漢陽(yáng)河鋼管拱橋測(cè)量方法研究

摘要：湖北宜昌市五峰土家族自治縣漢陽(yáng)河特大橋是采用纜索吊機(jī)吊裝鋼管拱合攏成拱的方法進(jìn)行施工的。為使鋼管拱在吊裝過程中和合攏后的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的允許偏差控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，保證測(cè)量精度滿足施工要求，制定了文章介紹的測(cè)量方法，以指導(dǎo)施工。文章主要介紹了吊裝施工測(cè)量控制的方法和過程。

關(guān)鍵詞：漢陽(yáng)河特大橋；測(cè)量方法；纜索吊機(jī)；吊裝鋼管；吊裝施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U448 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0096-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0380

1 工程概況

K56+817漢陽(yáng)河特大橋跨徑組合按（3*30）m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁+1*171m上承式鋼管混凝土拱橋+（4*30）m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，全橋長(zhǎng)399m。鋼管拱橋平面位于直線上，縱坡位于2.8%直線上，橋面全寬12m。主橋采用凈跨171m鋼管砼桁架上承式拱橋，計(jì)算矢高f=33m，凈矢跨比為1/5.18，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.65，拱肋為等截面鋼管砼桁架結(jié)構(gòu)，截面高度3.5m。全橋共兩片桁架，兩桁架中到中間距8.6m。

為使鋼管拱在吊裝過程中和合攏后的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的允許偏差控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，保證測(cè)量精度滿足施工要求，特制定本測(cè)量方法，以指導(dǎo)施工。

圖1 漢陽(yáng)河特大橋總體布置圖

2 編制依據(jù)

中交二勘院《施工圖設(shè)計(jì)》：第三冊(cè)《橋梁、涵洞》

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）

《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）

《測(cè)量規(guī)范》（GB 50026-2007）

《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTGC10-2007）

《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 12898-2009）

3 控制網(wǎng)基本情況

3.1 測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)施工需求，本項(xiàng)目的控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)如下：控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)：1980西安坐標(biāo)系，中央子午線111°；控制網(wǎng)高程系統(tǒng)：1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；橋梁獨(dú)立施工坐標(biāo)系：為了計(jì)算方便簡(jiǎn)潔，現(xiàn)場(chǎng)方便直觀，需建立施工坐標(biāo)系。

3.2 控制點(diǎn)復(fù)測(cè)

施測(cè)前完成首級(jí)導(dǎo)線控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)及加密，主橋控制點(diǎn)沿漢陽(yáng)河兩岸分別布設(shè)LY17、LY18、JM07、JM08，各控制點(diǎn)均帶標(biāo)高。拱肋的標(biāo)高主要采用全站儀三角高程測(cè)量控制，在吊裝前對(duì)主橋控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)前必須對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，以保證測(cè)量成果的

精度。

4 組織安排及資源配置

4.1 儀器設(shè)備組織

本項(xiàng)目使用的儀器設(shè)備均在檢定有效期限內(nèi)，其檢定結(jié)果均滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，并在作業(yè)前對(duì)主要儀器進(jìn)行了常規(guī)檢校，保證儀器設(shè)備性能穩(wěn)定可靠。

4.2 人員配置

根據(jù)該工程的特點(diǎn)，為確保本項(xiàng)目順利完成，項(xiàng)目部組織多名測(cè)量專業(yè)知識(shí)扎實(shí)，實(shí)踐操作熟練，并且具備相關(guān)資歷的技術(shù)人員完成測(cè)量工作。

5 控制測(cè)量方案

5.1 拱肋安裝

5.1.1 內(nèi)業(yè)計(jì)算：

（1）拱肋計(jì)算主要數(shù)學(xué)模型：

拱軸懸鏈線計(jì)算公式：Y=f/（m-1）*[ch（k*ξ）-1]

拱軸預(yù)拱度計(jì)算公式：△F=-△f（1-4X2/L2）

拱軸任一點(diǎn)水平傾角：φ=argtg[2fKshKξ/L/（m-1）]

