跨城际铁路钢桁架顶推法施工监测技术探讨

谷传刚 中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部

1 工程概况

本工程为繁忙干线铁路站改工程中的非付费联络通道钢桁架顶推施工，一端连接京沪铁路站房，另一端连接沪宁城际站房。工程完工后满足客场候车室至城际候车室客流的双向换乘需要。该通道下穿城际场无柱雨棚和普速场新建雨棚，横跨5个站台12条股道（其中正线4条）。通道采用钢桁架结构，结构宽6.0 m、高 4.25 m，轨面到梁底 8.91 m，总长度超过110 m(见图1)。

图1 全钢桁架立面图

2 施工监控目的

根据施工过程中产生的各种影响钢桁架应力与变形的因素，结合各施工阶段的设计资料和检测数据，计算出实测值与设计值的差异，分析原因并提出对应的改进措施，确保钢桁架通道建成后的几何形态、应力状态与外形曲线等符合设计要求。

3 施工监控系统

施工过程的监控控制是由信息采集、分析处理、实施控制和反馈等流程组成。通过对智能监测点位的数据信息进行分析，特别是对桁架结构主要数据(如内力、应力、变形等)的分析，对施工累积误差做出评判。通过对设计容许误差度标准、施工采集数据、施工控制目标数值等建立起应力控制系统。

4 施工监控方法

（1）以设计的结构状态为目标，以审批的施工方案为依据，按照设计提供的参数取值，计算各施工阶段结构的理论状态，建立起施工全流程的跟踪分析比对校核；

（2）根据监控体系的需要，施工过程中及时测量结构在各工况下变形和应力等数据；

（3）根据实测的数据，及时修正设计参数，为下阶段结构的施工做好准备；

（4）通过钢桁架全过程的跟踪监测与数据分析，实现施工监控的预期目标。

5 施工监控内容

对施工期间的钢桁架几何位置、扰度，顶推力，导梁的刚度和变形、标高及应力等内容进行有效的控制和调整。

5.1 材料、荷载参数监测

在施工监控控制计算中，根据设计提供的数据核定参数，录入软件系统进行仿真模拟，并根据施工中采集的实测数据对核定参数进行分析计算，使施工监控控制计算能与实际施工相近。现场需采集的参数主要包括:几何形态、力学性能和施工荷载参数等。

5.2 施工应力监测

在钢桁架的关键构件上焊接相应的应力监测元件，用以采集各施工阶段钢桁架的应力数据。关键构件的选择依据是能监控施工阶段杆件最大计算应力、能充分反映杆件中纵向应力的分布规律、并注意区分重点控制断面及普通参照控制断面、避开杆件拼装时弯曲次内力影响等。

（1）测点布置。根据不同施工阶段选择不同的位置:顶推过程中，测点布置在钢桁架受力不利的杆件；落梁过程中，测点布置在永久墩和各临时墩处，各测点应力传感器根据施工阶段在拼装钢桁架时安装。

（2）监测方法。应变计必须按预定的测试方向安装在待测结构表面，并确保在顶推施工中不发生松动；连接导线采用软胶护套管保护，从不易被踏损的地方引出至梁顶面，每隔3 m(或方向改变处)固定好导线，应变计与连接导线应避开施工机具的行走位置。应力测试与主梁施工同步进行，并记录好每个测点的应变计和传感器编号。

5.3 施工几何监测

几何监测在钢桁架节段拼装、顶推等施工阶段进行。主要包含对梁底高度、轴线偏位、导梁标高等内容的监测。施工阶段的线型测量要在相应施工阶段结束的时间段进行。几何监测包括:结构竖向变形监测、梁顶平面轴线位置监测。

（1）测点布置。根据钢桁架结构的施工特点，选择在导梁前端、每跨的墩顶(包括临时墩墩顶)和主梁跨中处安装变形测点。随着顶推梁段的接长，考虑到变形监测和列车通过的视线问题，在城际端安装基准点。

（2）监测方法。挠度监测采用全站仪，配备2 m的对中杆。在施工过程中对结构已拼装节段的轴线进行控制，在导梁前端安装棱镜布置几何测点，并用钢尺测出当前已拼装节间的横向中点并做好标记，用全站仪测试轴线偏位值。结合施工方案，钢桁架顶推施工过程中，在各墩墩顶均设有横向限位和调整装置，将钢枪梁控制在允许偏差范围内。

6 监控参数误差分析和识别

钢桁架顶推施工过程复杂，安全风险较高，影响施工精度的因素也较多。一是杆件的结构特性、施工荷载、材料的热膨胀系数等参数的影响；二是施工工艺的影响，例如施工过程的非标作业、安装误差等，都会对施工精度产生影响；三是施工监测的影响，因安装仪器、布设点位、测量方法等存在差别，难免会使结构监测工作存在一定的误差。以上影响因素的存在，会与设计参数产生误差，因此在实际施工过程中须对设计参数进行识别和调整。

6.1 设计参数识别

设计参数可通过设计资料和施工前的测定来加以明确，并通过实测值和设计值对比分析，减少误差。

6.2 设计参数调整

由于结构实测值和设计值存在一定误差，可以通过位移或应力的偏差计算、结构参数的分析，找出偏差原因，确定参数合适值。并预测后续施工过程的结构形态和内力状态，提出应对措施，确保施工安全和结构状态符合设计要求。

7 结论与建议

在此次站改工程非付费联络通道的施工过程中，通过对该钢桁架施工期间的顶推力、标高及应力等内容进行了有效控制和适当调整，确保了结构物的内力状态、应力状态及外形曲线与设计要求相符。总结本工程的监测，得出以下结论:

（1）在钢桁架顶推施工过程中，在应力较大的杆件应布置监测点，便于观察施工过程中的应力变化和应力分布，力求应力值与仿真计算理论值相吻合。

（2）在挠度测试时，应在梁的端部适当位置布置变形测点，实时监测了解梁体结构变形情况。在温度比较稳定的早上进行测量便于消除温度对测试结果的影响。

（3）材料的弹性模量和结构变形联系紧密，在施工过程中须加大现场抽样试验频次，并及时对计算模型中材料的弹性模量进行修改。

（4）掌握顶推施工中的各支点反力情况。支点反力是反映结构受力是否合理的重要结构参数，须对支点反力进行准确测试。

（5）通过对观测变量的实测值与设计值比对，如果存在较大误差则须参数识别，预测下一阶段的施工参数。