周亞軍 許雄飛

摘 要：馬鞍山長江公路大橋懸索橋主纜架設(shè)施工中，空纜線形控制精度尤為重要，是橋面線形是否滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)。為此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的測量工裝，確保施工中測量技術(shù)的順利實(shí)施，制定專項(xiàng)測量方法，保證測量精度的準(zhǔn)確性，結(jié)合施工中線形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，指導(dǎo)主纜線形調(diào)整。重點(diǎn)介紹主纜架設(shè)中線形測量的方法，測量工裝介紹，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和主纜線形調(diào)整方法等全過程控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：懸索橋;基準(zhǔn)索;線形監(jiān)測;控制技術(shù)

中圖分類號：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0149-04

1 工程概況

馬鞍山長江公路大橋主橋橋型方案為主跨2×1080m三塔兩跨懸索橋，設(shè)計(jì)車速100km/h。

主纜兩主跨跨度均為1080m，矢跨比為1/9，背纜跨度均為360m，中、邊塔頂處主纜JD點(diǎn)高程均為+178.3m，主纜理論散索點(diǎn)高程均為+30.0m，兩根主纜橫橋向的中心間距為35m（如圖1）。主纜長約3045.53m，重約7115.26t，由154股91絲預(yù)制平行索股組成。索股用定型捆扎帶綁扎而成，使其斷面成正六邊形，兩端設(shè)熱鑄錨頭。主纜索股經(jīng)成型調(diào)整按一定的排列置入散索鞍、主索鞍鞍槽內(nèi)固定。索股經(jīng)過緊纜而形成主纜結(jié)構(gòu)。

2 塔錨聯(lián)測

上部結(jié)構(gòu)安裝工程已完成索鞍及門架系統(tǒng)安裝，即將進(jìn)入貓道施工階段。為了采集整個(gè)懸索橋上部結(jié)構(gòu)索塔、錨碇的初始相對位置與幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)，同步實(shí)施初始監(jiān)測。為了模擬實(shí)際主纜線形，需要采集塔錨在裸塔狀態(tài)下的初始數(shù)據(jù)。測量內(nèi)容主要包括散索鞍基準(zhǔn)位置測量、碇沉降和位移監(jiān)測、頂高程傳遞、塔索鞍測量與索塔變形監(jiān)測的聯(lián)測、塔跨度測量、塔沉降監(jiān)測。

索鞍定位需要在各塔上橫梁建立2個(gè)強(qiáng)制歸心加密點(diǎn)。待溫度恒定，風(fēng)小的夜間，后方交會(huì)法使用全站儀TCA2003結(jié)合CPⅢ操作手簿自動(dòng)觀測，三塔加密同時(shí)進(jìn)行，保證坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一性。索鞍定位后，直接在邊塔索鞍中心架設(shè)儀器，測量中塔索鞍中心平距，經(jīng)過投影改正后與索鞍定位實(shí)測坐標(biāo)反算平距進(jìn)行對比，同時(shí)對比利用三塔加密點(diǎn)直接測定個(gè)點(diǎn)之間平距（經(jīng)過投影改正）換算后的跨徑，確保系統(tǒng)的統(tǒng)一性。因?yàn)樵谝院笏鞴蓽y量時(shí)觀測跨徑過程中，由于索股的收放都是在索鞍區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，索鞍中心不易架設(shè)儀器。利用塔頂加密點(diǎn)間平距變化量來代替跨徑變化量非常方便，容易操作。

塔錨聯(lián)測塔頂高程傳遞采用天頂距法，將地面高程引測至塔頂加密點(diǎn)，控制索鞍安裝高程，從而確定初始塔高。溫度變化產(chǎn)生塔柱混凝土豎向變形，需要定期測定塔高變化量，增加實(shí)測人員工作量。利用塔偏觀測點(diǎn)，全站儀測量北塔承臺(tái)水準(zhǔn)點(diǎn)高程及上橫梁水準(zhǔn)點(diǎn)高程，計(jì)算高差變化量等同于塔高變化量。因?yàn)槿歉叱套畲笥绊懸蛩貫檎酃庀禂?shù)，距離跟觀測精度成正比，同一觀測環(huán)境下這一主要測量誤差可以相互抵消。測量精度得到保障，觀測效率明顯提高，人員及儀器得到精減。

索塔偏位監(jiān)測是為了后續(xù)施工中索塔位置狀態(tài)發(fā)生變化修正監(jiān)測模型，通過在地面控制點(diǎn)建站，采用全站儀三維坐標(biāo)法測量。監(jiān)測點(diǎn)采用預(yù)埋套管+焊接10cm桿件裝配微棱鏡方式，布設(shè)于塔頂邊角上。其他工況下監(jiān)測均采用第一次的設(shè)站及定向方式，保持?jǐn)?shù)據(jù)的延續(xù)性。由于中塔距離邊塔塔偏監(jiān)測點(diǎn)較遠(yuǎn)，單向定位待測點(diǎn)平面位置精度底，連續(xù)觀測值浮動(dòng)大。導(dǎo)致測量中塔塔偏結(jié)果不可靠。中塔塔偏利用跨徑變化量和邊塔偏移量推算，較好完成三塔監(jiān)測且相對幾何關(guān)系統(tǒng)一，有利于監(jiān)控建模。但是夜間理想觀測時(shí)段為12：00～4：00，導(dǎo)致觀測時(shí)多次建站，效率不高。中塔監(jiān)測棱鏡可用于鋼箱梁吊裝時(shí)索塔偏位監(jiān)測，此時(shí)觀測精度要求不高，使得監(jiān)測方便快捷。

