摘要：大跨度剛桁拱橋、斜拉橋施工過程復(fù)雜、控制要求嚴格，施工期常用纜索吊車對其進行拼裝，纜索吊車的安全及穩(wěn)定性直接影響剛桁拱的拼裝質(zhì)量及進度。因此，安裝過程中必須確保纜索吊車的纜索高程精度，并分析纜索吊車施工過程中測量數(shù)據(jù)的影響因素及誤差來源。

關(guān)鍵詞：纜索吊車；施工控制；精度控制；風(fēng)纜；懸索橋 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）06-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.031

1 概述

新建鐵路成都至貴陽線樂山至貴陽段貴州鴨池河特大橋，設(shè)計起訖點里程為：DK472+050.600～DK473+021.600。大橋全長971m，為客運專線，雙線，設(shè)計時速250km/h。主跨為436m鋼-混結(jié)合中承式系桿拱橋，主橋拱肋采用400t、跨度460m纜索吊機懸臂扣掛法施工。纜索系統(tǒng)主要由扣塔、纜塔、風(fēng)纜及天車組成，風(fēng)纜包括后風(fēng)纜、通風(fēng)纜與主纜。通風(fēng)纜、主纜與兩岸纜塔相連，后風(fēng)纜在纜塔陸地方向?qū)|塔起牽制作用，各風(fēng)纜之間相對獨立，互相干擾較小，主纜對天車起承重作用，因此對相互間的高差要求較高。

2 復(fù)測施工控制網(wǎng)及塔柱偏移量檢查

在之前的施工過程中本項目的施工控制網(wǎng)已經(jīng)得到了很好的檢驗，完全滿足施工要求。但纜索作為施工保障以及安全保障中最重要的一環(huán)，在正式施工之前必須全面復(fù)測控制網(wǎng)。本項目用的是2臺精度為±5"的TS30自動全站儀，其測距精度為（1±d）mm，具有自動球氣差改正、自動照準、自動觀測及自動儲存?zhèn)鬏敽吞幚頂?shù)據(jù)等多種功能。

圖1 控制網(wǎng)示意圖 圖2 風(fēng)纜架設(shè)示意圖

2.1 三角高程跨河控制

懸索橋一般處于兩岸之間，地理位置特殊。纜索吊車更是位于纜塔的頂端，高空的環(huán)境是纜索的線形測量只能用單向EDM三角高程法工作，在三角高程法中大氣的垂直折光是誤差的主要來源。溫度、氣候、區(qū)域以及視線所穿過的地形、地貌等大量的復(fù)雜因素都對大氣垂直折光有影響，即使是同一條測線在相鄰的兩次測量中也不盡相同。雖然在大氣環(huán)境基本相同的情況下，單向三角高程的大氣折光誤差被大大削弱，但是實時確定大氣折光系數(shù)K值仍然是保證三角高程精度的重要因素。

具體做法為在沿河兩岸布設(shè)相同數(shù)量、相同距離的兩排點，形成一個或多個并排的跨河四邊形。位置的選擇的條件主要是考慮減弱大氣折光的影響，確保視線所通過的地形、地貌、氣象等條件盡可能一樣，兩岸地形的高差、環(huán)境盡可能相似并且與周圍地形相比具有一定的高度。如圖1在G1、G2、G3、G4各個強制對中點之間進行同步對向測量，因為該四個點高度相近、距離相似且沿河岸對稱，所以其球氣差也基本相似，選擇在氣溫穩(wěn)定的情況下作業(yè)，即可計算三角高程的各個參數(shù)。

單向EDM三角高程的計算式：

H=H0+Dsinα+i-v+D2 （1）

式中：R為地球半徑；k為大氣折光系數(shù)；v為棱鏡高；i為儀器高；D為斜距；H和H0為目標點高程和觀測點高程。

三角高程復(fù)測采用兩臺TS30全站儀同時進行，測得三角高程的閉合差為+1.37mm。

2.2 平面控制網(wǎng)復(fù)測

平面控制點復(fù)測是以DQ3為基準，對強制對中點G1、G2、G3、G4以及其他各點的復(fù)測。再次對控制網(wǎng)進行復(fù)測時，精度指標與前期觀測是一致的：點位中誤差MX<±3mm，MY<±3mm。

