獨(dú)塔雙索面斜拉橋索導(dǎo)管的定位工法應(yīng)用

徐登紅 王雷 賈濤 劉旭

摘 要：結(jié)合六安市前進(jìn)大橋施工測(cè)量工程，對(duì)獨(dú)塔雙索面斜拉橋塔索導(dǎo)管和預(yù)制主梁索導(dǎo)管的定位工法進(jìn)行介紹，該方法有效地保證了定位和放樣精度。

關(guān)鍵詞：斜拉橋;索導(dǎo)管;定位工法

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展，斜拉橋以其良好的結(jié)構(gòu)性能和跨越能力以及優(yōu)美的建筑造型在現(xiàn)代橋梁中占據(jù)著重要地位，而斜拉橋主塔索導(dǎo)管的定位則是其施工過(guò)程中一項(xiàng)精度要求很高、工作難度極大、對(duì)成橋質(zhì)量影響顯著的測(cè)量工作。本工法適用于斜拉橋索導(dǎo)管定位、懸索橋索導(dǎo)管定位以及類(lèi)似索導(dǎo)管之類(lèi)的管道施工定位，能為斜拉橋索導(dǎo)管定位測(cè)量工作帶來(lái)積極的推動(dòng)作用。

1 工程概況

前進(jìn)大橋位于安徽省六安市前進(jìn)路與淠河總干渠的交叉位置，其主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面斜拉橋，橋梁全長(zhǎng)為457.88 m，全寬為35.5 m，主梁全長(zhǎng)約為210 m，跨度布置為90+120 m;

西、東兩側(cè)引橋分別為2×（3×30）m、2×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合小箱梁;其中邊孔長(zhǎng)89.86 m，主孔長(zhǎng)119.86 m，主孔劃分20個(gè)節(jié)段，邊孔劃分11個(gè)節(jié)段。主塔采用“劍梭形”橋塔，由兩道塔柱組成，兩塔柱呈平行布置，橋面以上塔柱高69.8 m，距離橋面約56.3 m處設(shè)置上橫梁。塔柱截面近似橢圓，內(nèi)部為空腔，橫橋向尺寸為3.5 m，按等厚度設(shè)置;順橋向尺寸在一定范圍內(nèi)漸變，于橋面處為6.0 m，漸變段塔中部最大截面對(duì)應(yīng)為8.0 m，塔頂對(duì)應(yīng)為3.0 m，塔柱豎向漸變段對(duì)應(yīng)為圓弧曲線(xiàn)段。本橋單索面布置18對(duì)斜拉索，拉索呈扇形布置，橋梁外觀(guān)如圖1所示。

2 高塔柱索導(dǎo)管的測(cè)量定位

目前，主塔索導(dǎo)管的定位方法較多，主要有間接測(cè)量定位法。斜拉橋隨著跨度的不同，塔柱高度亦不同，索導(dǎo)管的埋設(shè)也不同。為了這些密集而龐大的物件一次性達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的精度要求，保證眾多索導(dǎo)管口的中心位于同一坐標(biāo)平面內(nèi)，確保空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，采用三維空間極坐標(biāo)法;利用斜拉橋施工專(zhuān)用控制網(wǎng)，配以高精度全站儀進(jìn)行空間三維極坐標(biāo)測(cè)量，直接測(cè)定索導(dǎo)管錨墊板中心和塔壁外側(cè)索導(dǎo)管中心，從而進(jìn)行定位調(diào)整。在索導(dǎo)管定位時(shí)，采用可編程計(jì)算器，提前將索導(dǎo)管空間線(xiàn)型模型進(jìn)行編程，測(cè)量時(shí)可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算，它將以高精度、高速度提供放樣點(diǎn)，同時(shí)克服施工干擾給測(cè)量帶來(lái)的困難，提高工作效率。