3 主纜架設(shè)

懸索橋空纜線形基本決定了成橋狀態(tài)橋面線形及主纜線形?？绽|線形主要取決于基準(zhǔn)索股及一般索股架設(shè)精度?；鶞?zhǔn)索股線形測定是至關(guān)重要的?；鶞?zhǔn)索股垂度測量方法是絕對高程法，一般索股是參照基準(zhǔn)索股進(jìn)行垂度調(diào)整。

基準(zhǔn)索股經(jīng)過雙線往復(fù)式牽引系統(tǒng)牽引完成后，相應(yīng)經(jīng)過橫移、整形、入鞍、入錨等工序，初步完成架設(shè)。此過程可以在白天完成。索股上相應(yīng)于散索鞍處、邊跨跨中、主索鞍處、主跨跨中以及兩端錨頭附近共設(shè)置了十三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，做為索股垂度調(diào)整參考點(diǎn)，并作了特定標(biāo)記。調(diào)索前將索股的主索鞍處特定標(biāo)志點(diǎn)對準(zhǔn)中塔主索鞍上相應(yīng)的標(biāo)志點(diǎn)，利用南北塔頂卷揚(yáng)機(jī)收放索股，實(shí)現(xiàn)調(diào)整索股跨中垂度的目的。

基準(zhǔn)索股跨中垂度測定方法主要采用單向三角高程法，測量精度主要受大氣折光和外界環(huán)境因素的影響。結(jié)合本橋特點(diǎn)，跨度較大，根據(jù)單向三角高程測量原理及誤差傳播規(guī)律。高程測量誤差與距離成正比。因此折光系數(shù)的測定至關(guān)重要。利用業(yè)主提供中塔跨江水準(zhǔn)點(diǎn)與岸側(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)測量兩點(diǎn)高差反算折光系數(shù)k，輸入儀器并驗(yàn)證k值的準(zhǔn)確性。測區(qū)k值范圍為：0.17～0.23。

外界環(huán)境因素主要包括溫度、風(fēng)速、天氣情況等條件，其直接影響到測量方案的布置。根據(jù)監(jiān)控單位方面的要求，索股穩(wěn)定的條件是：長度方向索股的溫差ΔT≤2℃，斷面方向索股的溫差ΔT≤1℃;沒有雨霧;風(fēng)速不大于7.9m/s;觀測時(shí)段為夜間12：00-3：00。

3.1 溫度測量系統(tǒng)

索股線形主要受溫度及跨徑的影響較大，影響參數(shù)見表1。

索股溫度的測量用接觸式溫度計(jì)，精度0.1度。采用MINI_SCADA軟件測量索股表面溫度，Enview軟件以短信的形式與測溫軟件MINI_SCADA進(jìn)行通信，采集各測點(diǎn)索股溫度，測點(diǎn)沿長度方向布置為：邊跨跨中、塔頂、跨中、散索鞍處共9個(gè)斷面;測點(diǎn)沿?cái)嗝娣较虿贾脼椋核鞴缮暇壖跋戮?。測點(diǎn)布置見圖2。塔體溫度測量：分別在南、北塔及中塔上、下橫梁處測量塔體的外表溫度。

3.2 測量方法

整個(gè)索股線形觀測時(shí)對外界條件要求苛刻，同時(shí)測量的有效時(shí)間很短，每天夜間測量所需觀測數(shù)據(jù)量大，所以在保證測量精度的前提下，方便快捷、高效、經(jīng)濟(jì)是優(yōu)化測量方法的原則。

（1）索塔塔偏監(jiān)測：索塔水平位移及扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測，貫穿于整個(gè)上部結(jié)構(gòu)安裝施工過程。其測量精度直接影響到橋塔建模精確度。索塔偏位主要表現(xiàn)在受貓道和索股荷載不平衡和架梁及索鞍頂推時(shí)發(fā)生順橋向偏移。測量控制點(diǎn)布置在后錨橋軸線處，觀測測量站點(diǎn)至鏡點(diǎn)平距，推算索塔水平位移及扭轉(zhuǎn)。此時(shí)觀測上橫梁監(jiān)測點(diǎn)可以消除定向誤差，提高測量精度。

（2）散索鞍偏移監(jiān)測：利用塔偏測量點(diǎn)觀測散索鞍動(dòng)態(tài)，采用簡單三維坐標(biāo)觀測散索鞍監(jiān)測點(diǎn)變化量。由于距離很小，清晰度高，可以得到較高精度。

