馬 宏 杰

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

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高速鐵路下承式系桿拱橋拱肋安裝線形控制研究

馬 宏 杰

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

結(jié)合濟青高鐵144 m系桿拱工程實踐，介紹了下承式系桿拱橋拱肋的安裝方法，并從工程測量方面入手，對拱肋軸線的空間坐標計算方法進行了研究，解決了拱肋線形控制的難題，有效地提高了拱肋拼裝精度。

高速鐵路，系桿拱橋，拱肋拼裝，坐標轉(zhuǎn)換

1 工程概況

新建濟南至青島高速鐵路鄒淄特大橋，在367號墩～368號墩通過144 m下承式無砟雙線系桿拱橋跨越青銀高速，為全線跨度最大的特殊孔跨，上部結(jié)構(gòu)采用梁拱組合體系，系梁全長148 m，計算跨度144 m,拱肋矢跨比為f/L=1∶5，拱肋軸線立面投影矢高28.52 m，拱肋采用二次拋物線,在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式,采用尼爾森吊桿體系。拱肋截面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面，截面高度h=4 m，鋼管外徑為1.3 m，由20 mm鋼板卷制而成，拱肋內(nèi)灌注C55自密實混凝土。拱肋間設(shè)置6道K撐和1道一字撐，一字撐采用1.5 m的圓形鋼管組成，斜撐采用 0.9 m的鋼管組成，鋼管內(nèi)不填充混凝土。

該橋設(shè)計時速350 km/h，線路曲線半徑8 000 m，軌道采用CRTSⅢ型板式無砟軌道，線間距5 m，橋面縱坡坡度0.15%，該結(jié)構(gòu)物正常維護條件下設(shè)計年限為100年。采用先梁后拱、曲梁直做工藝，梁的平面位置以梁體中心線按平分中矢布置，梁體向左偏移f=17 cm，如圖1所示。

2 安裝方法

144 m下承式鋼管混凝土拱橋拱肋采用臨時支架法進行安裝，將每側(cè)拱肋分成14個節(jié)段在鋼結(jié)構(gòu)加工廠進行制造、預拼裝，運至現(xiàn)場安裝。拼裝前首先在張拉完成的系梁梁面上方對應拱肋支點位置下方安裝支架，每側(cè)設(shè)置7榀臨時支架，前后對稱布置，支架頂部設(shè)有支撐梁和定位工裝，通過測量放樣。然后利用吊至橋面的2臺25 t汽車吊對稱拼裝拱肋構(gòu)件、6道K撐及1道一字撐。拱肋構(gòu)件出廠前，在拱肋上管和下管將控制拱肋線形的測點做好標記，便于現(xiàn)場控制,如圖2所示。

3 拱肋坐標計算

設(shè)計圖紙給出的坐標無法利用全站儀直接測量放樣，為方便施工測量，拱肋安裝坐標計算時需要在多個坐標系統(tǒng)中進行轉(zhuǎn)換，計算過程需考慮線路縱坡，預拱度，梁體平分中矢等影響因素。

3.1 拱肋坐標系統(tǒng)定義

拱肋軸面獨立坐標系統(tǒng)(x0，y0，z0):原點為拱肋中心線與支座中心線交點，即x0軸——順橋向(大里程為正)，y0軸——豎向(沿拱肋中心面，向上為正，內(nèi)傾8°)，z0軸——面向大里程右手側(cè)(垂直于x0y0平面)。

拱肋獨立坐標系統(tǒng)(x，y，z):x軸同x0軸，y軸——豎向(垂直梁面，向上為正)，z軸——面向大里程右側(cè)(垂直于xy平面)。

拱肋平面坐標系統(tǒng)(X,Y,Z)：同設(shè)計單位提供的測量坐標系統(tǒng)相同。

拱肋坐標系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

3.2 拱肋坐標計算

a=arctan(y′+i)=arctan(0.8-0.011x0+0.001 5)

(1)

取拱肋軸線任意一點m作為研究對象，m點坐標(xm,ym,zm)，則拱管上下緣m1,m2在拱軸平面的坐標(x0m,y0m,z0m)為：

(2)

將拱肋軸線坐標軸繞x軸旋轉(zhuǎn)8°，則拱管上下緣m1，m2的拱肋獨立坐標(x,y,z)為：

(3)