2.1 高塔柱索導(dǎo)管的布置及定位精度要求

斜拉索是連接主塔和主梁的紐帶，而索導(dǎo)管是將纜索兩端分別錨固在主塔和主梁上的重要構(gòu)件，為了防止纜索與索導(dǎo)管口發(fā)生摩擦而損壞纜索，影響工程質(zhì)量，以及保證對(duì)稱(chēng)主塔兩側(cè)的各斜拉纜索位于同一設(shè)計(jì)平面上，防止錨固點(diǎn)偏心而產(chǎn)生的附加彎矩超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，對(duì)索導(dǎo)管錨墊板中心和塔壁外側(cè)套筒中心的三維空間坐標(biāo)位置提出了很高的精度要求，按大型斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)定，一般要求纜索、錨具軸線(xiàn)偏差小于±5 mm。纜索通常采用扇形布置，主塔上的索導(dǎo)管均勻布置在主塔的上塔柱段，它們分布密集，傾角變化大，在順橋向，岸側(cè)和河側(cè)索導(dǎo)管近似對(duì)稱(chēng)于墩中心線(xiàn)。索導(dǎo)管的長(zhǎng)度和塔柱形狀、施工方法、張拉作業(yè)的空間布置和傾角等因素有關(guān)。前進(jìn)路淠河總干渠橋各布設(shè)18對(duì)索導(dǎo)管，其傾角最大63.422 8°，最小31.198 8°，索導(dǎo)管最長(zhǎng)6.06 m，最短3.8 m，一般情況，索導(dǎo)管越長(zhǎng)，體積越大，重量越重，則相應(yīng)的定位難度越大。結(jié)合大型斜拉橋設(shè)計(jì)要求和施工工藝。在靜態(tài)狀態(tài)下，由于纜索拉力的作用點(diǎn)位置偏差而產(chǎn)生的附加彎矩不得超過(guò)某一設(shè)計(jì)值;而施工中纜索中心和索導(dǎo)管中心不同心的最不利影響也不得因管口中心偏差而與纜索發(fā)生摩擦，以至于影響纜索的使用壽命。綜合以上因素，目前較多采用索導(dǎo)管口中心三維坐標(biāo)偏差小于±5 mm的精度要求。

2.2 工法原理及三維坐標(biāo)系的建立

索導(dǎo)管的定位精度包括兩個(gè)方面：一是錨固點(diǎn)空間位置的三維允許偏差±5 mm;二是索導(dǎo)管軸線(xiàn)與斜拉索軸線(xiàn)的允許角度偏差﹤5’。根據(jù)兩方面的要求和斜拉索的結(jié)構(gòu)受力特性，索導(dǎo)管的定位應(yīng)優(yōu)先保證其軸線(xiàn)精度，其次才是錨固點(diǎn)位置的三維精度。索導(dǎo)管軸線(xiàn)與斜拉索軸線(xiàn)的相對(duì)偏差主要由索導(dǎo)管兩端口中心的相對(duì)定位精度決定。

橋梁建設(shè)通常建立以橋軸線(xiàn)方向?yàn)閄軸的平面橋梁獨(dú)立坐標(biāo)系和以某高程系為基準(zhǔn)的高程值來(lái)表達(dá)工程結(jié)構(gòu)物的位置。為了溝通索導(dǎo)管空間圖形與數(shù)組之間有序的聯(lián)系，以達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算和方便實(shí)際操作的目的，需要建立索導(dǎo)管空間圖形的數(shù)學(xué)模型，使空間圖形與數(shù)組對(duì)應(yīng)起來(lái)。而建立這個(gè)數(shù)學(xué)模型前要先建立空間直角坐標(biāo)系，通常以主橋直線(xiàn)段橋軸線(xiàn)為X軸（縱軸）、在水平面內(nèi)與X軸垂直的軸為Y軸（橫軸）、而通過(guò)平面坐標(biāo)系原點(diǎn)的鉛垂線(xiàn)則是Z軸。索導(dǎo)管特征點(diǎn)與特征軸線(xiàn)的尋找：

（1）首先放樣錨固鋼套管的粗略位置于勁性骨架上，使之基本就位。

（2）索導(dǎo)管常規(guī)定位采用索導(dǎo)管的頂面線(xiàn)或底面線(xiàn)進(jìn)行定位，但是受索導(dǎo)管上附著物影響，上下特征線(xiàn)將不方便或不能夠準(zhǔn)確尋找。為了解決索導(dǎo)管的定位問(wèn)題，根據(jù)索導(dǎo)管的尺寸以及外形特征對(duì)索導(dǎo)管的錨固處以及出塔處設(shè)計(jì)加工了專(zhuān)門(mén)的定位板，如圖2所示。使用時(shí)，錨固處定位板直接放置在錨墊板上，直接觀(guān)測(cè)定位板中心即錨固點(diǎn)中心坐標(biāo)，進(jìn)行錨墊板位置的調(diào)整定位;將出塔處定位板放置于索導(dǎo)管開(kāi)口處，注意使定位板的半圓弧與圓桿下側(cè)同索導(dǎo)管的內(nèi)壁同時(shí)緊貼后，觀(guān)測(cè)定位板中心即索導(dǎo)管出口處中心坐標(biāo)，對(duì)索導(dǎo)管出口位置進(jìn)行調(diào)整定位。

