高速鐵路尼爾森體系鋼管混凝土提籃拱施工測量技術(shù)

施軍

摘 要：總結(jié)了鄭開城際鐵路1-128m提籃拱施工中創(chuàng)新的測量計算和控制方法，提出的利用AutoCAD、midasCIVIL等軟件精確計算提籃拱各個主要構(gòu)件安裝控制點(diǎn)坐標(biāo)并結(jié)合實(shí)際預(yù)壓觀測結(jié)果進(jìn)行修正，并采用高精度全站儀進(jìn)行測量定位的方法，可以大大提高尼爾森吊桿體系鋼管混凝土提籃拱構(gòu)件安裝精度，實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的精確控制。對同類橋梁施工的測量工作提供了一種借鑒思路。

關(guān)鍵詞：尼爾森體系 提籃拱橋 施工測量

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0054-02

高速鐵路及城際鐵路設(shè)計行車速度為200～350km/h，對橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的受力和線形的要求很高[1]。相對于一般拱橋而言，尼爾森體系提籃拱橋結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、縱橫向剛度更大、動力性能更好、造型更加美觀，而且由于該橋型橋面以下的結(jié)構(gòu)高度低、跨度大，在跨越鐵路、高速公路等必須確保橋下凈空的情況下十分適用。但是，由于提籃拱橋拱肋向內(nèi)傾斜以及斜向交叉的吊桿，增加了拱肋空間定位及施工的復(fù)雜性。提籃拱橋拱肋及吊桿的空間定位是否準(zhǔn)確對整個結(jié)構(gòu)受力的影響較大，而拱肋及吊桿空間坐標(biāo)的計算和施工控制都相當(dāng)復(fù)雜，影響因素也較多，比如系梁預(yù)應(yīng)力張拉引起的縱向壓縮的影響、拱肋豎向預(yù)拱度的影響、線路縱坡的影響以及安裝溫度的影響等，因此要確保橋梁的結(jié)構(gòu)受力與設(shè)計要求更加接近，就必須嚴(yán)格控制拱肋和吊桿預(yù)埋件安裝時的定位精確度。

1 工程概況

該提籃拱跨徑為1～128m，含兩端過渡段全長134.1m，線路位于500半徑的右偏圓曲線及緩和曲線上，縱坡19.6‰，梁體平面按直線布置，線路中心與橋中心不平行。系梁設(shè)計為單箱三室預(yù)應(yīng)力砼箱形截面，橋面箱寬19m、梁高2.5m。拱肋采用二次拋物線線型，計算跨徑為128 m，矢跨比f/l=1/5，橫截面結(jié)構(gòu)為啞鈴形鋼管混凝土等截面布置，截面3.5 m高，鋼管外徑1.25 m，拱管之間用腹板連接，鋼管及腹腔內(nèi)填充C55無收縮混凝土。拱肋橫橋向內(nèi)傾9°，兩拱肋之間共設(shè)五道橫撐，拱頂處為X型撐，其它部位設(shè)4道K型撐。吊桿為尼爾森體系，拱肋平面內(nèi)夾角52.39°～71.18°，橫橋向水平夾角為81°。吊桿間距為8m，總計56根。

2 測量技術(shù)

2.1 技術(shù)要點(diǎn)

（1）拱腳正確預(yù)埋是確保拱肋安裝線型的基礎(chǔ)，由于本橋拱肋設(shè)計沒有設(shè)置拱腳預(yù)埋段和相鄰拱肋節(jié)段之間的嵌補(bǔ)段，拱腳預(yù)埋后無法調(diào)整誤差，因此拱腳預(yù)埋必須非常精確。

（2）上下套管是否預(yù)埋準(zhǔn)確時確保吊桿順利安裝、按照設(shè)計要求發(fā)揮作用的關(guān)鍵，必須確保上下套管的軸線在成橋狀態(tài)下吻合。

（3）由于工期緊迫，如何快速、精確的定位拱肋是確保拱肋安裝質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵

2.2 測控點(diǎn)坐標(biāo)計算

由于該拱橋的空間幾何位置自成體系，內(nèi)部對稱，并且設(shè)計采用的也是以起拱點(diǎn)為原點(diǎn)、以系梁高度中分線為X軸的相對坐標(biāo)系。該橋在空間位置上除了縱坡與鐵路線路相同都是19.6‰以外，其它平面位置與線路中線沒有對應(yīng)關(guān)系，用常規(guī)的以線路中線為基準(zhǔn)計算結(jié)構(gòu)物坐標(biāo)的平面坐標(biāo)計算方法無法精確計算該橋拱腳預(yù)埋、拱肋安裝和吊桿預(yù)埋件所需要的坐標(biāo)。利用AutoCAD數(shù)形結(jié)合的功能可以以極高的精確度繪制空間幾何體的三維模型，并且可以輸出任意節(jié)點(diǎn)的精確坐標(biāo)[2]。根據(jù)設(shè)計給出的相對坐標(biāo)系各個部位的結(jié)合尺寸，在AutoCAD中建立提籃拱的整體模型，然后根據(jù)需要截取截面、輸出所需的節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。設(shè)計圖給出了拱橋內(nèi)部的相對坐標(biāo)系，拱軸線節(jié)點(diǎn)和每根吊桿上下兩端中心點(diǎn)的相對坐標(biāo)?？梢岳蒙鲜鰯?shù)據(jù)計算出所需要的控制點(diǎn)相對坐標(biāo)，再將相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)。

