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摘要：斜拉桥是一种超静定结构，结构变形和应力与施工方法密切相关，正确的施工监控是确保桥梁结构成桥状态满足设计、使用要求的重要保证。本桥主跨钢箱梁采用支架法施工，支架的设计、变形及其安全是施工中的重点，索的张拉顺序和张拉力的大小的优化以及过程控制是本项目的难点。如何控制主梁的施工精度、缆索的张拉精度为本桥施工中重点。因此，需要充分注重对该桥的施工监控，以保证桥梁施工高质量、安全地顺利完成。通过施工监控，结合施工过程，以及现场获取的参数和数据，对斜拉桥进行“实时”理论分析和结构验算;对每一施工阶段，根据分析验算结果给出其斜拉索初始张拉力、主梁的变形、桥塔水平位移等施工控制参数。
关键词：特殊孔跨 施工过程 监控监测
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-9-296
1 工程概况
南溪大桥位于永康市区东南区域，是四环线跨越南溪的控制性工程，主桥为（108+80）m独塔双索面钢箱梁斜拉桥，采用半漂浮结构体系。桥面西侧纵坡3.3%，东侧纵坡-1.4%，处于半径R=3200m的竖曲线上，全宽40m;桥塔整体造型为倒“Y”型，拉索区上塔柱结构断面为箱型空心断面。拉索集中布置在上塔柱内，承台以上塔高69m。
斜拉索在塔上索距3.5m，梁上间距12m、8m;纵向共布置8对斜拉索，全桥共32根斜拉索，最大斜拉索长度约108m;斜拉索锚固端设置在桥塔内，张拉端设置在钢箱梁腹板锚箱内。
2 主桥总体施工方案
根据设计文件与现场实际，斜拉桥钢箱梁梁段在厂内制作并组装成吊装节段，汽车到现场进行安装，主桥分成108段进行吊装到主桥贝雷支架上，逐段拼装焊接，直至安装完成全部钢箱梁，然后张拉斜拉索，完成桥面系统及涂装后落架。
3 施工控制原则
施工控制的最终目标是确保成桥后结构受力和线形满足设计与使用要求，遵循满足受力要求、线形要求及内力与线形相适应要求[1]。
4.1 受力要求
主要包括三个方面：主梁、索塔和缆索三大构件的截面内力、应力（二者选其一）。
4.2 线形要求
主要包括两个方面：纵向主梁标高、竖向索塔位移。梁体施工过程中，需监测控制各种工况下索塔顶的位移量不超标。通过设置合理的预拱度，使桥梁建成后（徐变完成后）主梁的在纵向上满足设计要求[2]、[3]。
4.3 内力与线形调控
调整索力使主梁、索塔内力在合理范围内的最直接手段，也是最有效的手段，技术成熟、操作简便。其原因是索力较小的变化就会在主梁种引起较大的内力或应力的变化，且索力本身具有一定范围宽容度。
5 施工控制方法与原理
在实际施工过程中，通过控制解决参数误差、施工误差、测量误差、结构分析误差，使实际状态尽量接近理想状态。工程实践表明，设计参数误差是引起大跨度桥梁施工误差的重要因素之一。
鉴于此，在本项目施工控制中，需要对设计参数识别和调整，采用自适应方法进行施工控制。自适应控制是在闭环反馈控制的基础上，再加系统参数识别过程，是一个预判→实施→测量→检算→参数辨识→研判→纠正→预判的循环过程。通过模拟施工过程工况的反复识别后，使得假定检算模型与设计结构似，在此基础上对施工过程进行有效控制。
5.1 引起结构状态偏差的设计参数确定
桥梁结构的设计参数主要是指能引起结构状态（变形和内力）变化的要素[4]，基于此，施工过程控制第一步应该是确定影响监控桥梁结构状态的主要设计参数。
基于大跨径特殊孔跨桥梁主要设计参数通常监控：结构几何状态参数，如跨径、塔高等;截面特性参数，如主梁和索塔截面面积、抗弯刚度、缆索截面面积;与时间有关的参数，如温度等;荷载参数，如施工临时荷载等。
采用設计参数敏感性分析可确定其主要设计参数[5]。结构参数敏感性分析基本步骤如下：
⑴将参数变化幅度控制在±8%;
⑵选定控制目标，本桥主要选择桥梁结构的挠度和索力变化，通过建立控制参数敏感性方程，修改设计参数值;
⑶通过敏感性参数指定主控设计参数、一般设计参数;
