杜慧

摘 要：從古至今，安全問題都是社會關(guān)注度最高的話題，而在經(jīng)濟快速發(fā)展的當今社會，安全更是一個行業(yè)、工程必要的前提保障。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，交通也越發(fā)便利，但交通事故問題卻時有發(fā)生，除去車禍等較為常見的交通事故外，對社會財產(chǎn)和人民財產(chǎn)造成較大威脅的就是橋梁事故，由此，橋梁施工的監(jiān)測與監(jiān)控就顯得尤為重要。同時，耗資巨大、難度高、設(shè)計復(fù)雜的橋梁在一定程度上象征了城市的發(fā)展水平。而監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)，不僅能確保施工過程的可靠性、安全性，還在成橋后橋梁線形及美觀方面給予了保證。基于此，本文將詳細介紹橋梁施工中的監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)的主要作用和內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：安全;橋梁施工;監(jiān)測與監(jiān)控;數(shù)值模型

0引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通發(fā)展呈現(xiàn)出上升趨勢，國家對橋梁的需求也日益增加。近些年來，關(guān)于橋梁的各種研究及其成果逐漸應(yīng)用在了橋梁工程上，新技術(shù)與新材料的應(yīng)用為我國的橋梁建筑事業(yè)錦上添花，但在整個橋梁施工過程中，不可或缺的仍是監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)。加大施工控制理論的研究力度，研制更加實用、先進的控制軟件，進一步提高監(jiān)測的自動化程度和精度，建立起一套完善的控制系統(tǒng)，這對今后橋梁施工過程監(jiān)控工作提供必要的技術(shù)支撐和要求。橋梁施工的監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)能夠指導(dǎo)施工實踐，保證橋梁的安全穩(wěn)定與耐久性，以及施工環(huán)節(jié)和整體橋梁結(jié)構(gòu)的有序進行，以確保施工過程得以準確的實現(xiàn)，滿足設(shè)計要求[1]。

1監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)在橋梁施工方面的作用

1.1確保橋梁施工正常進行

施工監(jiān)控是施工技術(shù)的重要組成部分，并在橋梁施工中貫穿于全過程。實時進行橋梁監(jiān)測和控制成為橋梁結(jié)構(gòu)施工中的必要手段，施工控制參數(shù)需依據(jù)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)線形的平順，并監(jiān)控實際內(nèi)力分布，使橋梁結(jié)構(gòu)始終處于安全受力范圍內(nèi)。

在施工過程監(jiān)控中需要監(jiān)測的大量數(shù)據(jù)，不論是施工監(jiān)測數(shù)據(jù)還是理論模型數(shù)據(jù)都需要經(jīng)過反復(fù)計算和分析，才能夠保證施工過程順利有序進行，保證最終橋梁的順利合攏及安全穩(wěn)定。此外，在監(jiān)測過程中測量的數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)分析以及合理的有限元模型，能夠精確模擬橋梁施工中結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化和預(yù)拱度的控制，保證在特殊情況發(fā)生后能夠采取相應(yīng)措施，在一定程度上可以避免意外發(fā)生并對問題結(jié)構(gòu)進行控制、修改，保證橋梁安全。同時，由監(jiān)測技術(shù)介入的橋梁數(shù)據(jù)，能盡量在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固的基礎(chǔ)上符合工程美學(xué)的標準。

1.2為其它橋梁工程提供經(jīng)驗

在施工監(jiān)控過程中采集的相關(guān)橋梁數(shù)據(jù)，一方面為自身橋梁施工提供監(jiān)控指令，另一方面也為其他相似結(jié)構(gòu)類型的橋梁工程提供經(jīng)驗教訓(xùn)。橋梁數(shù)據(jù)包括橋梁理論模型計算數(shù)據(jù)、掛籃和托架預(yù)壓數(shù)據(jù)、施工階段采集的高程、應(yīng)力及墩柱豎直度等數(shù)據(jù)、橋梁合攏前的配重等，數(shù)據(jù)的收集分析和監(jiān)控指令能夠為日后類似橋梁的建造提供施工建議，使成橋后橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和線形滿足設(shè)計和規(guī)范要求，節(jié)省相關(guān)成本。此外，不同地區(qū)由于氣候、地形以及交通狀況的不同，橋梁施工的難易程度不同，不同的橋梁施工組織方案，可以提供不同的數(shù)據(jù)和解決方案，有利于橋梁工程以更快的速度進行設(shè)計、施工、運營，更好的節(jié)省時間成本[2]。

1.3對具體施工實踐進行監(jiān)控

監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)的運用，能夠節(jié)省人力監(jiān)控資源，同時也提高了對橋梁工程監(jiān)測和監(jiān)控的效率，監(jiān)控人員能夠借助監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)，實時對施工過程進行監(jiān)控，更加全面直觀的控制施工過程中的問題與紕漏，矯正過失，避免施工差錯，從而縮短工期。

