胡 鋒詹志文肖遠(yuǎn)濤

（1.江西省基礎(chǔ)測(cè)繪院 江西南昌 330209；2.中鐵大橋局第五工程有限公司測(cè)量公司 江西九江 332001）

贛州市章江大橋鋼管拱定位技術(shù)

胡 鋒1詹志文1肖遠(yuǎn)濤2

（1.江西省基礎(chǔ)測(cè)繪院 江西南昌 330209；2.中鐵大橋局第五工程有限公司測(cè)量公司 江西九江 332001）

鋼管拱肋節(jié)段吊裝定位是鋼管混凝土拱橋線形控制的重要一環(huán)，其定位技術(shù)的高低關(guān)系到成橋線形乃至結(jié)構(gòu)受力。結(jié)合贛州市章江大橋鋼管拱節(jié)段吊裝的工程實(shí)際，簡(jiǎn)述從工廠制作到現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段安裝的線形控制和精確定位方法，同時(shí)深入分析控制網(wǎng)的精度以及放樣施測(cè)的誤差精度。

鋼管混凝土拱橋；測(cè)量；定位；精度分析

1 引言

橋梁施工幾何控制的總目標(biāo)是達(dá)到設(shè)計(jì)的幾何狀態(tài)要求，最終結(jié)果誤差容許值與橋梁的規(guī)模、跨徑大小、技術(shù)難度等都有關(guān)系。施工技術(shù)與監(jiān)測(cè)手段的高低是幾何控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的決定性因素。對(duì)鋼管混凝土拱橋而言，拱肋節(jié)段的吊裝定位是成橋幾何線形的重要步驟，保證測(cè)量的可靠性與精確性對(duì)施工控制極為重要。

2 工程概況

章江大橋主橋?yàn)槿顼w燕式異型鋼管混凝土拱橋，分成鋼管拱和鋼箱梁，之間采用吊桿連接。全橋長(zhǎng)254m，主跨158m，采用對(duì)稱布置，中跨為鋼箱梁。 主橋拱肋由通過(guò)端錨板相互連接的三根鋼管組成。三根鋼管線型均為二次拋物線，一根外徑

1.8 m的主拱位于豎直平面內(nèi)，計(jì)算跨徑 158m，矢跨比為 1/4.75；兩根外徑 1.2m的穩(wěn)定拱由豎直平面向兩側(cè)旋轉(zhuǎn)21.8°而成，計(jì)算跨徑120m，拱肋平面內(nèi)的矢高為28m。主橋鋼管拱分主拱及穩(wěn)定拱，各分成7個(gè)節(jié)段，水平投影2.48～22.5m，鋼管拱節(jié)段最大重量30t，最大長(zhǎng)度27.2m。主拱鋼管拱規(guī)格為φ1800mm× 26mm，穩(wěn)定拱為φ1200mm×22mm。主拱與穩(wěn)定拱之間采用箱型斜腹桿連接，穩(wěn)定拱之間采用鋼管連接。主拱內(nèi)灌注自密實(shí)微膨脹50 C混凝土，穩(wěn)定拱僅在拱腳部分灌注混凝土。鋼管拱材料為 Q345D，外表面除銹等級(jí)為Sa3.0，內(nèi)表面為Sa2.5。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼管拱合攏精度應(yīng)該滿足以下條件：

1）兩岸對(duì)稱點(diǎn)高程差偏差≤5mm；

2）拱肋扭轉(zhuǎn)，拱肋內(nèi)外側(cè)面鋼管拱頂面高差差△≤2mm；

3）拱軸線長(zhǎng)度誤差≤10mm；

4）吊裝合龍后橫向，豎向偏位≤±5mm。

3 測(cè)量定位技術(shù)

鋼管拱混凝土橋施工階段多，工況復(fù)雜。同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)恒載、二期恒載以及不可忽略的大臨設(shè)施荷載的作用對(duì)橋面以及鋼管拱產(chǎn)生豎向撓度的影響，計(jì)算以及確定在各施工階段下的鋼管拱控制點(diǎn)坐標(biāo)十分復(fù)雜。同時(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)施工環(huán)境溫度變化比較敏感，每天不同時(shí)段整體線形呈現(xiàn)變化趨勢(shì)，因此鋼管拱的施工測(cè)量的精度和定位技術(shù)決定合龍精度以及成橋線形。

