1 课题的目的、意义和国内外基本研究概况

1.1 施工监测监控的目的、意义

北四环府河特大桥是跨越府河的重点工程，该桥的建设对于当地的经济发展具有十分重大的意义，为了确保桥梁在建造过程中避免出现垮塌等重大责任事故，确保工程质量，实现设计意图，特对此桥提出施工监测。

桥梁工程不仅建设周期长投资规模大，而且施工过程为露天和高空作业，是一项复杂的系统工程。桥梁建设从施工准备到工程竣工时时刻刻存在着危险事故[1]。工程建设中安全因素众多，同时涉及的面十分广，各因素交叉，层次复杂；如若对其监管不力容易导致安全事故的发生，将会带来重大的经济损失和严重的负面社会影响。在桥梁建设施工过程中，对不安全因素和危险源进行有效地分析和监测，认清关键要素，构建安全监测指标体系，有利于提高对危险源的监管能力，以达到减少或降低施工期安全事故的目的[2]。

桥梁的施工监测不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，也是确保桥梁施工宏观质量控制的关键及桥梁建设的安全保证，它在施工过程中起着安全预警、施工指导以及优化施工方案的作用。由于现场施工的荷载状况、外界环境条件等不断变化，导致结构内力也不断变化。而且结构的实际内力和变位值也与设计存在差异。只有在施工过程中根据结构的实际变化反应和对其内力和应变监测监控，防止误差积累，才能保证桥梁成线形和施工安全[3]。

为了确保桥梁结构在施工阶段安全性、稳定性和运营阶段耐久性、行车舒适性等，研究大跨径桥梁施工阶段的结构行为，已成为桥梁建设不可或缺的重要内容[4]。府河特大桥属于大跨径桥梁，目前采用悬臂浇注施工方法进行施工。大跨径预应力混凝土桁架梁桥施工过程复杂，若不对各种影响结构内力和变形的参数（如材料弹性模量、材料容重、预应力损失值、温度场等）加以控制调整，则会导致最终成桥后主梁的结构中内力和线形都难以满足设计要求，而且值得注意的是在施工过程中产生的超应力情况会造成严重后果。加之预应力混凝土桁架梁结构的各项次内力如温度变化、预应力筋松弛、混凝土收缩与徐变等都直接影响到桥梁的内力与挠度[5]。如果这些问题不能妥善解决，不仅对结构的受力不利，而且会使桥梁线形不顺畅，造成外形不美观，不能满足桥梁的设计要求。要保证大跨度预应力混凝土梁桥在施工过程中结构的内力和挠度处于安全范围内，且使成桥后线形满足设计要求，在桥梁施工过程中必须要进行严格的施工监测和控制[6]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1桥梁施工国内安全监测技术现状

我国工程师虽然很早也注意到了施工中结构的变形和内力调控，例如1957年在建成的武汉长江大桥的施工过程中就做了应力、标高调整，但真正把施工监测监控理论运用到工程建设中的时间较晚。但是国内的施工监测技术发展十分迅速，尤其是在80年代后，随着计算机在桥梁工程建设中的广泛应用，大量桥梁工作者开始注重运用计算机来辅助桥梁施工并对施工进行监控监测[7]。1982年建成的上海柳港大桥就是首次利用现代工程控制的思想，有效地进行了主梁挠度和塔水平位移的施工控制。此大桥的成功施工控制，掀起了专家们对桥梁施工监控技术研究的新高潮[8]。

随着近几年我国好几座大跨径悬索桥修建成功，国内也在桥梁施工控制技术上取得了重大突破。交通部公路研究所和西安公路交通大学联合研究的灰色预测控制法，成功的运用到了虎门悬索桥的施工控制[9]。该方法主要根据灰色预测控制理论对悬索桥的施工过程进行预测控制。依照悬索桥的施工架设特点，把施工控制分为两个阶段进行预测控制：施工控制的第一阶段为主缆架设阶段，这一阶段要求确保成缆线形达到成桥期望的施工标高；施工控制的第二阶段为加劲梁吊装阶段，这一阶段施工控制的任务是保证成桥线性达到设计要求。交通部第二公路工程局在厦门海沧大桥悬索桥上部结构线性施工监控方面采用灰色预测控制取得了良好的效果。后来，交通部公路研究所在虎门大桥的施工控制中运用了卡尔曼滤波法来滤除主缆架设阶段和钢箱梁吊装阶段出现的施工误差[10]。

1.2.2国外施工监测基本概况

桥梁控制概念最早出现在20世纪50年代，第一座斜拉桥施工时，工程师就对如何使索力和标高达到设计要求进行了研究，这也是最传统的施工控制。虽然桥梁施工监测起源于欧美，但是真正把它运用到桥梁施工管理的是日本。他们首次系统地在桥梁施工过程中结合控制理论进行了施工监控。20世纪80年代初，日本修建日野预应力混凝土连续梁桥时，日本就建立了相关监测系统对桥梁的应力、挠度等参数进行监测，以及利用计算机对监测的实际数据进行处理，然后将处理后的实测数据送到施工控制室进行结构计算分析，最后在反馈给施工现场进行控制监测，这就是国外传统的监测步骤[11]。到 80 年代末，在 Chichby 斜拉桥和Yokohama海湾斜拉桥时，日本成功的利用计算机建立一个自动监控系统，它可以自动监测拉索索力、主梁标高、主梁倾角、塔垂直度等施工参数[12]。不久，日本又研制出一套施工双控系统，这一系统包括自动测量数据采集、控制预报系统、误差分析系统和结构计算机分析四个系统以及测量参数、计算参数两个数据库。此系统的最大特点是可以在施工现场完成测试和分析，并立即反馈给施工单位信息，同时还能够对施工各个阶段进行结构状态预测[13]。从80年代开始，随着计算机进入到各类型工程建设中，对桥梁施工监控技术的发展有十分重大的意义。监测人员可以尽快将计算分析结果直接反馈到施工过程中，不仅加快了施工进度，同时也保证桥梁施工的安全性。

进入二十一世纪后，许多发达国家在监控系统方面又有了重大进展。他们在对桥梁施工监测的同时在桥梁中留下长期监测点，为桥梁的营运阶段提供监测数据，使问题尽早被发现并进行修复[14]。即使国外对桥梁的施工控制理论已经成熟，但他们的研究仍在继续，因为影响桥梁施工的因素实在太多而且太复杂。

2. 研究的基本内容与方案

2 预计达到的目标、关键理论和技术、完成课题的方案和主要措施

2.1 预期目标

（1）了解并且熟练掌握目前国内外对于施工监控监测的分析研究方法和理论，加强自己的专业知识和基本技能，拓展思维，开拓视野。

（2）学会使用Midas/civil软件并建立桥梁模型；