⑷调整索力张拉顺序和张拉力，确保桥梁结构始终处于合理在桥梁的施工控制中。
参照相关文献结合已有工程案例，确定本桥影响结构状态的主要设计参数是：结构自重、刚度、主塔收缩徐变参数等。
5.2 主要设计参数的估计和修正
确定主要设计参数之后，可对主要设计参数进行估计，根据参数估计的结果，对原假定设计参数进行修正[6]。参数估计的方法很多，常用的估计准则有：最小方差准则、极大似然准则、线性最小方差准则以及最小二乘准则。
5.3 优化调整
分析设计参数误差对桥梁变形和受力的影响，应用优化方法调整本梁段与未来梁段的安装索力和以及未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并保证施工过程中受力安全。必要时，对已施工梁段的索力进行调整[7]。
6 施工控制标准数据计算
本工程采用MIDAS/Civil，建立空间模型，进行计算。
6.1施工步骤以及张拉方案
本次施工过程的计算分析主要针对于斜拉索张拉及落架阶段。
斜拉索张拉施工应保证结构体系安全。对于混凝土桥塔，在施工时不能产生拉应力，且桥塔的轴线偏差不能大于17mm（=H/4000，H为塔高）。主梁轴线偏位不大于10mm。根据总体施工方案，斜拉索在落架支架之前，先进行第一轮张拉（初张拉）。落架并完成二期铺装之后，再进行第二轮张拉（调索）。每轮斜拉索张拉分8次进行，从靠近桥塔位置的斜拉索开始张拉，每次张拉时相对应的主、边跨拉索同时张拉，张拉顺序为：A1、J1→A2、J2→A3、J3→A4、J4→A5、J5→A6、J6→A7、J7→A8、J8。 6.2 计算模型
采用Midas建立杆系有限元模型，如图6.3所示。全模型共618个节点，865个单元。主梁及桥塔用梁单元模拟，拉索采用桁架单元模拟。
施加的恒荷载参数如下：
⑴结构自重，钢材容重78.5kN/m3;钢箱梁截面自重28840kN，软件自动考虑;横隔板、纵隔板总重9600kN，按分布位置施加到主梁上。
⑵二期恒载，铺装总重9730kN，每片梁10.3kN/m; 防撞护栏在边梁和中间梁上施加7.2kN/m
⑶边跨压重，总重15900kN，根据图纸在边跨两侧的4片梁施加58.6kN/m的荷载。
6.3 计算结果
（1）成桥索力的计算
在给定荷载条件下，确定合理成桥索力。在兼顾主梁位移的情况下，本次计算优先考虑桥塔偏位最小，通过迭代计算给出成桥索力（表6.1）和相应的成桥状态（图6.4和图6.5）。从图6.4和图6.5可以看出，该组成桥索力下，主塔最大偏位只有0.6mm且无拉应力，主梁最大应力只有40MPa，主梁最大位移17.2mm，在允许范围。
从表6.1看出，成桥索力与设计索力相差不到2%，施工过程分析仍将以设计索力为目标索力。
（2） 施工过程分析
拉索张拉过程（包括压重分配）需要充分考虑落架和二期铺装对索力重分布的影响，同时需要兼顾结构体系的安全。
表6.2为各施工阶段塔顶偏位，表6.3为根据成桥阶段主梁变形得到的结构预拱度。
7 施工监控中的现场监测
施工监测的主要内容包括：索张拉方案和监测方法;应力监测方案和监测方法;编写监测方案和监测方法;环境条件监测方法。
7.1 索力测控
根据本桥的施工方案，钢箱梁施工采用满堂支架方法，因此索力监测工作是在体系转换开始至桥梁建成为止，在拉索施工前无需进行索力监测。
索力监测的内容包括确定张拉方案和张拉过程、施工结束后的索力测量两大内容。
为了确保索力测量精度和和操作性，斜拉索的索力采用振动频率法，测量仪器用国家地震局工程力学研究所的941B低频高精度拾振器测量。
7.2 应力测控
在塔、墩、主梁的主要控制断面埋设、布置应力测试元件，监测应力变化，为桥梁安全施工提供预警。
⑴监测方法。结构应力监测是反映结构是否处于安全状态的最直观的指标，因此，需在索塔及主梁的重点部位设置应变监测断面。
⑵监测断面布置。拟定在主梁端部、主跨和边跨L/4处（截面D-D和截面E-E）、主跨和边跨L/2处（截面C-C和截面F-F）设置测试断面。每个塔柱设2个监测断面（截面A-A和截面B-B），共设4个断面。如图7.4所示。