式中：

拱軸系數(shù)m=1.65

計(jì)算矢高f=33

預(yù)拱度△f=0.075

計(jì)算跨徑L=171

系數(shù)k=ln（m+）

系數(shù)ξ=X/（L/2）

（2）編制Excel輔助計(jì)算程序表格（表格見后附

表1）。

表格中的相對(duì)坐標(biāo)系是以沒設(shè)預(yù)拱度的拱軸跨中為原點(diǎn)，水平指向拱腳的方向設(shè)為X正方向，豎直指向地面的方向設(shè)為Y的正方向。Excel輔助計(jì)算程序表（部分）如表1所示：

表1

x（m） ξ=X/（L/2） y=f/（m-1）*[ch（k*ξ）

-1）] Tanψ ψ（弧度） 拱腹 拱頂

0 0 0 0 0 3.500 0.000

3.25 0.038011696 0.043265042 0.026628422 0.026622131 3.543 0.043

6.5 0.076023392 0.173133909 0.05330223 0.053251836 3.673 0.171

9.75 0.114035088 0.389827947 0.080066884 0.079896444 3.890 0.383

13 0.152046784 0.693716484 0.106968003 0.1065628 4.194 0.679

16.25 0.19005848 1.085317462 0.134051436 0.133257025 4.585 1.061

19.5 0.228070175 1.565298319 0.161363344 0.159984292 5.065 1.528

22.75 0.266081871 2.134477124 0.188950276 0.186748603 5.634 2.082

26 0.304093567 2.793823975 0.216859252 0.213552584 6.294 2.723

29.25 0.342105263 3.544462649 0.245137838 0.240397301 7.044 3.453

32.5 0.380116959 4.387672521 0.273834232 0.267282083 7.888 4.272

35.75 0.418128655 5.32489074 0.302997344 0.294204378 8.825 5.182

39 0.456140351 6.357714684 0.332676879 0.321159629 9.858 6.185

42.25 0.494152047 7.487904677 0.362923422 0.348141181 10.988 7.282

45.5 0.532163743 8.717386993 0.393788524 0.375140214 12.217 8.474

48.75 0.570175439 10.04825714 0.425324792 0.402145717 13.548 9.765

52 0.608187135 11.48278342 0.457585975 0.429144488 14.983 11.155

55.25 0.64619883 13.02341082 0.490627058 0.456121179 16.523 12.648

58.5 0.684210526 14.67276515 0.524504357 0.483058373 18.173 14.245

61.75 0.722222222 16.43365753 0.559275611 0.509936698 19.934 15.949

65 0.760233918 18.30908921 0.595000083 0.53673498 21.809 17.763

68.25 0.798245614 20.30225663 0.631738662 0.563430425 23.802 19.690

71.5 0.83625731 22.4165569 0.669553963 0.589998838 25.917 21.734

74.75 0.874269006 24.65559359 0.70851044 0.616414862 28.156 23.897

78 0.912280702 27.02318288 0.748674488 0.642652241 30.523 26.183

80.4 0.940350877 28.8564294 0.779149252 0.661897135 32.356 27.952

82.8 0.968421053 30.76367857 0.810348144 0.681019012 34.264 29.793

85.2 0.996491228 32.74670297 0.842300159 0.70000689 36.247 31.705

85.5 1 32.99999997 0.846348586 0.702370407 36.500 31.950

5.1.2 安裝限差

（1）合攏前：對(duì)稱點(diǎn)高差：≤20mm

各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高：≤+20mm

位置偏差：≤±15mm

（2）合攏松扣后：對(duì)稱點(diǎn)高差：≤57mm，極值為允許偏差的2倍，且相反

拱圈標(biāo)高：≤±57mm

拱軸線位置偏差：≤28mm

（3）預(yù)埋件位置：≤5mm

（4）觀測(cè)精度：軸線橫向位置：≤4mm

拱圈高程：≤±8mm

5.2 拱座預(yù)埋

拱座內(nèi)鋼管拱預(yù)埋節(jié)段定位安裝是鋼管拱肋安裝前的一項(xiàng)重要的工作，預(yù)埋質(zhì)量將直接影響后續(xù)鋼管拱整體安裝線型。

5.2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，精確放出定位槽鋼的位置，鉸座預(yù)埋鋼板安裝時(shí)用水準(zhǔn)儀測(cè)量鋼板四角高程，確保鋼板水平并滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。

