大跨度鋼箱桁架拱橋拱肋定位測(cè)量控制技術(shù)

徐勝泉　蔣思君　陳俊明

摘要：本文針對(duì)大跨度鋼箱桁架推力拱橋，在深水、陡峭山區(qū)地質(zhì)環(huán)境下，對(duì)其主拱肋定位的測(cè)量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主拱線(xiàn)形的精度控制。

關(guān)鍵詞：鋼箱桁架拱；拱肋安裝；線(xiàn)形控制；測(cè)量技術(shù)

一、引言

5月22日，在長(zhǎng)江與香溪河交匯的西陵峽口，由中鐵大橋局承建的香溪長(zhǎng)江公路大橋，完成主拱合龍施工。本文以香溪長(zhǎng)江大橋拱肋安裝為工程背景，研究探討了大跨度鋼箱拱橋拱肋安裝定位測(cè)量控制技術(shù)。

二、工程概況

（一）主橋整體布置

湖北香溪長(zhǎng)江大橋橋址位于長(zhǎng)江兵書(shū)寶劍峽峽口處，主橋?yàn)?31.2m全推力中承式鋼箱桁架拱。主橋拱肋采用空間變截面桁架式結(jié)構(gòu)，主桁下弦桿中心線(xiàn)凈跨徑為508m，下弦中心矢高為127 m，矢跨比為1/4。主拱軸線(xiàn)采用懸鏈線(xiàn)線(xiàn)，拱軸系數(shù)為2.0。桁架拱采用雙片主桁，上、下游兩榀主桁平行布置，主桁的橫向中心距為25.3m。全橋拱桁安裝采用節(jié)段整體吊裝方案，兩個(gè)主桁節(jié)間（含上下弦桿、整體節(jié)點(diǎn)、腹桿）組成一個(gè)整體吊裝節(jié)段，在整體吊裝情況下，拱肋整體剛度很強(qiáng)，不宜發(fā)生變形。全橋共有44個(gè)整體節(jié)段、8個(gè)拱腳節(jié)段及2個(gè)合龍段。

（二）測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)

香溪長(zhǎng)江公路大橋采用1954北京坐標(biāo)系和1956黃海高程。長(zhǎng)江大橋兩岸已有控制點(diǎn)4個(gè)，在主橋兩側(cè)1#、4#承臺(tái)上布置四個(gè)加密控制點(diǎn)，組成控制網(wǎng)（見(jiàn)圖2），經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)，平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)等級(jí)均達(dá)到二等精度要求，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量要求。

三、施工過(guò)程中的定位控制方案

（一）施工流程

（二）拱肋預(yù)拼檢查

為確保鋼箱拱加工及安裝精度，香溪長(zhǎng)江大橋鋼箱拱在出廠(chǎng)前按照“3+2”進(jìn)行了分段預(yù)拼，預(yù)拼精度滿(mǎn)足要求。

1.在預(yù)拼場(chǎng)地建立精密測(cè)量控制網(wǎng)，平面按照四等導(dǎo)線(xiàn)精度布設(shè)，高程按照四等水準(zhǔn)精度布設(shè)，經(jīng)復(fù)測(cè)控制網(wǎng)精度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.主拱肋測(cè)點(diǎn)布置。主拱箱型桿件制造時(shí)，在拱肋節(jié)點(diǎn)內(nèi)外側(cè)、節(jié)段接頭處四面中軸線(xiàn)距離端頭150mm位置做好標(biāo)記點(diǎn)，點(diǎn)位用沖釘沖眼并噴紅漆做標(biāo)記，檢查其相對(duì)關(guān)系，確保點(diǎn)位無(wú)誤。

考慮到后期現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，為了提高主拱線(xiàn)形測(cè)量效率，在每節(jié)段拱肋節(jié)點(diǎn)附近布置4個(gè)測(cè)量棱鏡，以直接測(cè)量棱鏡點(diǎn)控制主拱的線(xiàn)形。圖2為拱肋加工檢查測(cè)點(diǎn)布置圖。

3.全橋拱肋節(jié)段采用在胎架上進(jìn)行臥式預(yù)拼，胎架應(yīng)嚴(yán)格水平，拼裝前先對(duì)預(yù)拼拱肋節(jié)段的控制點(diǎn)（設(shè)計(jì)線(xiàn)形）在地面上進(jìn)行放樣（地標(biāo)點(diǎn)），在預(yù)拼過(guò)程中使用吊垂線(xiàn)的方法檢查鋼箱拱拱頂和拱底的控制點(diǎn)是否與地標(biāo)點(diǎn)吻合，再用水準(zhǔn)儀對(duì)拱肋腹板的高度以及平整度進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，高差反映出拱肋預(yù)拼的軸線(xiàn)偏位情況[4]。