⑶应力测试工作内容。在主桥施工中，应力测试工作主要包括：测试元件的安装调试、施工期间的数据采集、测试数据的分析整理和测试结果的总结四大部分。
⑷应力测试时间。应力测试时间分2种情况，第一种是在各工况施工开始前和结束后（大约结束后3小时）测量，检验施工过程的实际效果。第二种情况是日常检测，在没有施工工况状况下，每周不少于一次的日常检测，确认结构状态变化和传感器是否正常工作。
⑸应力测试安排。测试期间安排施工控制组的技术人员负责数据采集工作，由于本桥采用满堂支架，在體系转换前每周测量一次，体系转换以后每天一次。
7.3 结构几何监测和控制
结构几何监测是施工监控中重要的反馈指标之一[8]，包括主梁高程、主梁轴线、索塔偏位、基础沉降等监测内容。变形监测通过精密水准仪及全站仪来进行测量，这种监测方法也能够满足大桥监测对变形测量的要求。
⑴钢箱梁拼装过程中的钢箱梁线形控制。主要是指预拱度设置，包括纵向压缩预拱度和纵、横两个方向的竖向预拱度。预拱度设置考虑恒载、斜拉索松弛等因素。
⑵桥塔线形监测。桥塔线形监测中，最关心的是塔顶的水平位移[9]。在实际施工测量中，也应沿塔身埋设适当的测点，对桥塔的整体线形进行测量。监测方法是在塔的外表面固定菱镜，测量塔测点的空间坐标变化情况，根据测量结果的分析，确定桥塔是否安全、正常。
7.4 结构温度场与环境监测
在温度测量中最主要的部分是对主梁高程影响较大的索温及主梁顶底板误差[10]。对索、塔、梁的温度测量采用热敏电阻等测温元件来测定在结构体系上的温度场的分布。在全桥选择几个典型的断面进行温度分布的监测。
钢箱梁的应力测试元件可以监测温度变化，不需要另设温度元件。
8 结语
特殊孔跨结构桥梁受力复杂，施工难度较大，文章结合永康南溪大桥工程实际，对梁体成形过程线形监控技术做了详细总结，可为类似工程施工提供借鉴参考。
参考文献
[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].人民交通出版社，2001.5
[2] 范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社，1987
[3]施智勇.大跨度斜拉桥施工监控技术研究.华中科技大学硕士学位论文，2005
中铁二十四局集团浙江工程有限公司 杭州 310009
关键词：特殊孔跨 施工过程 监控监测
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-9-296
1 工程概况
南溪大桥位于永康市区东南区域，是四环线跨越南溪的控制性工程，主桥为（108+80）m独塔双索面钢箱梁斜拉桥，采用半漂浮结构体系。桥面西侧纵坡3.3%，东侧纵坡-1.4%，处于半径R=3200m的竖曲线上，全宽40m;桥塔整体造型为倒“Y”型，拉索区上塔柱结构断面为箱型空心断面。拉索集中布置在上塔柱内，承台以上塔高69m。
斜拉索在塔上索距3.5m，梁上间距12m、8m;纵向共布置8对斜拉索，全桥共32根斜拉索，最大斜拉索长度约108m;斜拉索锚固端设置在桥塔内，张拉端设置在钢箱梁腹板锚箱内。
2 主桥总体施工方案
根据设计文件与现场实际，斜拉桥钢箱梁梁段在厂内制作并组装成吊装节段，汽车到现场进行安装，主桥分成108段进行吊装到主桥贝雷支架上，逐段拼装焊接，直至安装完成全部钢箱梁，然后张拉斜拉索，完成桥面系统及涂装后落架。
3 施工控制原则
施工控制的最终目标是确保成桥后结构受力和线形满足设计与使用要求，遵循满足受力要求、线形要求及内力与线形相适应要求[1]。
4.1 受力要求
主要包括三个方面：主梁、索塔和缆索三大构件的截面内力、应力（二者选其一）。
4.2 线形要求
主要包括两个方面：纵向主梁标高、竖向索塔位移。梁体施工过程中，需监测控制各种工况下索塔顶的位移量不超标。通过设置合理的预拱度，使桥梁建成后（徐变完成后）主梁的在纵向上满足设计要求[2]、[3]。
