鋼箱拱施工測量定位技術(shù)

【摘要】某橋主橋采用剛構(gòu)與提籃式鋼箱系桿拱、鋼桁梁的組合結(jié)構(gòu)。本文全面介紹了鋼箱拱橋施工過程中鋼箱拱肋的安裝施工測量空間三維定位技術(shù)，為類似拱肋安裝施工測量提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】鋼箱拱肋；測量；空間三維；定位

1、工程概況

某橋主橋全長800m，其中系桿拱橋主跨440m，邊跨和側(cè)跨分別為100m及80m。主拱結(jié)構(gòu)為提籃式鋼箱拱，跨度340m，矢高約60m，主拱肋內(nèi)傾角為10.8°，拱肋箱型截面尺寸為2.5m×4.0m。兩片拱肋通過6道鋼箱橫撐連接，分為25個(gè)節(jié)段。其中包括：拱腳（起拱段）、標(biāo)準(zhǔn)段（分有橫撐及無橫撐兩類）及合龍段。

2、鋼箱拱安裝工藝流程

鋼箱拱安裝工藝總流程如下所述：鋼箱拱節(jié)段首先在工廠整體預(yù)拼，出廠驗(yàn)收合格后逐節(jié)分解，運(yùn)輸至橋位指定起吊處。吊裝拱腳（起拱段）、粗定位、精定位，灌注鋼混結(jié)合部位砼。起吊標(biāo)準(zhǔn)段（上游側(cè)），拱腳與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段栓接、掛扣索，松構(gòu)，安裝臨時(shí)橫向固定纜繩。起吊標(biāo)準(zhǔn)段（下游側(cè)），拱腳與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段栓接、掛扣索，松構(gòu)，安裝臨時(shí)橫向固定纜繩。線形調(diào)整，安裝臨時(shí)橫撐，鋼箱拱肋焊接。依據(jù)以上步驟，兩岸同步吊裝其余節(jié)段及橫撐。調(diào)整扣索、監(jiān)控各節(jié)段端點(diǎn)標(biāo)高，合龍口工況測定，配切合龍段，吊裝拱頂合龍段，對位焊接，主拱合龍。

鋼箱拱安裝過程中測量控制的關(guān)鍵有以下幾點(diǎn)：（1）鋼箱拱吊裝對接過程中，空間位置測量（粗定位）；（2）鋼箱拱安裝錨索，線型調(diào)整，拱的空間位置測量（精定位）；（3）拱段跨中合龍前，各拱段受日照、溫度等因素影響的變形觀測；（4）扣索塔架、起重塔架塔頂位置觀測（變形位移量）；（5）后錨位移觀測。

整個(gè)安裝過程中要解決以下難點(diǎn)：鋼混結(jié)合段安裝定位對精度要求高；單榀吊裝橫向定位測量工作實(shí)施難度大；高栓連接方式鋼箱拱調(diào)整過程精細(xì)；合龍段對位經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集量大。

3、鋼箱拱安裝測量控制方法

3.1 平面、高程控制網(wǎng)的建立。根據(jù)橋址的實(shí)際地理信息并結(jié)合已建臨近墩位的情況，鋼箱拱的架設(shè)布控專項(xiàng)的平面及高程控制網(wǎng)，采用橋軸線控制點(diǎn)對鋼箱拱的架設(shè)進(jìn)行控制的思路，架設(shè)過程中保證專項(xiàng)控制點(diǎn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在已建墩位上布控平面兼高程控制點(diǎn)，與首級控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測經(jīng)嚴(yán)密平差獲取三維坐標(biāo)。平面加密控制點(diǎn)的布設(shè)與橋軸線保持一致，高程控制點(diǎn)加密要兼顧大橋南北兩岸，保證高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性，嚴(yán)格按二等水準(zhǔn)測量精度指標(biāo)采取跨河水準(zhǔn)三角高程測量方法獲取加密點(diǎn)高程。

3.2 鋼箱拱安裝定位測量步驟

（1）鋼箱拱拱段預(yù)拼的線型復(fù)核，在每個(gè)拱段上制作軸線監(jiān)測點(diǎn)和兩端的四角監(jiān)測點(diǎn)，注明拱段長度，截面尺寸，建立預(yù)拼數(shù)據(jù)臺帳指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)。