5.2.2 安裝臨時(shí)鉸座前，先用全站儀精確放出兩側(cè)鋼管中心點(diǎn)位，吊裝時(shí)用全站儀觀測(cè)垂直度，保證臨時(shí)鉸座的垂直度及臨時(shí)鉸處于拱軸線上。

5.2.3 在安裝和砼施工過程中隨時(shí)檢查拱軸位置，固定后再次檢查軸線和標(biāo)高，出現(xiàn)偏差需重新定位，施工中嚴(yán)格控制預(yù)埋段的精度。

5.3 拱肋吊裝

5.3.1 拱肋節(jié)段吊裝過程中的定位觀測(cè)，是保證主拱肋正確就位的關(guān)鍵，定位觀測(cè)利用全站儀的三維坐標(biāo)控制功能直接測(cè)出觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，時(shí)間選在清晨或黃昏日落之后，溫度介于10℃～20℃之間，并且測(cè)量時(shí)間最好控制在兩小時(shí)之內(nèi)。施工放樣時(shí)應(yīng)加入預(yù)拱度，拱頂為18cm，起拱點(diǎn)為0cm，其他位置的預(yù)拱度值按二次拋物線進(jìn)行內(nèi)插。

5.3.2 預(yù)先在各節(jié)段離兩側(cè)拱肋前端50cm處，上下鉉管水平中心位置的管外壁及上下鉉管豎直中心位置的管外壁上作觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)采用30mm*30mm*3mm鋼板制作，鋼板與水平方向垂直，利用鋼筋支撐焊接在拱

肋上。

5.3.3 拱肋吊裝前先在拱座上放出兩側(cè)拱肋中心點(diǎn)，點(diǎn)位放出后對(duì)四個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行閉合復(fù)測(cè)，建立獨(dú)立的施工測(cè)量坐標(biāo)系，復(fù)測(cè)后的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)作為控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，用于控制整個(gè)拱肋的中心軸線。

5.3.4 拱肋分段安裝時(shí)，在相對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，觀測(cè)拱肋分段側(cè)面的四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，這四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)用于控制拱肋分段的高程及軸線的定位。

5.3.5 拱肋分段安裝完成后，在拱座中心點(diǎn)位上架設(shè)全站儀，監(jiān)測(cè)拱肋分段頂面及底面的四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，確保整個(gè)拱肋的中心軸線在規(guī)范以內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)偏位立即調(diào)整。

5.3.6 拱肋合攏前，對(duì)兩端缺口的標(biāo)高、坐標(biāo)和合攏段長(zhǎng)度進(jìn)行連續(xù)3d的精確觀測(cè)，用50m的鑒定鋼尺復(fù)核兩端的間距，以確定不同溫度時(shí)缺口尺寸變化與基準(zhǔn)溫度15℃時(shí)各尺寸的關(guān)系。合攏段安裝應(yīng)選擇在一天中的最低氣溫時(shí)進(jìn)行，但不宜低于5℃。合攏段吊裝時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)合攏段長(zhǎng)度，對(duì)合攏段余量進(jìn)行切割。

5.4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

5.4.1 在兩岸已有控制點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)站，利用拱肋吊裝時(shí)的觀測(cè)點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)需在拱肋合攏后、松錨過程中及松錨后三個(gè)階段分別進(jìn)行。

5.4.2 為全面掌握主拱結(jié)構(gòu)的變位情況，較好地控制測(cè)量誤差，采用高精度的全站儀對(duì)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.4.3 對(duì)主拱圈的拱腳進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)拱座的變位狀況。

5.4.4 采集時(shí)間選擇在早晨7∶00～9∶00以前，在記錄表上標(biāo)明日期、時(shí)間及溫度，并注明施工階段。采集的數(shù)據(jù)要和前期采集的數(shù)據(jù)比較其變化，如有突變要分析原因、補(bǔ)測(cè)并通報(bào)負(fù)責(zé)人。原始數(shù)據(jù)記錄要保存完好，數(shù)據(jù)文件要做好備份。

5.4.5 在沉降不明顯時(shí)結(jié)束狀態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)變化、時(shí)間繪制曲線圖，形成監(jiān)測(cè)成果分析資料。