（1）首先繪制提籃拱整體三維模型，此時的模型是相對坐標(biāo)系，模型繪制時已經(jīng)考慮了整體的縱坡以及拱肋的設(shè)計預(yù)拱度。在此過程中還可以檢查設(shè)計上是否存在預(yù)埋件和預(yù)應(yīng)力筋是否有沖突。

（2）模型繪制完畢檢查無誤后將需要的測量控制點(diǎn)標(biāo)出，然后三維模型用“平面攝影”命令輸出包含控制點(diǎn)坐標(biāo)的平面的二維圖和包含控制點(diǎn)高程的立面二維圖。最后將相對坐標(biāo)二維圖通過平移、旋轉(zhuǎn)等操作轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系的二維圖，即可按照施工放樣的需求輸出控制點(diǎn)的精確坐標(biāo)和高程。

2.3 控制點(diǎn)坐標(biāo)修正

（1）拱腳、吊桿下套管控制點(diǎn)主要修正因梁體縱向收縮引起的位移和由系梁設(shè)計預(yù)拱度和現(xiàn)澆支架下沉量迭加引起的高程變化?？v向位移量修正主要通過midascivil等有限元結(jié)構(gòu)分析軟件理論分析結(jié)果結(jié)合類似工程相關(guān)經(jīng)驗值求得[3]。

通過理論分析計算可知系梁縱向長度收縮量為0.03m，拱腳及吊桿下套管護(hù)筒縱向預(yù)偏的修正值按照該數(shù)值用內(nèi)插法分配。

（2）拱肋分段控制點(diǎn)主要修正拱肋拼裝支架的彈性變形、非彈性變形

拱肋坐標(biāo)實(shí)際坐標(biāo)與設(shè)計拱軸線的偏差主要由拱在工作狀態(tài)下狀態(tài)和非承載狀態(tài)下的變形值（即拱肋設(shè)計預(yù)拱度）和拱肋拼裝支架承載后的豎向壓縮形成。由于在用CAD建模計算拱肋坐標(biāo)時，已經(jīng)考慮拱肋設(shè)計預(yù)拱度，所以只需要修正由于拱肋拼裝支架立柱承受拱肋荷載后頂點(diǎn)的豎向位移即可。拱肋支架的豎向位移參照《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》，根據(jù)實(shí)際采用的支架結(jié)構(gòu)計算[4-5]。

3 應(yīng)用效果

3.1 拱腳定位

型鋼框架的位置和高程通過提籃拱CAD模型模擬、計算、調(diào)整，避免和拱腳以及其他預(yù)埋件產(chǎn)生空間位置沖突，同時確保拱腳吊裝到框架上即完成了粗定位，再用全站儀檢核后微調(diào)完成了最終精確定位。同時，為了確保拱腳定位的快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)固性，拱腳吊裝前先安裝型鋼組合焊接的整體框架作為拱腳安裝基座和定位輔助措施。

拱腳定位過程中，在理論坐標(biāo)的基礎(chǔ)上針對梁體縱向收縮、支架沉降量等變形因素采取了修正，并在混凝土澆筑過程中全程監(jiān)控及時調(diào)整，系梁施工完畢后4個拱腳上口位置的高程、平面位置誤差絕對值均小于5mm。

3.2 拱肋拼裝

由于拱腳定位準(zhǔn)確，為相鄰拱肋節(jié)段的軸線控制提供了良好的基礎(chǔ)，拱肋吊裝定位過程順利，僅用40 d就完成了全部拱肋節(jié)段吊裝以及合攏，并且拱肋安裝定位的所有偏差指標(biāo)均小于施工規(guī)范規(guī)定偏差，滿足設(shè)計要求。

3.3 系梁預(yù)埋吊桿套管定位

吊桿套管下端采用鋼筋焊接支架定位，上端采用放樣板輔助定位。精確調(diào)整到位后用粗鋼筋點(diǎn)焊固定。

4 結(jié)語

通過1～128m提籃拱施工的實(shí)踐檢驗，該文提出的利用AutoCAD、midasCIVIL等軟件精確計算提籃拱各個主要構(gòu)件安裝控制點(diǎn)坐標(biāo)并結(jié)合實(shí)際預(yù)壓觀測結(jié)果進(jìn)行修正，并采用高精度全站儀進(jìn)行測量定位的方法，可以大大提高尼爾森吊桿體系鋼管混凝土提籃拱構(gòu)件安裝精度，實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的精確控制。為今后同類工程的測量計算提供了一種較為可行的思路，為現(xiàn)場測量控制提供了一種簡便、可靠的方法。

參考文獻(xiàn)

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