高玉峰，楊永清，蒲黔輝，李曉斌

(西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，成都 610031)

橋梁結(jié)構(gòu)施工控制理論方法與技術(shù)是中國(guó)橋梁工程研究應(yīng)用較早領(lǐng)域之一，理論研究趨于成熟并轉(zhuǎn)向創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，針對(duì)不同工程條件的應(yīng)用研究持續(xù)開展。筆者以近兩年公開發(fā)表的有關(guān)核心期刊文獻(xiàn)成果以及近兩年學(xué)位論文研究熱點(diǎn)為基礎(chǔ)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)開展的研究和工程應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)要回顧和展望。

橋梁施工過程監(jiān)測(cè)控制理論與技術(shù)研究的應(yīng)用，是橋梁工程尤其是特殊、大型橋梁工程質(zhì)量的基本保證，已經(jīng)成為橋梁工程領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。隨著新材料、智能感知及大數(shù)據(jù)應(yīng)用等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工程控制理論和以模糊數(shù)學(xué)、灰色理論等為代表的技術(shù)方法應(yīng)用不斷遇到新的挑戰(zhàn)；在未來橋梁結(jié)構(gòu)工程控制理論研究與工程應(yīng)用中，基于工程環(huán)境、材料、作用和結(jié)構(gòu)效應(yīng)等多因素多維智能監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)全壽命狀態(tài)參數(shù)空間控制的監(jiān)控理念正在興起。

自20世紀(jì)后半葉到21世紀(jì)初，橋梁工程控制理論技術(shù)，以大跨度斜拉橋、懸索橋?yàn)橹饕獞?yīng)用對(duì)象，逐步發(fā)展形成了以自適應(yīng)控制理論和無應(yīng)力狀態(tài)分析方法等為代表的較為完善的理論技術(shù)方法。從開、閉環(huán)控制方法，發(fā)展到自適應(yīng)控制法，特別是21世紀(jì)以來以秦順全院士提出的無應(yīng)力狀態(tài)控制理論為代表的狀態(tài)控制理論方法得到長(zhǎng)足發(fā)展[1]。

隨著橋梁結(jié)構(gòu)理論不斷發(fā)展完善、新型高強(qiáng)材料廣泛應(yīng)用，以智慧橋梁為目標(biāo)、以智能橋梁技術(shù)為依托的先進(jìn)設(shè)計(jì)造橋理念和工藝技術(shù)方法得到快速發(fā)展；橋梁工程面臨結(jié)構(gòu)體系大型復(fù)雜化、功能指標(biāo)時(shí)空系統(tǒng)化趨勢(shì)，橋梁結(jié)構(gòu)向復(fù)合體系結(jié)構(gòu)和更大跨度發(fā)展，對(duì)橋梁建設(shè)提出了日益復(fù)雜、快速的工藝技術(shù)要求。這都對(duì)橋梁工程監(jiān)測(cè)控制理論技術(shù)的應(yīng)用提出了超越傳統(tǒng)施工過程的更高要求。橋梁監(jiān)測(cè)控制技術(shù)正在朝著以特殊、大跨徑橋梁為核心，面向設(shè)計(jì)建造施工和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)維護(hù)全過程，以精準(zhǔn)化、多維化和智能化等為標(biāo)志的方向發(fā)展。重點(diǎn)在于：研究以幾何控制為核心的全過程自適應(yīng)控制系統(tǒng)，針對(duì)特殊大跨度拱系結(jié)構(gòu)橋梁、斜拉橋和懸索橋工藝過程顯著的多維非線性效應(yīng)，發(fā)展基于全時(shí)空的數(shù)值計(jì)算方法和狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)方法；開發(fā)超高索塔結(jié)構(gòu)、異形空間結(jié)構(gòu)和超長(zhǎng)拉索等結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，結(jié)構(gòu)環(huán)境風(fēng)、浪、濕熱交換作用超大空間區(qū)域、跨時(shí)段監(jiān)測(cè)技術(shù)；開發(fā)適用于現(xiàn)代建造工藝技術(shù)的綜合結(jié)構(gòu)材料、環(huán)境、工藝荷載和目標(biāo)荷載作用效應(yīng)，以橋梁成橋后使用階段狀態(tài)參數(shù)指標(biāo)導(dǎo)向，采用物理力學(xué)分析模型和大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析模型相結(jié)合的預(yù)測(cè)控制方法。

橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控理念和技術(shù)方法正在從只注重施工過程的階段向更關(guān)注結(jié)構(gòu)的全壽命周期過程轉(zhuǎn)變；從只關(guān)注主要受力構(gòu)件的控制到多元化復(fù)雜構(gòu)件的全方位控制；從只注重橋梁整體結(jié)構(gòu)的受力安全性控制到更注重各個(gè)施工細(xì)節(jié)的方案優(yōu)化控制；從傳統(tǒng)的以現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量測(cè)試為主的技術(shù)方法到自動(dòng)化、智能化的數(shù)據(jù)管理理念轉(zhuǎn)變。

1 大跨度橋梁施工過程控制理論

1.1 大跨度斜拉橋

斜拉橋施工控制理論方法基本經(jīng)歷了開環(huán)控制、閉環(huán)控制到自適應(yīng)控制方法的過程。開環(huán)控制只在施工前根據(jù)理想的成橋狀態(tài)求得每個(gè)施工階段主梁的位置和索力，在施工過程中不需要進(jìn)行參數(shù)識(shí)別及模型修正，屬于確定性的控制方法。

隨著橋梁體系的復(fù)雜化，施工中存在的如參數(shù)誤差、施工誤差、測(cè)試誤差等各種因素可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理想狀態(tài)存在偏差。且這些偏差會(huì)隨著施工的進(jìn)行累積擴(kuò)大，若不及時(shí)進(jìn)行修正，將會(huì)影響整個(gè)施工過程的可靠性及安全性，使得成橋線形及內(nèi)力與理想狀態(tài)存在較大的偏差，甚至危及結(jié)構(gòu)安全。因此，在實(shí)際施工過程中，可以通過某種特定的最優(yōu)原則，對(duì)出現(xiàn)的誤差及時(shí)進(jìn)行修正和控制，使得結(jié)構(gòu)處于一種最優(yōu)狀態(tài)。該方法實(shí)際上是一種閉環(huán)反饋控制過程，通常稱為閉環(huán)控制法。閉環(huán)控制法是在施工狀態(tài)與理想狀態(tài)之間出現(xiàn)誤差之后及時(shí)地進(jìn)行糾正，而糾正的措施和控制量的大小由誤差經(jīng)反饋計(jì)算所決定，該方法并沒有分析產(chǎn)生誤差的原因，而是將各種誤差綜合在一起進(jìn)行處理修正。

自適應(yīng)控制是在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)系統(tǒng)辨識(shí)過程，整個(gè)控制系統(tǒng)就成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)誤差識(shí)別過程。若將閉環(huán)控制看成是一種被動(dòng)的控制方法，在該基礎(chǔ)上發(fā)展而來的自適應(yīng)控制法則可看成是主動(dòng)的為施工決策提供依據(jù)的方法。在施工中結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理想狀況之間存在差異的根本原因是有限元模型中的計(jì)算參數(shù)如材料容重、彈模、截面幾何特性與理論值存在差異，因此，在施工過程中，尤其是對(duì)重復(fù)性較強(qiáng)的分段懸臂施工，通過關(guān)鍵參數(shù)的識(shí)別，對(duì)模型進(jìn)行修正，經(jīng)過若干階段的計(jì)算與磨合后，適應(yīng)結(jié)構(gòu)實(shí)際力學(xué)狀況，從而降低模型誤差。該方法的最大特點(diǎn)是在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，在施工中進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。

開環(huán)控制法、閉環(huán)控制法在中小跨徑橋梁的施工控制中應(yīng)用效果較好，對(duì)于大跨度纜索承重體系橋梁，多采用自適應(yīng)控制方法。但隨著橋梁跨度的不斷增大，特大跨度纜索承重體系橋梁的非線性效應(yīng)愈加突顯，傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制理論中參數(shù)識(shí)別與模型修正方法已難以達(dá)到理想的效果，因此，需要研究更加合理可行的控制方法。