2.3 塔柱偏移量檢查

完成對施工控制網(wǎng)的復(fù)測后，對塔柱傾斜量的檢查，結(jié)果如表1和表2所示：

表1 北塔塔柱測量的偏移量

點位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 傾斜變形度

塔頂 418.5221 23.6262 1131.5

0.020 0.023 72.5 0.031 1/4661

塔中 418.5426 23.6496 1059

0.019 0.014 72.5 0.024 1/3072

塔底 418.5616 23.6636 986.5

表2 南塔塔柱測量的偏移量

點位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 傾斜變形度

塔頂 878.5532 23.6365 1131.5

-0.016 0.017 72.5 0.023 1/3122

塔中 878.5376 23.6537 1059

-0.015 0.007 72.5 0.016 1/4453

塔底 878.5229 23.6607 986.5

3 風(fēng)纜拉通定位控制

3.1 風(fēng)纜的拉通控制

風(fēng)纜的拉通工作主要是在白天完成，在風(fēng)纜拉通線性形成以后，不論是中間通風(fēng)纜還是兩邊的后風(fēng)纜在塔頂交點位置形成的水平方向的作用力都不允許相差太大，如果相差太大，就容易使塔處于受力不均衡狀態(tài)。在風(fēng)纜施工之前，纜塔的受力是最小的，并且承受的垂直壓力也是最小的，因而此時纜塔的位移最小。為保證塔中不出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，即N/A-Fl/W=0（N為豎向壓力，A為計算截面處索塔截面積，F(xiàn)為不平衡水平力，l為不平穩(wěn)力至計算截面的高度），需要計算出允許的最大不平衡水平力乘以塔柔度系數(shù)，得到最大允許偏位。得出該大橋北塔裸塔狀態(tài)最大允許偏位5cm（取1.25的安全系數(shù)）。風(fēng)纜架設(shè)順序是從北岸開始，按先單數(shù)索后雙數(shù)索從兩邊往中間的順序同時從北岸、北邊跨到中跨到南邊跨再到南岸，如圖2所示。

3.2 纜索的高度定位調(diào)整

由于外界的溫度對纜索的定位影響較大，所以纜索定位工作一般選擇在夜間進行并且要求風(fēng)力不大、相對穩(wěn)定的，纜索溫度和外界氣溫要在調(diào)整前進行精心試測。大氣折光系數(shù)的變化與外界氣象元素的變化息息相關(guān)，外界氣象元素穩(wěn)定時，大氣折光系數(shù)也叫穩(wěn)定；反之，外界氣象元素突變時，大氣折光系數(shù)也變化較大。江邊的溫度從晚上22∶00到次日凌晨5∶00處于平緩降低的趨勢，沒有明顯的跳躍。因此纜索的調(diào)整時間選擇從晚上24∶00到次日凌晨6∶00，實際作業(yè)時間為1∶00～5∶00，這段時間溫度較為穩(wěn)定，對纜索的線形也影響很小。為實時監(jiān)控纜索的溫度，纜索的溫度測量采用接觸式熱敏電阻，在邊跨1/2處、中跨1/4處和1/2處，沿截面方向按順序布置到纜索上、下及兩測。在施工作業(yè)前后各讀一次溫度，防止現(xiàn)場燈光對纜索形成直接溫度影響，確保纜索的溫度穩(wěn)定且長度方向的溫差不超過1℃。在霧太濃、風(fēng)力超過12m·s-1、溫度穩(wěn)定的條件不達標、纜索擺動太大等不穩(wěn)定因素存在的情況下不能進行調(diào)整。纜索的測量工作采用同步觀測方法，施工作業(yè)前要注意重新確定球氣差改正。首先需要對各索間的相對垂度以及絕對垂度進行調(diào)整。相對垂度直接影響塔的受力均衡，若使單根索受力太大，不僅使索容易發(fā)生斷裂，還讓索塔存在重大安全隱患。纜索絕對標高的調(diào)整是為了減少將來精確定位的工作量。該大橋規(guī)定纜索絕對垂度精度中跨為-10～20mm，邊跨為±20mm。上下游主纜索控制在±10mm誤差范圍內(nèi)。

4 纜索的測量方法

纜索的線形形成后，由于位置高度的原因根本無法采用幾何水準方法作業(yè)，只能采用單向EDM三角高程測量方法作業(yè)。如果只用一臺全站儀器進行作業(yè)，則無法進行檢核，故選擇兩臺自動跟蹤全站儀在穩(wěn)定的夜間進行單向三角測量并同步進行溫度測量，使測量點位能在短時間完成，并滿足設(shè)計要求的測量精度。主纜架設(shè)施工控制中的測量方法是：（1）在兩岸分別設(shè)站，架設(shè)2臺全站儀，并對儀器的系統(tǒng)誤差進行校正，主要有2cm誤差等校正、指標差、儀器傾斜補償；（2）計算大氣折光系數(shù)。分別觀測對岸高程控制點，求出觀測值與理論值（或稱其真實值）之差，由三角高程公式（1），解算得到k值；（3）采用單向三角高程方法，按事先確定的方案：由南北兩岸同時觀測兩岸后風(fēng)纜及中跨通風(fēng)纜絕對高度；（4）在觀測時，同時實時監(jiān)測纜索的溫度，根據(jù)纜索的溫度、南北塔位的偏移量，并對觀測值和理論值進行檢查計算，確定是否調(diào)整及調(diào)整量的大小；（5）如果不符合限差，應(yīng)進行纜索高度的調(diào)整；（6）纜索調(diào)整完成后，重新對索股進行測量，重復(fù)（2）～（4）步驟，如果符合限差要求，調(diào)整完成。

5 結(jié)語

單向EDM三角高程測量及兩岸的雙觀測方法使纜索調(diào)整得以在短時間內(nèi)完成，并且保證施工精度，施工過程中采取先進的高精度測量儀器（2臺TS30全站儀），其自動觀測功能使工作可以在夜間進行。結(jié)合全站儀的觀測規(guī)程使懸索橋纜索調(diào)整得以順利進行，同時滿足施工精度要求。通過對鴨池河懸索橋纜索施工進行控制，使得纜索系統(tǒng)形成后索塔偏位及承重繩受力情況良好，纜索線形能夠滿足下一階段施工的需要。

參考文獻

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作者簡介：劉鋒（1983-），男，江西興國人，中鐵大橋局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：道路橋梁工程

測量。

（責(zé)任編輯：陳 潔）