昆明機(jī)場北高速獨(dú)家節(jié)特大橋T型巨型雙幅同步轉(zhuǎn)體梁監(jiān)控方案研究

杜亞凱

(中鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 引 言

我國大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍將持續(xù)一段時(shí)間，在橋梁方面，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)是處理大跨徑橋的主要措施。隨著轉(zhuǎn)體橋梁在大噸位、大跨度的方向上不斷發(fā)展，在施工過程中，要做好施工監(jiān)控工作，保障橋梁建設(shè)過程中的安全性。施工監(jiān)控是為了保證施工過程能安全、無誤的進(jìn)行，利用監(jiān)控儀器和方法對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和計(jì)算等[1]。該施工監(jiān)控方案以云南滇中新區(qū)機(jī)場北高速公路獨(dú)家節(jié)特大橋上跨滬昆鐵路及新320國道轉(zhuǎn)體T梁為背景，主要包括施工監(jiān)測組織機(jī)構(gòu)的組成、對T梁轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變等進(jìn)行監(jiān)測和控制以及可能遇到的特殊和緊急情況及應(yīng)對措施[2]。

2 工程概況

昆明機(jī)場北高速公路獨(dú)家節(jié)特大橋上跨滬昆鐵路工程及新320國道，分線設(shè)置，左右幅設(shè)計(jì)橋梁寬度為20.25 m，凈間距0.5 m。該轉(zhuǎn)體T梁為雙幅同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左幅轉(zhuǎn)體90°，右幅轉(zhuǎn)體93.1°，轉(zhuǎn)體梁長141 m，單幅梁重12 000 t，箱梁是單箱三室斜腹板結(jié)構(gòu)，箱梁的頂板寬度為20.25 m，底板寬由墩頂10.45 m漸變至13.06 m，箱梁頂面縱坡為2.69%，底板橫坡為2%。T梁分為三個(gè)節(jié)段，分別長11 m、65 m和4.5 m，采用樁基、承臺、鋼管柱、貝雷梁、盤扣支架體系現(xiàn)澆施工。該工程施工區(qū)域?yàn)榻瘃R村站至小哨站區(qū)間，滬昆鐵路為國家Ⅰ級雙線電氣化鐵路，公鐵交叉段鐵路為路基(路堤)工程，平面位于曲線上。交叉段鐵路軌面高程為2 024.6～2 024.8 m，公路橋左線下方有一鐵路接觸網(wǎng)桿，編號025，桿頂高程2 032.788 m。

3 施工監(jiān)測組織機(jī)構(gòu)

為切實(shí)做好該項(xiàng)目的施工監(jiān)控任務(wù)，在全面分析和研究項(xiàng)目的特點(diǎn)后，項(xiàng)目部設(shè)立技術(shù)顧問、技術(shù)負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人各一名，下設(shè)2個(gè)部門和3個(gè)組，分別為設(shè)備與物資部、質(zhì)量管理與服務(wù)部、應(yīng)力監(jiān)測組、變形監(jiān)測組、內(nèi)業(yè)分析組[3]。施工監(jiān)測組織機(jī)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 組織機(jī)構(gòu)框圖

4 雙幅T梁轉(zhuǎn)體施工監(jiān)測方案研究

4.1 項(xiàng)目特點(diǎn)及施工難點(diǎn)

該轉(zhuǎn)體項(xiàng)目最大的特點(diǎn)是上跨鐵路，T構(gòu)連續(xù)梁先沿順鐵路方向滿堂支架澆筑43 m后轉(zhuǎn)體跨越鐵路。T構(gòu)平面轉(zhuǎn)體施工精度高，維持轉(zhuǎn)體過程中的T構(gòu)梁平衡是該工程的質(zhì)量監(jiān)控重點(diǎn)和難點(diǎn)。該工程采用平面轉(zhuǎn)體法施工，對轉(zhuǎn)體支座板的制造和安裝精度要求高，必須保證整個(gè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的重心與轉(zhuǎn)體支座板中心位于同一豎直線上；精準(zhǔn)控制實(shí)施轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度，確保一次性轉(zhuǎn)體就位并與橋梁主線中心線相重合。該施工轉(zhuǎn)體T構(gòu)懸臂長70.5 m，若轉(zhuǎn)體支座板在豎向平面內(nèi)發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，主梁懸臂端則會產(chǎn)生一定的豎向位移，并且結(jié)構(gòu)自身存在2%橫坡和2.69%的縱坡，這種情況下，轉(zhuǎn)體之前需要對轉(zhuǎn)體系統(tǒng)進(jìn)行不平衡力矩測試，為順利轉(zhuǎn)體及后續(xù)合龍段施工提供科學(xué)依據(jù)。由于該橋懸臂長度較長，故應(yīng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)體的同步性。