中鐵大橋設(shè)計(jì)院秦順全院士于2007年提出了無應(yīng)力狀態(tài)控制理論[1]。無應(yīng)力狀態(tài)控制法就是在一定的外荷載、結(jié)構(gòu)體系、支承邊界條件、單元的無應(yīng)力長(zhǎng)度和無應(yīng)力曲率組成的結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移是唯一的，與結(jié)構(gòu)的形成過程無關(guān)。無應(yīng)力長(zhǎng)度控制法是確定分階段形成橋梁結(jié)構(gòu)過程狀態(tài)與最終狀態(tài)關(guān)系的方法，即在橋梁安裝計(jì)算時(shí)可由最終狀態(tài)直接解算施工中間狀態(tài)。該方法首次建立了分階段施工橋梁的力學(xué)平衡方程，第一次從理論上闡明了橋梁構(gòu)件單元的無應(yīng)力狀態(tài)量是影響分階段施工橋梁內(nèi)力和線形的本質(zhì)因素。無應(yīng)力狀態(tài)控制法認(rèn)為，與一次成形結(jié)構(gòu)相比，只要單元的無應(yīng)力狀態(tài)量確定，分階段成形結(jié)構(gòu)最終內(nèi)力、位移與結(jié)構(gòu)形成過程無關(guān)。該方法將傳統(tǒng)的施工控制從安裝階段向制造加工階段拓展，為全過程控制奠定了基礎(chǔ)，通過無應(yīng)力狀態(tài)將構(gòu)件的制造及成橋連接起來，從而獲得高質(zhì)量的施工控制。西南交通大學(xué)李喬教授團(tuán)隊(duì)早在2009年對(duì)超大跨斜拉橋的制造及施工控制進(jìn)行深入研究，提出基于幾何控制的全過程自適應(yīng)控制系統(tǒng)，為大跨度橋梁的施工控制開創(chuàng)了一種新的控制理念[2-3]。

筆者認(rèn)為，隨著斜拉橋跨度及結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，斜拉橋全過程幾何控制理論、控制方法和監(jiān)控手段等也需要有進(jìn)一步深入研究。在跨度方面，世界范圍內(nèi)多座超大跨度斜拉橋相繼開工或規(guī)劃，大跨度引起的非線性效應(yīng)需要更先進(jìn)的計(jì)算手段，超長(zhǎng)超高索力斜拉索的索力測(cè)試需要先進(jìn)的方法，風(fēng)、溫度、波浪等環(huán)境的影響效應(yīng)更為明顯。在結(jié)構(gòu)體系方面，鋼混組合索塔的監(jiān)控、超高性能材料組合截面主梁的制造和安裝控制等，與傳統(tǒng)的斜拉橋監(jiān)控顯著不同。此外，隨著橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步普及，斜拉橋施工監(jiān)控系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的銜接與融合也需要進(jìn)一步研究[8-10]。

1.2 大跨度懸索橋

不同于其他橋型，鑒于大跨度懸索橋主纜受力表現(xiàn)出強(qiáng)烈的幾何非線性特點(diǎn)，針對(duì)懸索橋的施工過程控制具有其自身的獨(dú)特性。最早在20世紀(jì)末，不少學(xué)者針對(duì)懸索橋的控制計(jì)算開展了一些研究工作。

早在1994年交通部公路科學(xué)研究院結(jié)合廣東虎門大橋的施工監(jiān)控，提出了將主纜下料長(zhǎng)度、初始安裝位置、吊桿無應(yīng)力長(zhǎng)度及主梁初始安裝位置作為施工監(jiān)控的重點(diǎn)內(nèi)容，并開發(fā)了懸索橋施工控制軟件SBCC，通過有限元理論的倒拆和正裝的循環(huán)，由成橋狀態(tài)得到空纜或吊裝狀態(tài)。同一時(shí)期，同濟(jì)大學(xué)、長(zhǎng)沙理工大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)等一些學(xué)者均通過研究開發(fā)了專用的懸索橋監(jiān)控計(jì)算程序。這些程序?qū)宜鳂蚶硐霠顟B(tài)劃分為成橋態(tài)、空纜狀態(tài)和加勁梁安裝等階段，通過成橋態(tài)倒退分析(或解析方法)得到懸索部分的初態(tài)，再利用初始態(tài)形成前進(jìn)分析的有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

