谷傳剛 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部
本工程為繁忙干線鐵路站改工程中的非付費(fèi)聯(lián)絡(luò)通道鋼桁架頂推施工,一端連接京滬鐵路站房,另一端連接滬寧城際站房。工程完工后滿足客場候車室至城際候車室客流的雙向換乘需要。該通道下穿城際場無柱雨棚和普速場新建雨棚,橫跨5個站臺12條股道(其中正線4條)。通道采用鋼桁架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)寬6.0 m、高 4.25 m,軌面到梁底 8.91 m,總長度超過110 m(見圖1)。
圖1 全鋼桁架立面圖
根據(jù)施工過程中產(chǎn)生的各種影響鋼桁架應(yīng)力與變形的因素,結(jié)合各施工階段的設(shè)計資料和檢測數(shù)據(jù),計算出實(shí)測值與設(shè)計值的差異,分析原因并提出對應(yīng)的改進(jìn)措施,確保鋼桁架通道建成后的幾何形態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)與外形曲線等符合設(shè)計要求。
施工過程的監(jiān)控控制是由信息采集、分析處理、實(shí)施控制和反饋等流程組成。通過對智能監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析,特別是對桁架結(jié)構(gòu)主要數(shù)據(jù)(如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等)的分析,對施工累積誤差做出評判。通過對設(shè)計容許誤差度標(biāo)準(zhǔn)、施工采集數(shù)據(jù)、施工控制目標(biāo)數(shù)值等建立起應(yīng)力控制系統(tǒng)。
(1)以設(shè)計的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為目標(biāo),以審批的施工方案為依據(jù),按照設(shè)計提供的參數(shù)取值,計算各施工階段結(jié)構(gòu)的理論狀態(tài),建立起施工全流程的跟蹤分析比對校核;
(2)根據(jù)監(jiān)控體系的需要,施工過程中及時測量結(jié)構(gòu)在各工況下變形和應(yīng)力等數(shù)據(jù);
(3)根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù),及時修正設(shè)計參數(shù),為下階段結(jié)構(gòu)的施工做好準(zhǔn)備;
(4)通過鋼桁架全過程的跟蹤監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)施工監(jiān)控的預(yù)期目標(biāo)。
對施工期間的鋼桁架幾何位置、擾度,頂推力,導(dǎo)梁的剛度和變形、標(biāo)高及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有效的控制和調(diào)整。
在施工監(jiān)控控制計算中,根據(jù)設(shè)計提供的數(shù)據(jù)核定參數(shù),錄入軟件系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬,并根據(jù)施工中采集的實(shí)測數(shù)據(jù)對核定參數(shù)進(jìn)行分析計算,使施工監(jiān)控控制計算能與實(shí)際施工相近?,F(xiàn)場需采集的參數(shù)主要包括:幾何形態(tài)、力學(xué)性能和施工荷載參數(shù)等。
在鋼桁架的關(guān)鍵構(gòu)件上焊接相應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測元件,用以采集各施工階段鋼桁架的應(yīng)力數(shù)據(jù)。關(guān)鍵構(gòu)件的選擇依據(jù)是能監(jiān)控施工階段桿件最大計算應(yīng)力、能充分反映桿件中縱向應(yīng)力的分布規(guī)律、并注意區(qū)分重點(diǎn)控制斷面及普通參照控制斷面、避開桿件拼裝時彎曲次內(nèi)力影響等。
(1)測點(diǎn)布置。根據(jù)不同施工階段選擇不同的位置:頂推過程中,測點(diǎn)布置在鋼桁架受力不利的桿件;落梁過程中,測點(diǎn)布置在永久墩和各臨時墩處,各測點(diǎn)應(yīng)力傳感器根據(jù)施工階段在拼裝鋼桁架時安裝。
(2)監(jiān)測方法。應(yīng)變計必須按預(yù)定的測試方向安裝在待測結(jié)構(gòu)表面,并確保在頂推施工中不發(fā)生松動;連接導(dǎo)線采用軟膠護(hù)套管保護(hù),從不易被踏損的地方引出至梁頂面,每隔3 m(或方向改變處)固定好導(dǎo)線,應(yīng)變計與連接導(dǎo)線應(yīng)避開施工機(jī)具的行走位置。應(yīng)力測試與主梁施工同步進(jìn)行,并記錄好每個測點(diǎn)的應(yīng)變計和傳感器編號。
