【摘 要】為保證橋梁施工質(zhì)量，防止事故發(fā)生，監(jiān)控技術(shù)在橋梁建造施工過程中越來越受到重視。文章對南水北調(diào)工程跨渠生產(chǎn)橋梁施工過程中采用的監(jiān)控技術(shù)進行分析與闡述。

　　【關(guān)鍵詞】橋梁施工; 施工監(jiān)控; 測量

　　1 工程概況

　　本跨渠生產(chǎn)橋位于南水北調(diào)干渠兩岸兩村之間，是為滿足居民生產(chǎn)和生活的需要，連接附近村莊到總干渠對岸的主要交通通道。根據(jù)總干渠的開挖斷面，干渠管理道路與生產(chǎn)橋立交。根據(jù)橋梁布置原則的要求，結(jié)合干渠管理道路的位置，橋跨布置為4×20 m+90 m+4×20 m。其中主橋90 m跨度的系桿拱橋為施工監(jiān)控的對象。

　　2 施工監(jiān)控的目標、內(nèi)容和工作重點

　　2.1 施工監(jiān)控的目標

　　施工監(jiān)控的目標就是在施工過程中控制結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形始終處于安全的范圍內(nèi)，成橋后結(jié)構(gòu)的線形與內(nèi)力達到設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)本身又處于最優(yōu)的受力狀態(tài)。

　　2.2 施工監(jiān)控的內(nèi)容

　　監(jiān)控工作的主要內(nèi)容包括監(jiān)控計算、施工監(jiān)測。

　　監(jiān)控計算一般取用設(shè)計部門確定的設(shè)計成橋狀態(tài)作為監(jiān)控計算的初始狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上確定計算控制參數(shù)，建立計算模型。檢查驗算橋梁結(jié)構(gòu)成橋和施工各階段主要受力部位如拱肋、系梁等的應(yīng)力及位移是否滿足規(guī)范要求。然后結(jié)合具體的施工工況和測量數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移、應(yīng)力分析計算，得出預(yù)測值。

　　施工監(jiān)測包括對主拱肋和系梁的應(yīng)力、線形測量;吊桿索力測量;系桿分階段張拉時的拱腳位移、轉(zhuǎn)動測量，和主拱肋及系梁的變形和應(yīng)力測量;溫度場的監(jiān)測;橋面線形測量。

　　3 監(jiān)控工作內(nèi)容及重點

　　3.1 施工控制計算

　　3.1.1 結(jié)構(gòu)計算

　　結(jié)構(gòu)計算就是利用建立的結(jié)構(gòu)計算體系對施工過程中每一階段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力和位移狀態(tài)以及施工監(jiān)控參數(shù)進行計算，在結(jié)構(gòu)計算中考慮施工誤差、材料屬性差異等因素的影響，根據(jù)計算結(jié)果為各節(jié)段施工提供施工監(jiān)控目標值，保證節(jié)段施工的順利進行，從而保證結(jié)構(gòu)最終達到或接近設(shè)計要求的成橋狀態(tài)。

　　本橋監(jiān)控計算準備采用多套軟件進行。本橋的監(jiān)控計算采用兩種分析方法。首先通過對設(shè)計成橋狀態(tài)倒拆，以獲取各施工節(jié)段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、線形等，即所謂“倒拆計算法”;然后利用“倒拆法”獲得的各施工階段內(nèi)力、線形按照架設(shè)順序及相應(yīng)工況進行正裝計算，整個計算步驟按主橋施工架設(shè)過程進行，直至合攏，即所謂“正裝計算法”。正裝計算需進行多次迭代，逐步逼近，最終達到理想的符合設(shè)計要求的成橋內(nèi)力及線形。

　　首先根據(jù)該橋架設(shè)過程，進行施工架設(shè)直至最終成橋全過程的計算，并計算該橋在各種荷載作用下橋梁各構(gòu)件的內(nèi)力、變形，與設(shè)計院進行相互校核。然后，在實際施工過程中結(jié)合實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行參數(shù)識別，調(diào)整計算模型進行進一步計算分析。計算的主要內(nèi)容有：①各階段系梁的內(nèi)力和變形;②各階段拱肋的內(nèi)力和變形;