沈銳利教授團(tuán)隊(duì)最早于1996年提出了主纜的解析迭代算法[11]，該方法認(rèn)為主纜的線形和內(nèi)力只與其上的荷載大小及分布有關(guān)，與荷載作用順序無關(guān)。該方法能通過力的平衡和變形相容條件，考慮主纜的幾何非線形。之后該團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上相繼考慮了索鞍的位置計(jì)算，絲股架設(shè)線形的精確計(jì)算，主纜的分段懸鏈線理論，絲股錨跨力的計(jì)算，這些理論都給出了解析解，收斂快，精度高。同時(shí)，開發(fā)了解析法施工控制軟件BNLAS，該軟件可以通過成橋狀態(tài)迭代出空纜位置即索股下料長(zhǎng)度、索鞍預(yù)偏量等，也能模擬施工過程[12]。

最近幾年，針對(duì)懸索橋向著更加復(fù)雜體系發(fā)展的需要，中鐵大橋設(shè)計(jì)院科研人員開發(fā)了最新的懸索橋施工分析與計(jì)算軟件SNAS。該軟件具有卓越的處理極限非線性問題的能力，實(shí)現(xiàn)了在無應(yīng)力狀態(tài)量不變的情況下多個(gè)施工步與一次成橋結(jié)果的閉合，實(shí)現(xiàn)了空間梁?jiǎn)卧氖湛s徐變與幾何非線性的耦合計(jì)算。該程序可精確求解空間懸鏈線索單元多向荷載效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)空間纜懸索橋的找形計(jì)算。該程序已應(yīng)用于諸如武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋、武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋、五峰山長(zhǎng)江大橋等若干座大型新型結(jié)構(gòu)懸索橋的設(shè)計(jì)分析與現(xiàn)場(chǎng)控制。據(jù)悉，該成果已被鑒定為國(guó)際領(lǐng)先水平。

從2019年發(fā)表的研究成果來看，針對(duì)大跨度懸索橋監(jiān)控工作開展的較深入研究成果主要包括空間索面懸索橋纜形計(jì)算、基準(zhǔn)索股線形精確調(diào)整、及老舊懸索橋拆除工程施工控制等問題。邢德華等[13]針對(duì)空間索面懸索橋的主纜線形計(jì)算問題，基于傳統(tǒng)的平行索面懸索橋計(jì)算理論,為空間索面懸索橋主纜線形提出新的解析算法,并編制了相應(yīng)的MATLAB程序，并在實(shí)際工程實(shí)施中進(jìn)行了驗(yàn)證。為實(shí)現(xiàn)懸索橋基準(zhǔn)索股現(xiàn)場(chǎng)的快速定位與調(diào)整，梁志磊等[14]通過理論推導(dǎo)編制了考慮索鞍切點(diǎn)變化的索股線形計(jì)算程序，建立了基于懸鏈線理論的索股跨中標(biāo)高影響公式和調(diào)索公式，并以某懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?進(jìn)行參數(shù)分析，得到索股跨中標(biāo)高隨索股跨度、溫度、兩端高差變化的影響公式。慕玉坤等[15]以某懸索橋拆除工程為背景,綜合考慮結(jié)構(gòu)與施工作業(yè)安全、施工工期與工程造價(jià)等影響因素，提出拆除設(shè)計(jì)控制要素。通過合理構(gòu)思和有限元仿真分析，研究確定合理可行的拆除方案，并提出拆除施工控制要點(diǎn)。

2 專項(xiàng)控制技術(shù)

以上提到的內(nèi)容是針對(duì)大跨度纜索稱重體系橋梁(斜拉橋、懸索橋)施工過程控制的理論發(fā)展現(xiàn)狀概要。除此之外，近幾年大規(guī)模的工程建設(shè)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)也提出了各方面新的需求與挑戰(zhàn)，筆者結(jié)合實(shí)際開展工作情況，列舉部分專項(xiàng)控制工作進(jìn)展供同行參考。如大型橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施工過程實(shí)時(shí)姿態(tài)控制技術(shù)、大型梁段縱向同步頂推(或豎向同步頂升)施工過程實(shí)時(shí)姿態(tài)專項(xiàng)控制技術(shù)、既有結(jié)構(gòu)加固改造過程特殊力學(xué)問題分析與控制等。這些工程應(yīng)用需求顯然與上述纜索承重體系橋梁過程控制相比具有不同的特點(diǎn)，其更多的是體現(xiàn)出專項(xiàng)的技術(shù)應(yīng)用問題。