5.5 精度評(píng)定

5.5.1 測(cè)量點(diǎn)平面位置誤差預(yù)估：

X坐標(biāo)計(jì)算公式為：XP=X0+S×cosZcosA

XP為測(cè)點(diǎn)X坐標(biāo)，X0為控制點(diǎn)坐標(biāo)，Z為豎角，A為方位角。

根據(jù)誤差傳播定律，測(cè)點(diǎn)里程X中誤差為：

在實(shí)際施工過程中控制點(diǎn)點(diǎn)位誤差MX0=±1mm，儀器采用徠卡TCA2003，標(biāo)稱精度為0.5″，1+1ppm；方位角A最不利取±90或0度；S取最遠(yuǎn)施測(cè)距離170m，豎角Z對(duì)取最不利影響值0度。

角度觀測(cè)誤差來源主要有：儀器誤差M儀=±0.5″；照準(zhǔn)誤差（全站儀自動(dòng)搜索）M照=0″；讀數(shù)誤差（電子讀數(shù)）M讀=0″，后視建站方位角誤差M站=2″，則：

=±2.06″

則在最不利情況下測(cè)點(diǎn)X坐標(biāo)中誤差為：MX=±1.5mm

Y坐標(biāo)計(jì)算公式為：YP=Y0+S×cosZsinA

同上計(jì)算公式在最不利情況下測(cè)點(diǎn)Y坐標(biāo)中誤差為：MY=±1.5mm

且MX、MY極大值不可能同時(shí)出現(xiàn)。

5.5.2 高程控制精度預(yù)估：

測(cè)量點(diǎn)采用三角高程測(cè)量，三角高程計(jì)算公式：H=H0+SsinZ+i-r

其中H0為控制點(diǎn)高程S為斜距、Z為豎角、i為儀器高、r為棱鏡高

根據(jù)誤差傳播定律計(jì)算測(cè)點(diǎn)三角高程中誤差：

在實(shí)際施工過程中，其中MH0為控制點(diǎn)高程中誤差根據(jù)控制網(wǎng)等級(jí)為4mm；S取最遠(yuǎn)施測(cè)距離170m；儀器采用徠卡TCA2003，標(biāo)稱精度為0.5″，1+1ppm，則MS=1mm，MZ=6″；Mi為量取儀器高誤差取1mm；Mr為棱鏡高誤差取1mm；ρ=206265；當(dāng)豎角Z取90度求得MH0極大值：MH=±4.4mm

5.5.3 根據(jù)計(jì)算預(yù)估本項(xiàng)目鋼管拱橋施工測(cè)量精度：

平面精度MX=MY=±1.5mm

高程精度MH=±4.4mm

6 質(zhì)量安全

（1）對(duì)既有測(cè)量控制網(wǎng)須加以保護(hù)，嚴(yán)防觀測(cè)點(diǎn)和測(cè)量標(biāo)志被人為移動(dòng)或損毀；必要時(shí)，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行加密補(bǔ)充。當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制網(wǎng)觀測(cè)點(diǎn)或測(cè)量標(biāo)志有挪動(dòng)或破壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)加以復(fù)測(cè)恢復(fù)和修正完善。（2）測(cè)量施工時(shí)注意保護(hù)儀器。儀器上高空時(shí)，應(yīng)由測(cè)量人員背上高空，嚴(yán)禁用繩索或其他方法將儀器吊上高空。雨天或強(qiáng)太陽(yáng)光下測(cè)量時(shí)，應(yīng)打傘遮蓋，并作氣象改正。（3）測(cè)量人員應(yīng)熟悉儀器特性，熟悉操作，動(dòng)作規(guī)范；嚴(yán)禁觀測(cè)讀數(shù)時(shí)騎跨腳架。（4）鋼管拱桁架吊裝測(cè)量系采用三維空間坐標(biāo)控制，其坐標(biāo)系的建立與設(shè)計(jì)圖提供的坐標(biāo)系不盡一致；對(duì)此，測(cè)量人員應(yīng)牢記，嚴(yán)防發(fā)生錯(cuò)誤。資料出具時(shí)應(yīng)注意轉(zhuǎn)換成與設(shè)計(jì)圖相統(tǒng)一的測(cè)量成果。

作者簡(jiǎn)介：陳俊明（1985-），男，中鐵大橋局第七工程有限公司助工。

（責(zé)任編輯：陳 倩）