（3）由控制點(diǎn)上的全站儀直接測(cè)量錨固鋼套管的錨墊板中心，并將錨墊板中心調(diào)整到設(shè)計(jì)位并檢測(cè)。

（4）直接測(cè)量管口中心，并將管口中心調(diào)整到設(shè)計(jì)位并檢測(cè)，然后計(jì)算實(shí)測(cè)點(diǎn)位至斜拉索軸線(xiàn)的垂距（偏差值）。

（5）由于調(diào)校管口時(shí)可能引起錨墊板移動(dòng)，故應(yīng)復(fù)測(cè)錨墊板中心并再次調(diào)校。

（6）重復(fù)（3）～（5），直至滿(mǎn)足定位精度要求。

2.3 定位過(guò)程中要解決的問(wèn)題

（1）在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)由于索塔砼受到日照、索塔砼內(nèi)部溫度不均、風(fēng)力等因素影響，上塔柱位置發(fā)生隨機(jī)的變化。在進(jìn)行索導(dǎo)管高精度定位時(shí)，要選擇合適的測(cè)量時(shí)間，在沒(méi)有日照、沒(méi)有3級(jí)以上大風(fēng)、并且空氣溫度及索塔溫度變化不大的時(shí)段里進(jìn)行索導(dǎo)管高精度定位。因此一般情況下宜選擇在夜里10點(diǎn)到第二天早上5點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位作業(yè)，以減弱索塔變形對(duì)索導(dǎo)管定位精度的影響。

（2）由于在定位測(cè)量時(shí)很難做到對(duì)向觀(guān)測(cè)，用三角高程內(nèi)差法測(cè)量傳遞高程時(shí)要盡量消除球氣差對(duì)高程的影響。

（3）平面控制點(diǎn)在平差時(shí)已經(jīng)投影到某高程了，塔柱測(cè)量時(shí)也應(yīng)該消除投影對(duì)距離的影響，因此在上塔柱施工高程到一定時(shí)，還要進(jìn)行將距離歸算到高程投影面的投影改正，提高塔柱的位置和索導(dǎo)管的定位精度。

投影改正值為：，在全站儀里采用對(duì)棱鏡常數(shù)進(jìn)行修正的辦法修正測(cè)量距離。

（4）儀器具有的一些機(jī)械誤差可能會(huì)由于時(shí)間和溫度的變化而變化，因此在進(jìn)行上塔柱和索導(dǎo)管的定位前要自己調(diào)校儀器的雙軸補(bǔ)償縱橫向指標(biāo)差、垂直編碼度盤(pán)指標(biāo)差、水平視準(zhǔn)差、水平軸傾斜誤差等項(xiàng)目。

（5）三維測(cè)量的高精度要求棱鏡必須正對(duì)儀器，在對(duì)上塔柱和索導(dǎo)管定位時(shí)，傾角較大，如果無(wú)法準(zhǔn)確找準(zhǔn)棱鏡中心就會(huì)嚴(yán)重影響豎直角的觀(guān)測(cè)精度，同時(shí)由于儀器測(cè)距發(fā)射管的相位不均勻性以及飛旋標(biāo)效應(yīng)而影響測(cè)量精度。

3 梁體施工及索導(dǎo)管定位測(cè)量

在斜拉橋主梁的實(shí)際施工過(guò)程中，由于各種結(jié)構(gòu)參數(shù)不可避免與設(shè)計(jì)值存在差異，導(dǎo)致施工產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變位結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期值存在偏差，這類(lèi)偏差如不進(jìn)行控制和調(diào)整，則不僅影響到成橋后橋梁運(yùn)營(yíng)的效果，并且危及到施工中的結(jié)構(gòu)安全。