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施工過程控制

目前，中國(guó)公路橋梁數(shù)量已超過80萬座，全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程已突破13萬km，后續(xù)將要建成的跨線橋梁工程必將越來越多地遇到跨越既有運(yùn)營(yíng)線路的情況。對(duì)于跨線橋的施工多采用轉(zhuǎn)體施工法，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)既能保證順利如期完成工程建設(shè)，又能保證既有線路的正常運(yùn)營(yíng)，減少對(duì)既有路線的干擾，從而產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著跨越既有線路工程的結(jié)構(gòu)越來越多樣復(fù)雜，近幾年高速鐵路通車?yán)锍淘絹碓蕉?，這對(duì)轉(zhuǎn)體施工過程的安全性、精準(zhǔn)性、實(shí)時(shí)性都提出了很高的要求。

目前，針對(duì)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸類型和常規(guī)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)體橋梁，有關(guān)其計(jì)算理論、監(jiān)測(cè)手段及工程實(shí)踐已開展了不少的研究和總結(jié)[16-17]。但對(duì)于極不平衡轉(zhuǎn)體、大跨度柔性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體、高墩極小半徑轉(zhuǎn)體的監(jiān)測(cè)技術(shù)和有關(guān)方法研究尚處于探索階段，對(duì)于轉(zhuǎn)體過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)也在嘗試，但實(shí)際應(yīng)用效果還不夠理想。將來的技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)在于結(jié)合市場(chǎng)上新型轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸研發(fā)，研究與其受力特點(diǎn)相匹配的橋體力學(xué)控制思路和方法；針對(duì)部分特殊結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)體，考慮轉(zhuǎn)體過程中橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，進(jìn)一步豐富監(jiān)控理論和技術(shù)。

胡義新等[18]以鄭萬鐵路跨京廣客專T構(gòu)轉(zhuǎn)體橋?yàn)橐劳?研究了T構(gòu)轉(zhuǎn)體橋精細(xì)化施工控制技術(shù),通過利用全過程控制理念，明確了轉(zhuǎn)體施工總體控制流程；采用精細(xì)化控制方法，分析了轉(zhuǎn)體施工的受力、結(jié)構(gòu)響應(yīng)以及不平衡重的識(shí)別；運(yùn)用信息化控制手段，促成了轉(zhuǎn)體橋梁質(zhì)量安全評(píng)估方法及相關(guān)體系，保障了鄭萬鐵路T構(gòu)轉(zhuǎn)體的安全實(shí)施。唐學(xué)慶等[19]針對(duì)主跨200 m的梁拱組合體系盤錦內(nèi)湖大橋，介紹了主拱豎向轉(zhuǎn)體施工的總體布置、控制過程以及豎轉(zhuǎn)系統(tǒng)、臨時(shí)系桿的設(shè)計(jì)，為同類橋梁施工控制提供參考。從2019年中國(guó)研究生學(xué)位論文方面來看，針對(duì)轉(zhuǎn)體橋梁的控制分析仍然是選題的熱點(diǎn)，除常規(guī)的T構(gòu)轉(zhuǎn)體橋外，多涉及異形橋跨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體(如小半徑、多支點(diǎn)、高墩結(jié)構(gòu)等)。