4.3 内力与线形调控
调整索力使主梁、索塔内力在合理范围内的最直接手段，也是最有效的手段，技术成熟、操作简便。其原因是索力较小的变化就会在主梁种引起较大的内力或应力的变化，且索力本身具有一定范围宽容度。
5 施工控制方法与原理
在实际施工过程中，通过控制解决参数误差、施工误差、测量误差、结构分析误差，使实际状态尽量接近理想状态。工程实践表明，设计参数误差是引起大跨度桥梁施工误差的重要因素之一。
鉴于此，在本项目施工控制中，需要对设计参数识别和调整，采用自适应方法进行施工控制。自适应控制是在闭环反馈控制的基础上，再加系统参数识别过程，是一个预判→实施→测量→检算→参数辨识→研判→纠正→预判的循环过程。通过模拟施工过程工况的反复识别后，使得假定检算模型与设计结构似，在此基础上对施工过程进行有效控制。
5.1 引起结构状态偏差的设计参数确定
桥梁结构的设计参数主要是指能引起结构状态（变形和内力）变化的要素[4]，基于此，施工过程控制第一步应该是确定影响监控桥梁结构状态的主要设计参数。
基于大跨径特殊孔跨桥梁主要设计参数通常监控：结构几何状态参数，如跨径、塔高等;截面特性参数，如主梁和索塔截面面积、抗弯刚度、缆索截面面积;与时间有关的参数，如温度等;荷载参数，如施工临时荷载等。
采用設计参数敏感性分析可确定其主要设计参数[5]。结构参数敏感性分析基本步骤如下：
⑴将参数变化幅度控制在±8%;
⑵选定控制目标，本桥主要选择桥梁结构的挠度和索力变化，通过建立控制参数敏感性方程，修改设计参数值;
⑶通过敏感性参数指定主控设计参数、一般设计参数;
⑷调整索力张拉顺序和张拉力，确保桥梁结构始终处于合理在桥梁的施工控制中。
参照相关文献结合已有工程案例，确定本桥影响结构状态的主要设计参数是：结构自重、刚度、主塔收缩徐变参数等。
5.2 主要设计参数的估计和修正
确定主要设计参数之后，可对主要设计参数进行估计，根据参数估计的结果，对原假定设计参数进行修正[6]。参数估计的方法很多，常用的估计准则有：最小方差准则、极大似然准则、线性最小方差准则以及最小二乘准则。
5.3 优化调整
分析设计参数误差对桥梁变形和受力的影响，应用优化方法调整本梁段与未来梁段的安装索力和以及未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并保证施工过程中受力安全。必要时，对已施工梁段的索力进行调整[7]。
6 施工控制标准数据计算
本工程采用MIDAS/Civil，建立空间模型，进行计算。
6.1施工步骤以及张拉方案
本次施工过程的计算分析主要针对于斜拉索张拉及落架阶段。
斜拉索张拉施工应保证结构体系安全。对于混凝土桥塔，在施工时不能产生拉应力，且桥塔的轴线偏差不能大于17mm（=H/4000，H为塔高）。主梁轴线偏位不大于10mm。根据总体施工方案，斜拉索在落架支架之前，先进行第一轮张拉（初张拉）。落架并完成二期铺装之后，再进行第二轮张拉（调索）。每轮斜拉索张拉分8次进行，从靠近桥塔位置的斜拉索开始张拉，每次张拉时相对应的主、边跨拉索同时张拉，张拉顺序为：A1、J1→A2、J2→A3、J3→A4、J4→A5、J5→A6、J6→A7、J7→A8、J8。 6.2 计算模型
采用Midas建立杆系有限元模型，如图6.3所示。全模型共618个节点，865个单元。主梁及桥塔用梁单元模拟，拉索采用桁架单元模拟。
施加的恒荷载参数如下：
⑴结构自重，钢材容重78.5kN/m3;钢箱梁截面自重28840kN，软件自动考虑;横隔板、纵隔板总重9600kN，按分布位置施加到主梁上。
⑵二期恒载，铺装总重9730kN，每片梁10.3kN/m; 防撞护栏在边梁和中间梁上施加7.2kN/m
⑶边跨压重，总重15900kN，根据图纸在边跨两侧的4片梁施加58.6kN/m的荷载。
6.3 计算结果
（1）成桥索力的计算