1.4對施工過程進行控制和管理

監(jiān)測和監(jiān)控技術(shù)能夠在施工過程中對投入設(shè)備以及工作人員的工作進行有效的控制和管理。施工過程控制是對成橋狀態(tài)進行合理有效的監(jiān)控，并對影響成橋最終目標的參數(shù)誤差調(diào)整、修正，使成橋的橋梁結(jié)構(gòu)線形及主梁內(nèi)力控制滿足設(shè)計和規(guī)范要求[3]。

（1）主梁內(nèi)力：影響橋梁結(jié)構(gòu)受力的主要因素是箱梁截面內(nèi)力狀況。通常上、下緣的應(yīng)力值是上部結(jié)構(gòu)的主要控制參數(shù)，控制作用的關(guān)鍵因素為主梁彎矩大小。

（2）結(jié)構(gòu)線形控制：被監(jiān)控橋梁最終合攏并經(jīng)長期收縮徐變作用穩(wěn)定后的線形須符合設(shè)計要求。

（3）調(diào)整方法：橋梁線形的平順合理主要通過立模標高和預(yù)拱度值進行調(diào)整、修正。進行立模標高調(diào)整，須考慮已建梁段的主梁標高。

通過上述施工控制措施和方法能夠確保施工過程順利穩(wěn)定進行，從而進一步保障橋梁的安全、穩(wěn)固與美觀。

2監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)分析

2.1監(jiān)控方法與最優(yōu)控制計算技術(shù)

橋梁施工的安全問題是施工監(jiān)控的最基本要求之一，其次必須保證施工質(zhì)量（如主梁內(nèi)力大小和結(jié)構(gòu)線形）符合設(shè)計要求。對施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)分析計算、調(diào)整、預(yù)測，遵循最優(yōu)控制規(guī)律，并組成最優(yōu)控制系統(tǒng)，使之滿足施工監(jiān)控的最基本要求[4]。

運用MIDAS Civil 2018建立橋梁結(jié)構(gòu)總體有限元模型進行計算分析。計算內(nèi)容主要包括橋梁成橋狀態(tài)下的恒載、活載、混凝土的收縮徐變（按10年計算）及預(yù)應(yīng)力等荷載。計算中需通過不同的荷載組合對橋梁結(jié)構(gòu)中的強度、剛度和穩(wěn)定性進行驗算，計算表明橋梁的成橋狀態(tài)是以恒載+活載的荷載組合控制設(shè)計的。

橋梁施工過程的受力狀況和最終成橋線形作為結(jié)構(gòu)動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)控制的對象，結(jié)合工程最優(yōu)控制理論與計算機相結(jié)合的技術(shù)，建立隨機的數(shù)學(xué)模型和性能指標，按確定性的最優(yōu)控制規(guī)律構(gòu)成閉環(huán)狀態(tài)反饋系統(tǒng)，實時對各施工階段進行分析、調(diào)整、控制，最終達到隨機最優(yōu)控制的目的。

2.2施工數(shù)值模型計算技術(shù)

2.2.1施工過程控制計算

施工數(shù)值模型計算技術(shù)包括建立有限元模型、模擬劃分各個施工階段、修正計算模型和監(jiān)控數(shù)據(jù)分析。有限元模型計算主要負責在整個施工過程中進行理論計算，制定理論施工計劃，并保證施工過程中的工程質(zhì)量。數(shù)值計算的主要工具是計算機，具體操作需要專業(yè)技術(shù)人員進行，在依據(jù)設(shè)計進行全橋有限元模型建立的基礎(chǔ)上考慮參數(shù)識別和修正，并根據(jù)橋梁施工過程測量的數(shù)據(jù)進行有限元模型修正完善，盡可能與實際施工過程保持一致，提高過程監(jiān)控的精度。

被監(jiān)控橋梁對象的每一現(xiàn)澆塊段的預(yù)拱度及其重要，因為主梁預(yù)拱度的合理正確調(diào)整是確保懸臂現(xiàn)澆法施工過程結(jié)構(gòu)線形的最重要目標之一，使橋梁結(jié)構(gòu)在最終成橋狀態(tài)時滿足設(shè)計要求，各項性能指標符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，不超出允許誤差范圍。施工過程中應(yīng)預(yù)留容許偏差，使橋梁結(jié)構(gòu)在長期各種荷載作用下能夠達到設(shè)計規(guī)定的高程，并與其他路線銜接良好、平順，從而更好的滿足行車安全性和舒適性。

施工監(jiān)控過程中收集測量相關(guān)數(shù)據(jù)并分析，對施工過程中出現(xiàn)的問題，例如：結(jié)構(gòu)變形較大、主梁出現(xiàn)受力裂縫、橋梁線形偏差等問題應(yīng)及時反饋，并迅速采取相關(guān)措施。監(jiān)控指令是施工數(shù)值計算技術(shù)的最終操作，此過程需要對大量的施工數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)分析出來的結(jié)果必須嚴格遵守監(jiān)控原則，施工過程中完成的各個塊段的高程、應(yīng)力偏差必須達到規(guī)定范圍內(nèi)，以保證橋梁施工安全和最終的順利合攏。