近年來，筆者團(tuán)隊(duì)主持完成了大型橋梁轉(zhuǎn)體過程控制工作10余項(xiàng)，如山西太原臥虎山快速路跨石太客專和石太鐵路2×100 m立交橋鋼箱梁轉(zhuǎn)體施工控制、鄭州大河路快速化工程大河路跨鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土梁轉(zhuǎn)體施工過程監(jiān)控等。臥虎山快速路立交橋上部結(jié)構(gòu)鋼箱梁采用單箱五室截面，扁平彎斜，幾何參數(shù)影響因素多，轉(zhuǎn)體總噸達(dá)8 750 t、長(zhǎng)度達(dá)200 m，為當(dāng)時(shí)中國(guó)之最。通過該橋控制實(shí)踐，提出了改進(jìn)既有的不平衡力試驗(yàn)方法，顯著減少了對(duì)千斤頂噸位的需求，提高了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)幾何、力學(xué)參數(shù)控制可靠性和工藝效率。河南省鄭州市大河路跨鐵路轉(zhuǎn)體橋梁過程控制，整幅85 m+147 m+85 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁轉(zhuǎn)體懸臂長(zhǎng)度達(dá)71.75 m、單T轉(zhuǎn)體噸位3.16萬t，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體總噸位達(dá)6.32萬t，為迄今同類型T型剛構(gòu)雙側(cè)轉(zhuǎn)體噸位最大。運(yùn)用首次開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)字化可視監(jiān)控技術(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握轉(zhuǎn)體過程中關(guān)鍵受力及姿態(tài)參數(shù)(墩底應(yīng)變、梁端位移、空間位置、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、環(huán)境風(fēng)速、牽引力等)，大大提高轉(zhuǎn)體施工過程的安全性、可靠性，雙T構(gòu)合龍誤差控制在1 cm以內(nèi)，保障轉(zhuǎn)體精確就位。

2.2 橋梁頂推施工過程控制

當(dāng)橋位部分區(qū)域因通航或地理環(huán)境復(fù)雜等情況不能采用落地支架法施工時(shí)，除通常采用的懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法外，主梁頂推施工的方法也具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。主梁頂推施工法是在沿橋梁縱向的臺(tái)后設(shè)立一個(gè)預(yù)制場(chǎng)地，分段預(yù)制梁體，將預(yù)制好的節(jié)段與已經(jīng)施工完成的梁體連接成一個(gè)共同的整體，然后通過水平千斤頂施力，將梁體向前頂推出預(yù)制場(chǎng)地，接著繼續(xù)預(yù)制下一節(jié)段梁體并最終將梁體頂推到設(shè)計(jì)位置。與其它施工方式相比，頂推施工具有以下優(yōu)勢(shì)：1)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量相比吊裝施工的現(xiàn)場(chǎng)焊接更有保證；2)錨固處理的施工條件也相對(duì)比較好；3)頂推過程中主梁的受力比較明確，橋體標(biāo)高較容易控制。隨著鋼材的廣泛應(yīng)用，鋼箱梁頂推施工法也將有著廣闊的應(yīng)用空間。

但隨著被頂推梁體結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)多點(diǎn)頂推的同步性提出很高的要求。各點(diǎn)頂推不同步會(huì)帶來一系列問題，比如臨時(shí)墩承受的水平荷載過大的問題，頂推過程中梁體橫向偏移問題，縱向不到位問題等。這些誤差若得不到及時(shí)的識(shí)別與調(diào)整，將不斷積累最終會(huì)影響到梁體的成橋線形和結(jié)構(gòu)體系的受力安全。如何及時(shí)精準(zhǔn)地識(shí)別各頂推點(diǎn)的非同步性，以及如何實(shí)時(shí)高效地對(duì)梁體進(jìn)行位置糾偏，還需在理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中進(jìn)一步探索。

賀文波[20]針對(duì)跨高鐵800 m半徑PC連續(xù)箱梁頂推施工開展了相關(guān)研究，倪傳志等[21]依托跨漢洪高速公路高架橋提出了大跨度連續(xù)鋼箱梁橋頂推施工全過程控制方法，從前期準(zhǔn)備階段、制造階段、安裝階段對(duì)施工控制方法及控制結(jié)果進(jìn)行了闡述,重點(diǎn)分析了主梁制造線形、安裝線形控制及計(jì)算方法。此外，還有部分研究人員[22-24]針對(duì)橋梁整體同步頂升施工過程開展了精細(xì)化監(jiān)測(cè)與控制工作。

目前，正在施工的金堂韓灘雙島大橋主橋布置為215 m+430 m+215 m，主梁為全斷面桁架式橫隔板及帶斜撐的大懸臂鋼箱梁，總重量為17 000 t。主梁采用頂推施工，頂推跨徑達(dá)50 m，單向頂推長(zhǎng)度達(dá)430 m，單向最大頂推重量達(dá)到8 500 t。該橋運(yùn)用“智能多點(diǎn)同步頂推技術(shù)”實(shí)現(xiàn)18臺(tái)步履式千斤頂?shù)膶?shí)時(shí)同步性監(jiān)測(cè)控制。依據(jù)理論模擬、結(jié)合扁平鋼箱梁空間結(jié)構(gòu)，建立以主梁為核心、包括支持體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)受力、變形位移與幾何狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)糾偏與自動(dòng)預(yù)警；同時(shí)配合工藝過程通過BIM項(xiàng)目系統(tǒng)對(duì)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校核反演。