在给定荷载条件下，确定合理成桥索力。在兼顾主梁位移的情况下，本次计算优先考虑桥塔偏位最小，通过迭代计算给出成桥索力（表6.1）和相应的成桥状态（图6.4和图6.5）。从图6.4和图6.5可以看出，该组成桥索力下，主塔最大偏位只有0.6mm且无拉应力，主梁最大应力只有40MPa，主梁最大位移17.2mm，在允许范围。
从表6.1看出，成桥索力与设计索力相差不到2%，施工过程分析仍将以设计索力为目标索力。
（2） 施工过程分析
拉索张拉过程（包括压重分配）需要充分考虑落架和二期铺装对索力重分布的影响，同时需要兼顾结构体系的安全。
表6.2为各施工阶段塔顶偏位，表6.3为根据成桥阶段主梁变形得到的结构预拱度。
7 施工监控中的现场监测
施工监测的主要内容包括：索张拉方案和监测方法;应力监测方案和监测方法;编写监测方案和监测方法;环境条件监测方法。
7.1 索力测控
根据本桥的施工方案，钢箱梁施工采用满堂支架方法，因此索力监测工作是在体系转换开始至桥梁建成为止，在拉索施工前无需进行索力监测。
索力监测的内容包括确定张拉方案和张拉过程、施工结束后的索力测量两大内容。
为了确保索力测量精度和和操作性，斜拉索的索力采用振动频率法，测量仪器用国家地震局工程力学研究所的941B低频高精度拾振器测量。
7.2 应力测控
在塔、墩、主梁的主要控制断面埋设、布置应力测试元件，监测应力变化，为桥梁安全施工提供预警。
⑴监测方法。结构应力监测是反映结构是否处于安全状态的最直观的指标，因此，需在索塔及主梁的重点部位设置应变监测断面。
⑵监测断面布置。拟定在主梁端部、主跨和边跨L/4处（截面D-D和截面E-E）、主跨和边跨L/2处（截面C-C和截面F-F）设置测试断面。每个塔柱设2个监测断面（截面A-A和截面B-B），共设4个断面。如图7.4所示。
⑶应力测试工作内容。在主桥施工中，应力测试工作主要包括：测试元件的安装调试、施工期间的数据采集、测试数据的分析整理和测试结果的总结四大部分。
⑷应力测试时间。应力测试时间分2种情况，第一种是在各工况施工开始前和结束后（大约结束后3小时）测量，检验施工过程的实际效果。第二种情况是日常检测，在没有施工工况状况下，每周不少于一次的日常检测，确认结构状态变化和传感器是否正常工作。
⑸应力测试安排。测试期间安排施工控制组的技术人员负责数据采集工作，由于本桥采用满堂支架，在體系转换前每周测量一次，体系转换以后每天一次。
7.3 结构几何监测和控制
结构几何监测是施工监控中重要的反馈指标之一[8]，包括主梁高程、主梁轴线、索塔偏位、基础沉降等监测内容。变形监测通过精密水准仪及全站仪来进行测量，这种监测方法也能够满足大桥监测对变形测量的要求。
⑴钢箱梁拼装过程中的钢箱梁线形控制。主要是指预拱度设置，包括纵向压缩预拱度和纵、横两个方向的竖向预拱度。预拱度设置考虑恒载、斜拉索松弛等因素。
⑵桥塔线形监测。桥塔线形监测中，最关心的是塔顶的水平位移[9]。在实际施工测量中，也应沿塔身埋设适当的测点，对桥塔的整体线形进行测量。监测方法是在塔的外表面固定菱镜，测量塔测点的空间坐标变化情况，根据测量结果的分析，确定桥塔是否安全、正常。
7.4 结构温度场与环境监测
在温度测量中最主要的部分是对主梁高程影响较大的索温及主梁顶底板误差[10]。对索、塔、梁的温度测量采用热敏电阻等测温元件来测定在结构体系上的温度场的分布。在全桥选择几个典型的断面进行温度分布的监测。
钢箱梁的应力测试元件可以监测温度变化，不需要另设温度元件。
8 结语
特殊孔跨结构桥梁受力复杂，施工难度较大，文章结合永康南溪大桥工程实际，对梁体成形过程线形监控技术做了详细总结，可为类似工程施工提供借鉴参考。
参考文献
[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].人民交通出版社，2001.5
[2] 范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社，1987
[3]施智勇.大跨度斜拉桥施工监控技术研究.华中科技大学硕士学位论文，2005
中铁二十四局集团浙江工程有限公司 杭州 310009