3.1 梁體施工主要控制

主梁施工線(xiàn)形測(cè)量控制的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)主梁梁段施工周期內(nèi)，測(cè)量部門(mén)獲取準(zhǔn)確的主梁架設(shè)過(guò)程中的各工況的線(xiàn)形數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)控部門(mén)，由監(jiān)控部門(mén)對(duì)測(cè)量的線(xiàn)形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，并對(duì)偏差提出控制方法，對(duì)施工的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整，達(dá)到對(duì)施工誤差進(jìn)行控制的目的。主梁標(biāo)高及軸線(xiàn)對(duì)溫度變化非常敏感，為了消除日照溫差的影響，關(guān)鍵控制施工工序只能在夜晚進(jìn)行，尤其是線(xiàn)形測(cè)量工作選擇在溫度相對(duì)恒定的凌晨（0：00-5：30）進(jìn)行，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)梁體相對(duì)較穩(wěn)定，觀(guān)測(cè)前消除影響主梁線(xiàn)型的多余荷載，主梁的標(biāo)高線(xiàn)形測(cè)量通常按幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法。

主塔偏位測(cè)量，初始值的觀(guān)測(cè)應(yīng)在掛索前，選擇一天溫度變化較大的條件下進(jìn)行連續(xù)36小時(shí)以上的位移觀(guān)測(cè)，編制塔柱的位移變化圖，初始值取變化最小的一段時(shí)間的平均值。同時(shí)可以確定塔柱“零”狀態(tài)的時(shí)間段。

在觀(guān)測(cè)主梁線(xiàn)型的同時(shí)，同步進(jìn)行塔頂位移觀(guān)測(cè)，用固定在塔頂橫橋向兩側(cè)的棱鏡作為塔頂位移觀(guān)測(cè)點(diǎn)，用全站儀直接觀(guān)測(cè)三維坐標(biāo)。

3.2 主梁索導(dǎo)管定位測(cè)量

斜拉橋索導(dǎo)管的定位質(zhì)量決定了斜拉索的空間位置，也直接影響著主梁的線(xiàn)型。為了保證主梁索導(dǎo)管與主塔索導(dǎo)管的相對(duì)位置關(guān)系，要求主梁與主塔索導(dǎo)管的定位必須以同一基準(zhǔn)為依據(jù)。

由于主梁施工時(shí)的施工線(xiàn)形與設(shè)計(jì)成橋線(xiàn)形有一定的預(yù)抬量，對(duì)主梁的索導(dǎo)管測(cè)量定位時(shí)必須考慮預(yù)抬量，使得成橋后索導(dǎo)管位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。主梁索導(dǎo)管定位時(shí)，先根據(jù)設(shè)計(jì)部門(mén)計(jì)算的預(yù)抬量ΔZ，在平面位置保持原設(shè)計(jì)值不變的前提下，只是將主梁索導(dǎo)管在豎向整體抬高ΔZ，即可以解決預(yù)抬量對(duì)索導(dǎo)管定位的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

六安市前進(jìn)大橋索導(dǎo)管采用本工法進(jìn)行測(cè)量，有效保證了斜拉橋索導(dǎo)管位置的準(zhǔn)確性，確保了斜拉索的安裝和施工質(zhì)量，是一種實(shí)用的測(cè)量控制技術(shù)，在其它類(lèi)似的斜拉橋工程施工中具有廣闊的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹明明，唐清寬，韓洋洋.采用鋼內(nèi)導(dǎo)管的斜拉橋索導(dǎo)管精確定位技術(shù)研究[J].世界橋梁，2015（5）：36-39.

[2]董功海.獨(dú)塔單索面混凝土梁斜拉橋索導(dǎo)管定位方法[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2013（5）：30-32.

[3]劉長(zhǎng)卿.斜拉橋主塔索導(dǎo)管安裝測(cè)量高精度定位研究[J].公路，2015（8）：75-78.

[4]廖輝軍，田克明.高塔柱斜拉橋索導(dǎo)管高精度定位方法研究[J].湖南交通科技，2012（2）：94-95.

[5]戴小松，周建鵬，郭位.斜拉橋高塔柱索導(dǎo)管精密定位測(cè)量方法研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2013

（10）：56-59.

[6]賈海軍.斜拉橋主塔索導(dǎo)管精密定位[J].北京測(cè)繪，

2016（3）：46-49.