻梁段的位置及转角的影响， 因此，放样测量的关键在于确保相对精度和测量速度。 事后测量 的结果主要用于误差分析和参 数识别，因此，事后测量的关键在于确保可靠的测量精度。 考虑到上海长江大桥大悬臂及强风的特殊情况，可能在较多的测量时间内主梁存在较大的颤动，因此，针对这种情况我们需要制订特殊的测量方案。 在风速较小或悬臂较短的阶段主梁晃动不大的情况下采用自动安平水准仪，本方案拟采用天宝的 Dini 12 数字水准仪（ 每 km往返精度 ） ，该水准仪采用 3m长的条码尺，测量速度较常规的水准仪提高很多。 在风速较大或悬臂较长主梁存在较大晃动的情况下拟采用两台 Leica TCA2020 测量机器人（ ″）同步测量两点获得高差的方 式来抵销主梁晃动的影响。 （ 2） 放样测量 （ A） 待安装箱梁的中轴线控制 1) 事先在每一块箱梁的顶面刻划好其中轴线的标志线（示意图见图 ）。 2) 在大桥的两边跨和中跨的 0＃ 块顶面建立高精度的轴线（桥轴线）控 制网，作为悬臂箱梁悬拼安装时中轴线控制的基准控制网。 轴线控制网由大桥的首级平面控制网用 GPS静态测量的方法加密获得，加密测量时的精度等级为 GPS B 级网，平差后各轴线控制点的点位中误差不大于177。 3mm。 3) 待安装箱梁的中轴线，用中线法控制其安装的平面位置，即在轴线控制点上安置 TCA2020 全站仪，后视另一轴 线控制点后，指向待安装的箱梁。 安装定位时，先使待安装箱梁的后端中线与悬臂上已安装好的箱梁（上一节段箱梁）中线重合；之后调整箱梁的位置，使其前端中线恰好位于全站仪已打到梁面的激光点上，这样此块待安装箱梁的平面位置就调整到位了。 （原理见下图）。 16 已拼装箱梁 待拼装箱梁箱梁顶面中轴线的标志线箱梁顶面标高控制点箱梁顶面中轴线的标志线中轴线基准控制点 全站仪打到梁面上的激光点待拼装箱梁 已拼装箱梁桥轴线北主塔横桥向中心线 南主塔横桥向中心线长江图 钢箱梁安装平面位置测量控制示意图 4) 事实上这种平面测量控制的方式在整个悬臂拼装的过程中较少采用，由于 U 肋的拼接板在钢箱梁工厂预拼阶段就进行了号孔制造，因此，在悬臂拼装阶段钢箱梁平面位置基本 上已经由工厂预拼的情况确定下来了。 这种调整仅使用与我们认为钢箱梁轴线位置已经发生较大偏移且存在逐渐放大的可能时，当然，发生这种调整的时候我们必须现场号孔重新制作高强螺栓的拼接板了。 （ B） 待安装箱梁的标高控制 1) 事先在每一块箱梁顶面的四角位置布设四个标高控制点（见上图 ），其中远塔向的两个为主控测点，近塔向的两个为辅助测点（备用测点）。 2) 首先将岸上首级高程控制点的高程传递到大桥两主塔塔柱的人洞口，待两 0＃ 块钢箱梁安装完毕后，再将高程控制点引到两 0＃ 块顶面，即在 0＃ 块钢箱梁顶面建立 高精度的 高程 控制点，作为悬臂箱梁拼装时标高控制的高程基准控制点，考虑到本桥索塔无横梁构造的特殊性，在控制工况的标高测量均需要复核塔柱与 0块主梁的高程关系，具体措施可以采用指针标尺的形式。 3) 对于待安装的钢箱梁，由于其顶面上的标高控制点，相对于其前一节段已拼装好的钢箱梁上的标高控制点的高差，是已计算好且固定不变的，故采用控制相对高差的方法，对待安装钢箱梁的标高进行控制。 即在待安装钢箱梁拼装时，测量其顶面四个标高控制点中悬臂端的两个（近塔端两个作为辅助测点，一般不进行测量）相对于其前一块已拼装好的钢箱梁之标高控制点的 高差，待这两个点的相对高差均符合监控计算的高差要求时，此块钢箱梁的标高就调整到位了。 17 在风平浪静和短悬臂的正常情况下，上述的相对高差控制法可用电子水准仪（自动安平）测量高差，这时可做到快速而准确地控制待安装钢箱梁的标高；在小风和长悬臂主梁较低幅度晃动的情况下，上述的相对高差控制法可用精密光学水准仪（人工精确整平）测量高差，这时可做到准确地控制待安装钢箱梁的标高；在风力较大和长悬臂晃动显著的情况下且要求快速测量定位，此时在悬臂最前端进行精密水准测量（不论是电子水准仪还是精密光学水准仪）是不现实的，故在进行相对 高差测量时，应在后面稳定的钢箱梁上架设测量机器人，对待装钢箱梁及其相邻几块箱梁的标高控制点进行自动三角高程测量，可快速获得其相互间的高差，考虑到箱梁的振动相对高程测量的同步性将直接影响测量精度，因此，我们考虑采用 2 套 TCA2020 进行同步测量（见图 ）。 TCA2020 的棱镜跟踪功能能够迅速捕捉到正处于振动中的悬臂端棱镜，另外， TCA2020 测量结果均带有时间参数可以很容易选出 2 台仪器同时间观测的数据。 采用这种方案可以确保相对高差测量精度优于 3mm，完全能够保障放样精度，并且速度非常快。 图 主梁大幅度振动情况下的放样测量示意 图 （ 3） 事后测量 (A) 挠度变形观测点的布设 主梁挠度变形观测点布设在每块钢箱梁上、下游两个边腹板对应的钢箱梁悬臂端横隔板的顶板上，主控测点采用 LEICA 棱镜的棱镜杆，焊接在钢箱梁顶面，棱镜杆在钢箱梁加工阶段焊接，并且工厂预拼装阶段、放样阶段及事后测量阶段采用相同的测点。 辅助测点采用工厂预制阶段焊接的钢筋短柱。 （ B）测试方案 在风平浪静和短悬臂的正常情况下，可采用现代的电子精密水准仪 +因瓦条码尺的精密水准测量方法，通过埋设在塔下人洞内的基准点，定期对主梁各梁段上的监测点 进行观测。 在小风和长悬臂晃动情况下，可采用传统的光学精密水 18 准仪 +因瓦水准尺的精密水准测量方法，进行上述各种工况下的挠度变形监测。 在风力较大和长悬臂晃动显著的情况下 ，可采用现代的电子全站仪自动照准三角高程测量的方法，进行上述各种工况下的挠度变形监测。 此时全站仪安置在靠近O块的稳定的位置，棱镜直接安装在钢箱梁顶面的棱镜杆上，由于此时采用的是单向三角高程测量的原。