（2）測站點(diǎn)變形位移補(bǔ)償定位法精定位鋼箱拱。精定位前，首先利用P15和P20軸線加密控制點(diǎn)將測站點(diǎn)擬合到實(shí)際橋軸線上，復(fù)測跨距并結(jié)合EDM三角高程獲取測站實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)，定向完成后對拱段上的監(jiān)控點(diǎn)上進(jìn)行定位測量。精定位觀測方法遵循對岸設(shè)站監(jiān)測另一岸鋼箱拱的原則，過程中對測站點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，確保測站點(diǎn)點(diǎn)位精度，滿足定位要求。

（3）拱腳定位測量。觀測拱腳上下兩截面8個(gè)角點(diǎn)，初定位；精定位時(shí)，以上口截面角點(diǎn)觀測值為控制依據(jù)，下口角點(diǎn)測量數(shù)據(jù)作為校核，調(diào)整拱腳X、Y、Z三維空間位置，確保拱腳軸線方向及高程偏移在限差范圍內(nèi)、線型精準(zhǔn)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)段安裝定位測量。測量拱段前端4個(gè)角點(diǎn)的X、Y、Z三維空間坐標(biāo)并與設(shè)計(jì)計(jì)算值進(jìn)行比較調(diào)整到允許范圍，保證與下一拱段順利對接。

（5）扣索安裝。測量拱段四個(gè)角點(diǎn)X、Y、Z三維空間坐標(biāo)變化值，比對設(shè)計(jì)計(jì)算值。1）當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算的鋼箱拱Y值與實(shí)測Y值不符時(shí)，以實(shí)測Y值為基準(zhǔn)換算四個(gè)角點(diǎn)的理論X、Z值，作為新的調(diào)拱依據(jù)；2）四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)觀測時(shí)為了保證線型精準(zhǔn)一般以下端兩點(diǎn)作為基準(zhǔn)，上端兩點(diǎn)進(jìn)行校核，確保拱段軸線方向偏移在允許范圍內(nèi)。

（6）在扣索、錨索張拉過程中，同步觀測扣塔、纜塔的偏移量。

（7）在拱段安裝過程中，通過比對拱段鋼結(jié)構(gòu)、Y構(gòu)橋墩，扣索等構(gòu)件在各種氣溫、氣壓、日照條件下的觀測數(shù)據(jù)，形成經(jīng)驗(yàn)改正值，為后續(xù)拱段合龍、線型控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

（8）合龍段觀測。1）在合龍段前三段處架設(shè)全站儀，對拱軸線進(jìn)行糾偏，將合龍段Y軸位偏差控制在允許范圍內(nèi)且同向（偏位方向一致，均為偏上游或下游）；2）合龍段配切。在設(shè)計(jì)規(guī)定的溫度條件下用鋼尺實(shí)量合龍口四角點(diǎn)間長度作為合龍段配切依據(jù)，進(jìn)行合龍段配切。

4、鋼箱拱架設(shè)精度分析

4.1 全站儀高程測量精度分析。鋼箱拱高程測量采用全站儀三角高程結(jié)合水準(zhǔn)測量方法（水準(zhǔn)測量復(fù)核已知高程基準(zhǔn)點(diǎn)與全站儀對比作為調(diào)整依據(jù)），測量出拱上測點(diǎn)與控制點(diǎn)的高差，此方法可減小量取儀高、棱鏡高等人為誤差以及大氣折光的誤差影響。

鋼箱拱觀測點(diǎn)高程：HA=H基準(zhǔn)點(diǎn)+△H，△H=S×tgα；（H基準(zhǔn)點(diǎn)為控制點(diǎn)高程）

邊長按最長邊長（s=170m）計(jì)算，角度按最大角度（a=22.5o）計(jì)算，則高程測量精度為：Mh=±

=± （tana2×ms2+ma2×s2）÷（cosa4×ρ2）

=±1.84mm

假定照準(zhǔn)誤差：1mm，后視點(diǎn)誤差：1mm。

高程測量全中誤差：m=2.32mm

4.2 全站儀平面坐標(biāo)測量精度分析

5、結(jié)語

多次實(shí)踐證明，上述鋼箱拱施工測量定位技術(shù)很好的指導(dǎo)了多座鋼箱拱（鋼管拱）施工空間三維坐標(biāo)定位測量工作。鋼箱拱的安裝需空間三維坐標(biāo)定位，精度要求高，是拱橋（鋼箱拱、鋼管拱）施工測量的關(guān)鍵點(diǎn)，經(jīng)過在多座鋼箱拱（鋼管拱）安裝工作中驗(yàn)證：均優(yōu)質(zhì)高效的完成了施工測量工作，可為類似拱肋安裝施工測量定位提供參考和借鑒。

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