2.3 既有結(jié)構(gòu)改造過程特殊力學(xué)問題分析與控制

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，公路網(wǎng)也日益完善，一些早期建設(shè)的橋梁技術(shù)狀況已不能滿足行車安全和日益增長(zhǎng)的交通量的需要。但由于資金和材料的限制，不可能大量地拆除重建，只能對(duì)既有結(jié)構(gòu)提出加固改造措施從而提高其技術(shù)狀況。在對(duì)既有老舊橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固維修改造設(shè)計(jì)與施工過程中會(huì)遇到很多與新建工程完全不同的特殊受力分析問題，以及現(xiàn)場(chǎng)施工過程安全性控制問題。有時(shí)會(huì)涉及到對(duì)既有結(jié)構(gòu)的局部拆除與改造，這不僅在施工過程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生對(duì)主體結(jié)構(gòu)的損傷，而且一旦某些施工順序(特別是加卸載順序)處理不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，近年來大量工程結(jié)構(gòu)改造施工過程中的結(jié)構(gòu)安全性控制問題越來越突出。針對(duì)各種不同類型和特點(diǎn)的加固改造措施，有針對(duì)性地研究其受力特點(diǎn)，制定相應(yīng)的安全控制方案將成為該類型工程安全控制技術(shù)的核心。

近年來，已開展多座橋梁加固改造過程特殊問題分析與控制，涵蓋了多跨連續(xù)拱橋拱上結(jié)構(gòu)換填處治、系桿拱橋的既有系桿更換、鋼管拱橋的既有吊桿更換、斜拉橋換索工程、中承式拱橋橋面系整體更新改造、城市既有立交橋整體抬升利用等[25-29]。

2.4 其他

因橋梁施工方法的多樣復(fù)雜性，橋梁施工過程控制理論與技術(shù)工作也同樣呈現(xiàn)出各自不同的特點(diǎn)。除本文提到的部分熱點(diǎn)問題外，還有很多研究者開展的有意義的工作未能一一列出。近年來一些非常規(guī)的橋跨結(jié)構(gòu)(異形結(jié)構(gòu))特殊施工力學(xué)問題越來越被關(guān)注，例如，空間異形鋼塔斜拉橋[30]、曲線形獨(dú)塔無背索斜拉橋[31]、大跨度曲弦鋼桁加勁連續(xù)梁[32]、鋼管混凝土異型系桿拱橋等[33]。有越來越多的研究者嘗試將建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工監(jiān)控過程。

3 熱點(diǎn)與展望

目前，關(guān)于橋梁施工過程控制理論研究方面已有一定基礎(chǔ)，最新文獻(xiàn)研究表明，大多集中于各種專題性技術(shù)應(yīng)用研究[34-35]。結(jié)合當(dāng)前橋梁技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為下一階段施工過程控制研究的主要發(fā)展方向包括以下幾個(gè)方面：

1)全過程自適應(yīng)控制理論、無應(yīng)力狀體法理論在超大跨度纜索承重體系橋梁中的適應(yīng)性研究。

2)大跨復(fù)雜空間纜索結(jié)構(gòu)的理論控制與工程實(shí)踐。

3)多構(gòu)件、多元化、全過程控制體系的建立。

4)超大噸位、新型轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、特殊結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)體監(jiān)控技術(shù)研究；免稱重試驗(yàn)轉(zhuǎn)體橋平衡控制技術(shù)研究。

5)橋梁結(jié)構(gòu)專項(xiàng)施工過程(如頂推、轉(zhuǎn)體)瞬時(shí)姿態(tài)實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)。

6)橋梁監(jiān)測(cè)控制體系中數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理與預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)。

7)橋梁施工過程監(jiān)控與運(yùn)營(yíng)期安全監(jiān)測(cè)一體化技術(shù)體系研究。