2.2.2結(jié)構(gòu)試運營計算

橋梁建造的目的是為了運營能夠快速方便。保證橋梁結(jié)構(gòu)在施工階段的安全和質(zhì)量問題是施工監(jiān)測與監(jiān)控的最重要目標，使之成橋狀態(tài)滿足設(shè)計要求的各項力學(xué)性能，更好地進行通車運營，為當?shù)鼐徑饨煌▔毫ψ鞒鲐暙I。固然，如果施工成橋后的狀態(tài)與設(shè)計成橋狀態(tài)完全吻合，就能夠確保橋梁結(jié)構(gòu)的運營要求。但對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋梁，在實際施工中應(yīng)全面了解其受力狀況及線形要求，在合攏成橋后通車運行前能精確計算，使施工成橋后的狀態(tài)與設(shè)計的成橋狀態(tài)盡可能吻合，減小偏差，被監(jiān)控橋梁結(jié)構(gòu)更好地進行運營[5]。

3依托工程監(jiān)控成果

3.1工程概述

連霍國家高速公路G30蘭州繞城南段黃家溝大橋主橋的上部結(jié)構(gòu)形式為（52+90+52）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，剛構(gòu)箱梁為單箱單室，0、1#塊采用托架澆筑施工，其他塊段采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工，左右幅同步進行。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土空心薄壁墩，與主梁固結(jié)，基礎(chǔ)采用9根直徑為150cm三排鉆孔灌注樁。

3.2監(jiān)控成果

通過施工過程監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)，黃家溝大橋主橋施工全過程均處于安全可控狀態(tài)，總體監(jiān)控結(jié)果符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，達到了預(yù)期效果。

3.2.1主梁線形

（1）橋梁施工控制的關(guān)鍵因素為預(yù)拱度的控制及調(diào)整。通過施工過程的實測撓度與理論計算撓度對比分析可知，每個塊段的施工工況（包括掛籃前移、砼澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉）的實測數(shù)據(jù)相比理論計算值偏差較小，針對采用掛籃懸臂澆筑法施工的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋（或連續(xù)梁橋）施工過程監(jiān)控，運用控制參數(shù)誤差分析與修正方法是安全可靠的，全橋有限元模型各個施工階段的建立計算精確合理，采用正裝分析模擬施工是成功可靠的。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)最終的主梁線形考核指標為各塊段絕對標高?？紤]到未來混凝土收縮徐變、日照溫度及其它因素會在運營階段使橋梁結(jié)構(gòu)主跨產(chǎn)生下?lián)?，本次對黃家溝大橋主橋結(jié)構(gòu)按成橋后運營10年設(shè)置了一定的預(yù)拋高。通過計算分析和橋梁合攏后主梁實測標高與設(shè)計標高的對比，滿足預(yù)期效果，達到設(shè)計目標。

（3）在二期恒載施工完成后，橋面線形實測值與設(shè)計線形吻合良好，橋面線形平順、連續(xù)性較好，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3.2.2結(jié)構(gòu)內(nèi)力（應(yīng)力）

各施工階段預(yù)應(yīng)力施加效果是通過主梁內(nèi)力控制的。施工監(jiān)控過程中實測的應(yīng)變值換算為應(yīng)力，經(jīng)對比分析說明黃家溝大橋主橋的預(yù)應(yīng)力張拉滿足設(shè)計規(guī)定，合理可靠;通過實測值與理論計算值對比分析可知：主梁懸臂施工階段監(jiān)測截面應(yīng)力變化趨勢與理論值基本一致，結(jié)構(gòu)應(yīng)力未超限，均在允許誤差范圍內(nèi)，且有一定儲備，應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果較為理想，并滿足設(shè)計文件及規(guī)范要求，在監(jiān)控過程中未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異?，F(xiàn)象。

4結(jié)語

我國目前大型橋梁工程項目較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模巨大，面對日益增長的橋梁需求，我國的橋梁建造技術(shù)正在面臨挑戰(zhàn)，橋梁施工的監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)是施工技術(shù)的重要組成部分，并始終貫穿于橋梁施工中，以保證我國橋梁的施工安全與質(zhì)量，促進我國橋梁建筑方面的進一步發(fā)展。

在橋梁施工中應(yīng)該更加完善并且提高橋梁施工監(jiān)控技術(shù)的操作水平，同時也應(yīng)該開發(fā)新的橋梁施工控制技術(shù)，提高橋梁工程施工監(jiān)控的準確可靠、安全性和可操作性，這是橋梁工程施工監(jiān)測與監(jiān)控的發(fā)展方向，需在以后進一步深入研究。

參考文獻

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