　　③吊桿初拉力及各階段吊桿拉力;

　　④架設(shè)及施工過程中系梁、拱肋的預(yù)拱度設(shè)計和架設(shè)標高;

　　⑤成橋階段橋面的標高。

　　3.1.2 施工控制方法

　　施工控制就是對橋梁施工過程實施控制，確保在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)，確保成橋狀態(tài)(包括成橋線形和成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力)符合設(shè)計要求。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)形式、施工特點及具體控制內(nèi)容，可以采用橋梁施工預(yù)測控制法。

　　預(yù)測控制法是指在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達到的目標后，對結(jié)構(gòu)的每一個施工階段(節(jié)段)形成前后的狀態(tài)進行預(yù)測，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進行。由于預(yù)測狀態(tài)與實際狀態(tài)間免不了有誤差存在，某種誤差對施工目標的影響則在后續(xù)施工狀態(tài)的預(yù)測予以考慮，以此循環(huán)，直到施工完成和獲得與設(shè)計相符合的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在實際施工中，在每一個階段完成后，可以對橋梁的實際信息進行測試，測試的結(jié)果又可以反饋給預(yù)測控制。通過反饋得到的實測值與預(yù)測值進行對比，在排除儀器誤差、測試原理等非結(jié)構(gòu)因素引起的誤差以外，就可以判斷實際施工的誤差狀態(tài)，然后重新調(diào)整計算，力爭在下個階段中減小或消除誤差。實際的施工控制就是重復預(yù)測-反饋-調(diào)整后預(yù)測過程中，最終保證橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)。

　　3.1.3 參數(shù)的估計、預(yù)測和調(diào)整

　　施工控制是全過程的控制，也就是每個施工階段都要控制，這樣才能避免誤差的累積和確保施工安全。

　　在橋梁施工過程各階段及體系各部分相互關(guān)聯(lián)，不論是在施工階段之間還是結(jié)構(gòu)內(nèi)部都相互影響。由于存在各種各樣的誤差以及環(huán)境方面的影響，使得施工過程中實際結(jié)構(gòu)與理論狀態(tài)總會存在一定偏差，因此，需要根據(jù)理論計算數(shù)據(jù)和實測成果，采用控制理論分析方法來調(diào)節(jié)偏差，使整個施工過程結(jié)構(gòu)狀態(tài)始終在受控狀態(tài)及結(jié)構(gòu)處于控制范圍內(nèi)，并盡量接近設(shè)計和計算理論值。

　　(1)參數(shù)估計。首先，根據(jù)影響性分析確定需進行參數(shù)估計的計算量(如預(yù)應(yīng)力參數(shù)、砼彈模、主梁重量等);然后根據(jù)大量的實測數(shù)據(jù)，采用最小二乘法確定最優(yōu)估計值;最后，將最優(yōu)估計值重新帶入安裝計算模型重新計算，得到一套進一步精確的理論數(shù)據(jù)。

　　(2)濾波和預(yù)測。通過參數(shù)估計，基本上消除了計算誤差(系統(tǒng)誤差)，但實際施工中由于測量手段、施工工藝的限制，仍然會存在一定的偶然誤差，這就需要進行濾波、預(yù)測和調(diào)整。

　　建立合適的狀態(tài)方程，采用目前較成熟的卡爾曼濾波法進行濾波和預(yù)測，可以得到目前結(jié)構(gòu)狀態(tài)的濾波估計值，和下一步施工參數(shù)的預(yù)測估計值。根據(jù)合理的預(yù)測值可以及時采取措施，減小后續(xù)施工過程中結(jié)構(gòu)偏差。

　　(3)優(yōu)化調(diào)整。對于已存在的偏差，根據(jù)最小二乘法理論，采用適當手段(如預(yù)應(yīng)力)進行最優(yōu)調(diào)整，做到既能最大化減小結(jié)構(gòu)偏差，又方便施工。