幾何監(jiān)測在鋼桁架節(jié)段拼裝、頂推等施工階段進(jìn)行。主要包含對梁底高度、軸線偏位、導(dǎo)梁標(biāo)高等內(nèi)容的監(jiān)測。施工階段的線型測量要在相應(yīng)施工階段結(jié)束的時間段進(jìn)行。幾何監(jiān)測包括:結(jié)構(gòu)豎向變形監(jiān)測、梁頂平面軸線位置監(jiān)測。
(1)測點(diǎn)布置。根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn),選擇在導(dǎo)梁前端、每跨的墩頂(包括臨時墩墩頂)和主梁跨中處安裝變形測點(diǎn)。隨著頂推梁段的接長,考慮到變形監(jiān)測和列車通過的視線問題,在城際端安裝基準(zhǔn)點(diǎn)。
(2)監(jiān)測方法。撓度監(jiān)測采用全站儀,配備2 m的對中桿。在施工過程中對結(jié)構(gòu)已拼裝節(jié)段的軸線進(jìn)行控制,在導(dǎo)梁前端安裝棱鏡布置幾何測點(diǎn),并用鋼尺測出當(dāng)前已拼裝節(jié)間的橫向中點(diǎn)并做好標(biāo)記,用全站儀測試軸線偏位值。結(jié)合施工方案,鋼桁架頂推施工過程中,在各墩墩頂均設(shè)有橫向限位和調(diào)整裝置,將鋼槍梁控制在允許偏差范圍內(nèi)。
鋼桁架頂推施工過程復(fù)雜,安全風(fēng)險較高,影響施工精度的因素也較多。一是桿件的結(jié)構(gòu)特性、施工荷載、材料的熱膨脹系數(shù)等參數(shù)的影響;二是施工工藝的影響,例如施工過程的非標(biāo)作業(yè)、安裝誤差等,都會對施工精度產(chǎn)生影響;三是施工監(jiān)測的影響,因安裝儀器、布設(shè)點(diǎn)位、測量方法等存在差別,難免會使結(jié)構(gòu)監(jiān)測工作存在一定的誤差。以上影響因素的存在,會與設(shè)計參數(shù)產(chǎn)生誤差,因此在實(shí)際施工過程中須對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行識別和調(diào)整。
設(shè)計參數(shù)可通過設(shè)計資料和施工前的測定來加以明確,并通過實(shí)測值和設(shè)計值對比分析,減少誤差。
由于結(jié)構(gòu)實(shí)測值和設(shè)計值存在一定誤差,可以通過位移或應(yīng)力的偏差計算、結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析,找出偏差原因,確定參數(shù)合適值。并預(yù)測后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形態(tài)和內(nèi)力狀態(tài),提出應(yīng)對措施,確保施工安全和結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合設(shè)計要求。
在此次站改工程非付費(fèi)聯(lián)絡(luò)通道的施工過程中,通過對該鋼桁架施工期間的頂推力、標(biāo)高及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行了有效控制和適當(dāng)調(diào)整,確保了結(jié)構(gòu)物的內(nèi)力狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)及外形曲線與設(shè)計要求相符??偨Y(jié)本工程的監(jiān)測,得出以下結(jié)論:
(1)在鋼桁架頂推施工過程中,在應(yīng)力較大的桿件應(yīng)布置監(jiān)測點(diǎn),便于觀察施工過程中的應(yīng)力變化和應(yīng)力分布,力求應(yīng)力值與仿真計算理論值相吻合。
(2)在撓度測試時,應(yīng)在梁的端部適當(dāng)位置布置變形測點(diǎn),實(shí)時監(jiān)測了解梁體結(jié)構(gòu)變形情況。在溫度比較穩(wěn)定的早上進(jìn)行測量便于消除溫度對測試結(jié)果的影響。
(3)材料的彈性模量和結(jié)構(gòu)變形聯(lián)系緊密,在施工過程中須加大現(xiàn)場抽樣試驗(yàn)頻次,并及時對計算模型中材料的彈性模量進(jìn)行修改。
(4)掌握頂推施工中的各支點(diǎn)反力情況。支點(diǎn)反力是反映結(jié)構(gòu)受力是否合理的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),須對支點(diǎn)反力進(jìn)行準(zhǔn)確測試。
(5)通過對觀測變量的實(shí)測值與設(shè)計值比對,如果存在較大誤差則須參數(shù)識別,預(yù)測下一階段的施工參數(shù)。