4.2 項(xiàng)目監(jiān)控內(nèi)容

施工監(jiān)控的主要工作內(nèi)容為結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制、應(yīng)變控制、穩(wěn)定性控制以及安全控制等[4]。施工過程中施工誤差控制數(shù)據(jù)見表1。

(1)結(jié)構(gòu)變形控制。

機(jī)場北高速公路跨滬昆鐵路(公)路專用段橋梁主梁施工采用全支撐現(xiàn)澆法。眾所周知，臨時(shí)墩、貝雷架縱橫梁和支架在施工過程中經(jīng)常會產(chǎn)生變形，結(jié)構(gòu)變形受多種因素的影響。臨時(shí)橋墩、貝雷架縱橫梁和支架的變形，容易使結(jié)構(gòu)在施工中的實(shí)際位置偏離預(yù)期狀態(tài)，從而導(dǎo)致成橋線形與設(shè)計(jì)要求不符。有鑒于此，施工過程中必須控制臨時(shí)墩、貝雷架縱橫梁、支架以及結(jié)構(gòu)的變形。施工控制的結(jié)果主要由誤差是否超過允許值來判斷，最終結(jié)果的誤差容限與橋梁的規(guī)模、跨度大小、技術(shù)難度有關(guān)，并根據(jù)實(shí)際情況確定。同時(shí)，只有事先確定各工序幾何控制誤差的允許范圍，才能實(shí)現(xiàn)幾何控制的要求。

表1 控制數(shù)據(jù)

(2)結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制。

確定支架在施工過程中以及工程結(jié)束后的應(yīng)力狀態(tài)是否滿足要求，是施工控制中的一項(xiàng)很重要的問題。通過對結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測，了解結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與理論計(jì)算應(yīng)力狀態(tài)兩者偏差過大，應(yīng)該找出原因然后立刻調(diào)整，使其處于安全可控的允許范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制的好壞不像變形控制那樣容易找到。如果應(yīng)力控制不夠，會對結(jié)構(gòu)造成危害，甚至使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。總體來說，結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制比變形控制更加重要，所以一定要嚴(yán)格做好結(jié)構(gòu)應(yīng)力的控制。

(3)穩(wěn)定控制。

如今，隨著橋梁結(jié)構(gòu)跨度不斷增大，橋梁的穩(wěn)定性問題顯得非常重要。目前并沒有特別精準(zhǔn)的監(jiān)測方法，只能通過一系列穩(wěn)定性分析計(jì)算對其進(jìn)行控制[5]。

為保證轉(zhuǎn)體過程平穩(wěn)且安全，應(yīng)該在轉(zhuǎn)體過程中對其速度進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)體過程中具體控制指標(biāo)為：①轉(zhuǎn)體角速度w≤0.02 rad/min；②主梁端部水平線速度v≤0.9 m/min；③到位后主梁軸線偏差≤±10 mm。轉(zhuǎn)體施工過程中，檢測員應(yīng)該集中注意力，對監(jiān)測數(shù)據(jù)做好記錄，一旦監(jiān)測到結(jié)構(gòu)的位移或者應(yīng)力出現(xiàn)異常，應(yīng)該立即進(jìn)行排查，盡快找到原因，之后采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。橋梁的穩(wěn)定安全系數(shù)是衡量結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo)，對此，利用結(jié)構(gòu)仿真軟件結(jié)合類似橋梁支架施工的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析支架的穩(wěn)定安全系數(shù)，進(jìn)而確定橋梁的穩(wěn)定安全系數(shù)。

(4)安全控制。

隨著中國的高速發(fā)展，橋梁也在全國各地建設(shè)起來，其中不乏一些技術(shù)要求高，規(guī)模宏大的工程。但是，質(zhì)量問題和安全事故的不斷出現(xiàn)，讓人們越來越關(guān)注橋梁的安全問題[6]。要保橋梁的安全，首先要做好前期工作，對相關(guān)施工人員做好安全知識培訓(xùn)，使施工人員充分意識到安全的重要性，提高施工人員的安全意識。在施工過程中，要時(shí)刻監(jiān)測橋梁各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)在安全范圍之內(nèi)，如監(jiān)測到結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變發(fā)生異常，應(yīng)立即采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

5 轉(zhuǎn)體組織機(jī)構(gòu)

組織機(jī)構(gòu)是組織的全體成員為實(shí)現(xiàn)組織目標(biāo)，在管理工作中進(jìn)行分工協(xié)作，在職務(wù)范圍、責(zé)任、權(quán)利方面所形成的結(jié)構(gòu)體系。轉(zhuǎn)體施工過程中人員組織機(jī)構(gòu)如圖2所示。