為達(dá)到設(shè)計(jì)合龍精度，本工程選用一臺(tái)蘇光DSZ3水準(zhǔn)儀和拓普康GTS-311全站儀 （2”，2mm± 2ppm）進(jìn)行測(cè)量控制和放樣。

（鋼管拱精確定位）

3.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

以贛州市市政勘測(cè)設(shè)計(jì)院定測(cè)的控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，平面坐標(biāo)為北京坐標(biāo)系統(tǒng)，高程為85國(guó)家高程系統(tǒng)。GPS控制點(diǎn)6個(gè)，水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)。為便于施工放樣，又增加平面控制點(diǎn)2個(gè)，平面網(wǎng)控制點(diǎn)總數(shù)為8個(gè)?？刂凭W(wǎng)平面布置圖及平面坐標(biāo)分別見(jiàn)圖1與表1。

圖1 控制網(wǎng)平面布置圖

表1 控制網(wǎng)平面坐標(biāo)表

在對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)時(shí)，利用其中兩個(gè)控制點(diǎn)D066（x=2858429.248，y=519348.986）和D068（x= 2858625.674，y=519714.277）作為已知點(diǎn)，以保證二維約束平差時(shí)和定測(cè)時(shí)的一致性。平差成果中，二維平差基線向量改正數(shù)分布合理，服從正態(tài)分布，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±13mm （DQ03-D068，邊長(zhǎng)為160.291m），因邊長(zhǎng)較短，可不用邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差衡量外，邊中最弱邊相對(duì)中誤差為1/57351，完全滿足精度要求。在以控制網(wǎng)為基礎(chǔ)上，按施工需求在主橋南北岸分別建立一定數(shù)量的施工臨時(shí)控制點(diǎn)。平面控制點(diǎn)以全站儀相對(duì)定位施測(cè)，高程控制點(diǎn)采用水準(zhǔn)儀施測(cè)或者全站儀進(jìn)行高程測(cè)量，按四等控制網(wǎng)的精度要求進(jìn)行測(cè)量。

3.2 架設(shè)定位控制

3.2.1 精度控制

由于鋼管拱在溫度變化下會(huì)發(fā)生隨即變形，因此在定位測(cè)量時(shí)選擇沒(méi)有日照、沒(méi)有3級(jí)以上大風(fēng)、并且空氣溫度以及鋼管拱溫度變化不大的時(shí)段進(jìn)行鋼管拱高精度定位。一般選擇在夜里8點(diǎn)到早上5點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位工作，以減弱溫度對(duì)鋼管拱架設(shè)精度的影響。 由于鋼管拱架設(shè)做不到水準(zhǔn)觀測(cè)，只能采用三角高程測(cè)量各控制點(diǎn)三維坐標(biāo)中的高程。在進(jìn)行鋼管拱三維測(cè)量時(shí)，首先測(cè)量主跨墩混凝土箱梁上高精度高程控制點(diǎn)高程H0，計(jì)算△h=H-H0，再利用式△k=2R×△h/S2計(jì)算△k值，在全站儀里在 K值進(jìn)行修正。由于鋼管拱架設(shè)時(shí)視線所通過(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。

3.2.2 吊裝測(cè)量控制

首先是在鋼箱梁上放樣出鋼管拱托架的具體位置，按照設(shè)計(jì)里程、設(shè)計(jì)偏距、設(shè)計(jì)標(biāo)高一一調(diào)整托架的位置，可以先精確定位鋼管拱在托架上的平面位置，在通過(guò)鋼楔來(lái)微調(diào)鋼管拱的高程。 托架由四根φ600×6mm的鋼管組成，鋼管之間每隔5m高度焊接橫梁保證剛度。待鋼管頂面高程達(dá)到設(shè)計(jì)高程以及平面位置固定后，在鋼管頂架設(shè)H500型鋼和固定拱肋的馬鞍。在托架頂部分別用四根纜風(fēng)索與主跨兩側(cè)混凝土橋面聯(lián)結(jié)，以固定托架頂面。托架布設(shè)如圖2所示。