3.3 梁體中線坐標計算

鄒淄特大橋144 m簡支拱系梁采用曲梁直做工藝，梁體和拱肋軸線均按直線段坐標處理，取線路中線與梁端線左移17 cm后交梁端于a,b兩點為平分中矢后的梁體新軸線，αab為梁體中心線起點坐標方位角，該角度值可通過圖形法或梁體中軸線起終點坐標差反算求出。Xa,Ya為梁體中線與梁端交點a處的平面坐標，此坐標系統(tǒng)與設(shè)計給出的系統(tǒng)相同，梁體中線上任意一點處的坐標(Xz,Yz)為：

(4)

3.4 拱肋平面坐標轉(zhuǎn)換

為方便現(xiàn)場技術(shù)人員利用全站儀進行放樣，需將拱肋獨立坐標轉(zhuǎn)換成與設(shè)計線路相同的坐標系，根據(jù)圖紙可知拱腳原點距梁體中線的距離為8.45 m,則拱肋上下緣m1,m2位置對應中線的橫距為H(1,2)=8.45-z(1,2),則拱肋平面坐標為：

(5)

3.5 拱肋高程計算

受拱肋自重、二期恒載、預應力及混凝土收縮徐變產(chǎn)生的累計撓度影響，拱肋安裝時需要設(shè)置向上的預拱度，全橋拱肋預拱度按二次拋物線設(shè)置，其中拱頂最大預拱度為42.3 mm。則考慮橋面標高h及預拱度δi后的拱肋上下緣高程為：

Z=h+δi+y1,2

(6)

通過式(1)～式(6)，先確定拱肋支點距拱肋原點的水平投影距離x,代入式(1)中求出拱肋軸線切線與梁面的夾角a，將x代入拱肋軸線拋物線方程求得ym，將ym代入式(2)，求出拱軸線上下緣距ym距離y0m12，將y0m12代入式(3)求出拱管上下緣在xy坐標系中的位置(x,y,z)，將該坐標代入式(4)～式(6)便可求出同設(shè)計坐標系相同的拱肋定位坐標。同時利用該方法可求出其他需要測量位置的坐標。

4 測量放樣

拱肋在車間制造時提前將現(xiàn)場控制拱管的測點標記在上下拱管上。吊裝就位過程中，利用已定向的全站儀和架設(shè)在測點上的前視反射棱鏡，將計算出的線型坐標數(shù)據(jù)輸入全站儀，通過吊車配合，不斷調(diào)整拱肋構(gòu)件及棱鏡的位置。最終將拱管位置調(diào)整至符合規(guī)范要求的位置，用型材焊接固定。拱肋各節(jié)段高程通過全站儀進行測量控制。

5 節(jié)段拼裝質(zhì)量要求

拱肋拼裝過程中及成拱后需要通過全站儀對拱肋安裝的各項指標進行檢查驗收，具體檢測項目及允許偏差如表1所示。

表1 檢測項目及允許偏差表 mm

6 結(jié)語

鋼管混凝土作為組合結(jié)構(gòu)的一種，廣泛應用于大跨度橋梁工程，此類結(jié)構(gòu)借助拱管管壁對混凝土的套箍作用，提高了混凝土的延性和抗壓強度，將鋼管和混凝土這兩種材料有機的結(jié)合，解決了拱橋材料的高強化和拱橋材料的輕型化的問題。通過拱肋安裝階段對鋼管平面位置及標高的精確計算和控制，使拱肋的幾何線形最大限度地達到設(shè)計值，充分發(fā)揮組合結(jié)構(gòu)的各項性能，是實現(xiàn)鋼管混凝土拱橋質(zhì)量目標的關(guān)鍵。

[1] 李恩良.客運專線大跨度提籃拱橋拱肋定位坐標計算方法[J].鐵道標準設(shè)計,2012(1)：118-120.

[2] JGJ/T D65—06—2015，公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計規(guī)范[S].

[3] TB 10752—2010,高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

[4] 胡伍生,潘慶林,黃 騰,等.土木工程施工測量手冊[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

Study on linear installation control of bottom tied-arch bridge arch-rib of the express railway

Ma Hongjie

(ChinaRailway3rdBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

Combining with Ji-Qing express railway 144 m tied-arch bridge engineering practice, the paper introduces bottom tied-arch bridge arch-rib installation methods. Starting from the aspect of engineering measurement, it studies the spatial coordinate calculation methods of the arch-rib axis. As a result, it solves the arch-rib linear control difficulties and effectively improves the arch-rib assembling accuracy.

express railway, tied-arch bridge, arch-rib assemble, coordinate transformation

1009-6825(2017)07-0174-03

2016-12-28

馬宏杰(1983- )，男，工程師

U448.225

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