在轉(zhuǎn)體過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)各單位之間的協(xié)調(diào)，統(tǒng)一調(diào)度安排各小組之間的工作。技術(shù)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)體過程各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)的確定，及時(shí)解決在轉(zhuǎn)體過程中遇到的各種問題。技術(shù)顧問提供必要的技術(shù)支持。在轉(zhuǎn)體過程中將檢測人員分為標(biāo)高測試組、應(yīng)力測試組、轉(zhuǎn)動速度監(jiān)測組、風(fēng)力測試組和預(yù)備協(xié)調(diào)組5個(gè)小組。各小組的職責(zé)如下。

標(biāo)高測量組：測量橋面標(biāo)高，若測量數(shù)據(jù)超出預(yù)警值及時(shí)報(bào)給預(yù)備協(xié)調(diào)組。

應(yīng)力協(xié)調(diào)組：監(jiān)測轉(zhuǎn)體支座下混凝土和撐腳的應(yīng)力，若測量數(shù)據(jù)超出預(yù)警值及時(shí)報(bào)給預(yù)備協(xié)調(diào)組。

風(fēng)力測試組：監(jiān)測轉(zhuǎn)體時(shí)的風(fēng)力，當(dāng)風(fēng)力大于預(yù)警值時(shí)及時(shí)通知預(yù)備協(xié)調(diào)組。

轉(zhuǎn)動速度監(jiān)測組：與施工單位的人員共同監(jiān)測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動速度，當(dāng)速度大于預(yù)警值時(shí)應(yīng)及時(shí)向預(yù)備協(xié)調(diào)組匯報(bào)。

預(yù)備協(xié)調(diào)組：協(xié)調(diào)現(xiàn)場各家單位的共同協(xié)作，收集各小組的上報(bào)數(shù)據(jù)，并隨時(shí)觀察現(xiàn)場的安全情況。

圖2 轉(zhuǎn)體組織機(jī)構(gòu)

6 可能遇到的特殊和緊急情況及應(yīng)對措施

6.1 轉(zhuǎn)體前T構(gòu)兩端重量不平衡

由于該橋本身就是偏心結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)動軸心又未設(shè)置在重心位置。因此，不可避免存在縱、橫向偏心。如果轉(zhuǎn)體前T構(gòu)兩端重量出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重心發(fā)生較大偏移而超出臨界范圍、甚至中心定位軸被剪壞、外環(huán)支撐柱混凝土局部受壓破壞等現(xiàn)象。因此，對于縱向重心偏移，可根據(jù)稱重試驗(yàn)的結(jié)果，經(jīng)理論推算后，在轉(zhuǎn)動前制定精確嚴(yán)格的配載方案，現(xiàn)場加重物(例如沙袋、鋼筋等)調(diào)整T構(gòu)兩端的重量，使結(jié)構(gòu)重心盡量和轉(zhuǎn)軸中心重合。

6.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變異常

如監(jiān)測到結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變發(fā)生異常，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)后，立即檢查異常部位的構(gòu)件是否因材質(zhì)、制作及安裝質(zhì)量、設(shè)計(jì)缺陷等原因產(chǎn)生異常。同時(shí)確認(rèn)監(jiān)測結(jié)果是否可靠，找出原因后，立即采取相應(yīng)補(bǔ)救措施[7]。

6.3 轉(zhuǎn)體施工時(shí)突遇極端天氣

在轉(zhuǎn)體施工時(shí)若突遇極端天氣，橋梁的穩(wěn)定性監(jiān)控方法與報(bào)警值應(yīng)適當(dāng)考慮，呈貢地區(qū)3、4月份，大風(fēng)天氣較多。該T構(gòu)的轉(zhuǎn)體預(yù)計(jì)在2016年的11月進(jìn)行，遇到大風(fēng)天氣可能性較小，但在遇到大風(fēng)時(shí)，建議施工方做好以下幾點(diǎn)。

(1)對固定設(shè)施以及建筑主體結(jié)構(gòu)做好防風(fēng)措施。

(2)提前與當(dāng)?shù)貧庀笈_的聯(lián)系，獲得轉(zhuǎn)體時(shí)天氣情況，提前做好應(yīng)對措施。

(3)在遇到大風(fēng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止轉(zhuǎn)體施工，并對T構(gòu)梁采取一定的保護(hù)措施。待風(fēng)停后，再重新進(jìn)行轉(zhuǎn)體。

7 結(jié) 語

該機(jī)場北高速公路獨(dú)家節(jié)特大橋上跨滬昆鐵路及新320國道工程施工難度大、操作過程復(fù)雜且技術(shù)含量很高。在橋梁轉(zhuǎn)體過程中，通過監(jiān)測儀器對應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保橋梁不出現(xiàn)位移偏差和安全穩(wěn)定性問題，并且提出一些應(yīng)對緊急情況的安全保證措施，確保預(yù)定的施工工程得以順利實(shí)施。該工程監(jiān)控方案的實(shí)施，為昆明機(jī)場北高速公路項(xiàng)目按期建成通車提供了堅(jiān)實(shí)的保障，使得橋梁能安全、順利的建成。