圖2 鋼管拱托架布設(shè)圖

（鋼管拱托架）

4 測(cè)量精度分析

大橋在平面控制測(cè)量中采用全站儀測(cè)量各控制點(diǎn)平面位置，引橋部分等高差不大的測(cè)點(diǎn)之間采用水準(zhǔn)測(cè)量高程。而對(duì)于主橋鋼管拱，主拱最高點(diǎn)距離橋面達(dá) 18.342m，穩(wěn)定拱最高點(diǎn)距離橋面達(dá)25.886m，要對(duì)鋼管拱實(shí)施定位測(cè)量，只能采用全站儀在橋面實(shí)施三角高程測(cè)量。全站儀平面坐標(biāo)法已廣泛用于控制工程平面位置，其測(cè)定精度顯然可以滿足質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求；而對(duì)于高程測(cè)量，采用本橋所選全站儀施測(cè)，其技術(shù)關(guān)鍵是儀器測(cè)量精度能否達(dá)到本工程質(zhì)量精度的要求。

4.1 三角高程測(cè)量精度估計(jì)

由于視距差對(duì)全站儀三角高程中間觀測(cè)法高差中誤差的影響很小，本工程可以忽略不計(jì)。而豎直角和測(cè)線平距則對(duì)其有很大的影響，本橋最大豎直角α=arctan(25.886×2/158)=18.1°，測(cè)線平距 d= 148.25m。

對(duì)于測(cè)角中誤差 ma=±2”，測(cè)距中誤差 md=± (2”，2mm±2ppm)的全站儀，在固定測(cè)距d1=48m，d2max=136.25m的條件下，取儀器高和棱鏡高量測(cè)中誤差 mi=mv=±1.0mm，大氣折光系數(shù) k1=0.17，k2= 0.11，大氣折光系數(shù)中誤差 mk=0.04，則其中間三角高程中間觀測(cè)法高差極限誤差為1.591mm。若取二倍中誤差作為三角高程中間觀測(cè)法高差極限誤差，在本橋測(cè)量定位任務(wù)下，其三角高程精度可以滿足設(shè)計(jì)要求以及滿足相應(yīng)質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.3 鋼管架設(shè)誤差

表2～表4為鋼管拱各節(jié)段吊裝架設(shè)完成后測(cè)量的主要控制點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及與設(shè)計(jì)坐標(biāo)的偏差。

表2 主拱架設(shè)觀測(cè)記錄

表3 上游穩(wěn)定拱架設(shè)觀測(cè)記錄

表4 下游穩(wěn)定拱架設(shè)觀測(cè)記錄

由表2～表4鋼管拱各節(jié)段架設(shè)觀測(cè)記錄可知，平面位置最大偏差為0.004m，縱向高程最大偏差為0.002m，均滿足合龍精度要求。

5 結(jié)論

鋼管拱的精確定位是保證大橋質(zhì)量的關(guān)鍵，任何環(huán)節(jié)的精度都是需要嚴(yán)格控制的。工廠鋼管拱節(jié)段精度直接影響現(xiàn)場(chǎng)吊裝定位精度。 用全站儀進(jìn)行平面位置控制和三角高程測(cè)量不僅精度滿足要求，操作更為便捷，提高施測(cè)效率，及時(shí)反饋數(shù)據(jù)迅速調(diào)整，在保證定位精度的同時(shí)，鋼管拱吊裝定位施工時(shí)間大幅度縮短。鋼管拱施工受環(huán)境影響甚大，不僅結(jié)構(gòu)在溫變時(shí)發(fā)生變形而影響測(cè)量，同時(shí)測(cè)量也受其環(huán)境影響，如空氣溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等。因此在施測(cè)時(shí)，要選擇最為合適的施工環(huán)境進(jìn)行。

［1］《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.TB，10203-2002 J162-2002.

［2］《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18134－2009)北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版.

［3］羊遠(yuǎn)新、戴中東.數(shù)據(jù)處理軟件中自定義天線的設(shè)置［M］北京:北京測(cè)繪出版社，1007－3000(201)04－6.