4.節(jié)段預(yù)拼完成并驗(yàn)收線(xiàn)形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，測(cè)量每個(gè)節(jié)段拱肋的測(cè)量控制點(diǎn)和棱鏡點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（三）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算

預(yù)拼測(cè)量完后，需要將每節(jié)段拱肋的測(cè)量控制點(diǎn)和棱鏡坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)安裝坐標(biāo)。把拱肋整體抽象為由測(cè)量控制點(diǎn)、棱鏡點(diǎn)組成的空間骨架結(jié)構(gòu)，以廠(chǎng)內(nèi)實(shí)測(cè)的Ai、Ai+1、Bi+1三個(gè)拱肋節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)拱肋整體，將三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)匹配到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)安裝對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，使得拱肋整體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的安裝位置。

（四）拱肋安裝定位及線(xiàn)形調(diào)整

拱肋在工廠(chǎng)組拼好后，通過(guò)船運(yùn)至橋位處定位，利用纜索吊機(jī)從水上起吊安裝，安裝定位以線(xiàn)形控制為主，索力控制為輔[6]。

1.安裝定位控制。拱肋安裝定位采用三維坐標(biāo)法，將全站儀架設(shè)在岸側(cè)控制點(diǎn)上，觀(guān)測(cè)拱肋上棱鏡的三維坐標(biāo)，得出拱肋在里程、橫向和高程方向的偏差值，結(jié)合監(jiān)控指令調(diào)整拱肋線(xiàn)形，調(diào)整過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行線(xiàn)形的測(cè)量監(jiān)控，并及時(shí)反饋測(cè)量數(shù)據(jù)，直至線(xiàn)形滿(mǎn)足監(jiān)控指令和規(guī)范要求。

2.高程精度控制。在拱肋安裝過(guò)程中的高程測(cè)量采用單向三角高程測(cè)量，為了減少日照、溫差和風(fēng)力等不利因素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響，觀(guān)測(cè)選在溫度相對(duì)比較低，而且相對(duì)穩(wěn)定的夜間進(jìn)行?？紤]到夜間大氣折光對(duì)三角高程測(cè)量精度的影響，需要對(duì)觀(guān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行氣象改正，江面的大氣變化非常復(fù)雜，以往的經(jīng)驗(yàn)值不能使用，我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，計(jì)算夜間各個(gè)時(shí)間段準(zhǔn)確的大氣折光系數(shù)K值，選擇大氣折光系數(shù)最為穩(wěn)定的22：00～5：00時(shí)段進(jìn)行拱肋線(xiàn)形測(cè)量。

使用高精度全站儀測(cè)量對(duì)岸側(cè)控制點(diǎn)高程H，計(jì)算高程差值Δh=H-H0，則ΔK=2RxΔh/，式中R為地球曲率半徑，S為兩點(diǎn)間斜距，ΔK為大氣折光系數(shù)差，計(jì)算ΔK值并在全站儀里進(jìn)行K值修正[2]。由于拱肋安裝時(shí)視線(xiàn)所通過(guò)的大氣環(huán)境與后視大致相同，可以基本消除球氣差對(duì)高程測(cè)量的影響。施工過(guò)程中若遇到天氣條件突然改變，須重新測(cè)定大氣折光系數(shù)，若天氣不利于觀(guān)測(cè)，必須停止施工。

四、控制成果

與傳統(tǒng)的控制手段相比，采用上述的安裝定位方法，有效的保證了鋼箱拱節(jié)段安裝精度，表1為香溪長(zhǎng)江大橋主拱合龍前線(xiàn)形偏差表，主拱線(xiàn)形里程最大偏差為+11mm，拱軸線(xiàn)最大偏差為-8mm，高程最大偏差-12mm，符合《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF801-2004）及設(shè)計(jì)要求。且主拱平順，具有良好的成橋線(xiàn)形狀態(tài)，而且操作更為便捷，提高了施測(cè)效率，大幅度縮短了鋼箱拱吊裝定位施工時(shí)間。

五、結(jié)語(yǔ)

香溪長(zhǎng)江大橋?yàn)槭澜缱畲罂缍蠕撓滂旒芡屏皹?，所處位置地質(zhì)條件復(fù)雜，峽口常年強(qiáng)風(fēng)，施工控制難度大，需要綜合考慮控制點(diǎn)的選用、結(jié)合施工工藝選用合理的測(cè)量方法及控制手段、確保測(cè)量精度的有效控制最終實(shí)現(xiàn)主拱線(xiàn)形的精確控制及精準(zhǔn)合龍。

參考文獻(xiàn)：

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[5]JTG_TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范

[6]吳波，孫石超.豐化江大橋雙肢拱肋安裝精度控制[B] 寧波通途投資開(kāi)發(fā)有限公司 ，寧波