（3）跨徑測量：利用塔頂加密點(diǎn)間平距變化量（經(jīng)投影改正后換算至索鞍中心距離）來代替跨徑變化量。由于采用較高精度測量儀器（徠卡TCA2003）觀測距離精度高±（1mm+ 1ppm）;完全滿足設(shè)計(jì)要求，且操作方便，效率高。

（4）索塔塔高變化量測量：由于首次塔錨聯(lián)測時(shí)已經(jīng)測定索塔高度，在以后的每一次主纜線形監(jiān)測時(shí)，采用初始測量模型（天頂距法）測定塔高變化量或者測定塔頂、塔底水準(zhǔn)點(diǎn)高差來反算塔高變化量。后者簡捷，快速。

測定基準(zhǔn)索股時(shí)索股處于自由狀態(tài)，索股截面為正六邊形。測定索股中心高程時(shí)，索股處于扭轉(zhuǎn)且受微風(fēng)影響小幅度擺動(dòng)。采用常規(guī)測量方法無法架立監(jiān)測棱鏡。特制測量工裝見圖3。

將測量工裝安裝于索股跨中位置，在岸側(cè)控制點(diǎn)建站，單向三角高程法測量工裝上下對稱棱鏡中心高程，正倒鏡6測回為一組觀測數(shù)據(jù)，其中出現(xiàn)波動(dòng)較大的應(yīng)剔除補(bǔ)測，取其平均值作為最終測量結(jié)果。該方法消除索股傾斜和擺動(dòng)時(shí)帶來的不確定誤差。

在中塔下橫梁頂面中心位置建立一個(gè)專用控制點(diǎn)見圖4，受貓道面網(wǎng)遮擋視線，在工裝下增加1.5m長度的特制連接桿。利用此控制點(diǎn)一次建站，可對兩主跨上下游四個(gè)跨中點(diǎn)分別進(jìn)行垂度觀測，避免了由于多次建站帶來的測站間誤差;另外，該控制點(diǎn)到兩主跨上下游四個(gè)跨中點(diǎn)的水平距離基本相等（約540m），天頂距也基本相等，因而對四點(diǎn)的測量中誤差也基本相等，確保了四點(diǎn)相同的測量精度。

兩種方法互為校核，增加了多余觀測，提高了觀測可靠度，觀測精度得到有力保障。

基準(zhǔn)索股垂度調(diào)整好后，須進(jìn)行至少3天穩(wěn)定觀測，確認(rèn)索股線形完全符合穩(wěn)定要求后，其中主跨絕對高程允許誤差為（+40，-20mm），邊跨為（+50，-30mm），上下游高差為（+10，-10mm）如全部結(jié)果都未超過允許偏差的范圍，第一根索股的垂度即調(diào)整完成。將連續(xù)3天觀測數(shù)據(jù)經(jīng)算術(shù)平均后作為基準(zhǔn)索股最終線形。

3.3 作業(yè)安排

基準(zhǔn)索股線形測量是覆蓋馬鞍山大橋主橋全線觀測，涉及測量內(nèi)容廣，作業(yè)面多，參與人員及儀器數(shù)量多。建立現(xiàn)場指揮辦公部門，統(tǒng)一調(diào)度指揮，主要組成為：施工單位測量負(fù)責(zé)人員，監(jiān)控單位線形計(jì)算及測溫人員，監(jiān)理及業(yè)主第三方測量負(fù)責(zé)人員。通過對講機(jī)通訊指揮前場觀測工作、現(xiàn)場施工調(diào)索工作和統(tǒng)計(jì)外業(yè)數(shù)據(jù)。使得索股線形測量時(shí)有序可循，外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)計(jì)算耗時(shí)最小化，處理現(xiàn)場突發(fā)事件靈活。

一般索股垂度的測量以基準(zhǔn)索股或相對基準(zhǔn)索股為基準(zhǔn)，用水平尺及游標(biāo)卡尺測定基準(zhǔn)索股與待調(diào)一般索股的高差來調(diào)整實(shí)現(xiàn)（如圖5）。一般索股的相對垂度測量精度控制在5mm以內(nèi)。采用游標(biāo)卡尺按以下兩種方法測定索股垂度調(diào)整量：

（1）用于基準(zhǔn)索股與待調(diào)相對基準(zhǔn)索股調(diào)整高差的測量，Δh=h1-d0/2-d1;（2）用于相對基準(zhǔn)索股與待調(diào)一般索股調(diào)整高差的測量，Δh=h1+d0/2-d1。

4 索股線形測量數(shù)據(jù)分析

基準(zhǔn)索股跨中垂度按照監(jiān)控計(jì)算線形調(diào)整好后，由于多種因素的影響，線形可能會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)在其后滿足索股線形測量要求的情況下進(jìn)行多次監(jiān)測，共采集連續(xù)三個(gè)夜間索股線形數(shù)據(jù)，均在監(jiān)控允許范圍內(nèi)，確認(rèn)線形符合要求。將連續(xù)三個(gè)晚上觀測數(shù)據(jù)經(jīng)算術(shù)平均后作為基準(zhǔn)索股最終線形。使用液體靜力水準(zhǔn)測量即連通管測量方法檢核三角高程法測量上下游高差如表2所示。

表3中各組數(shù)據(jù)高程最大互差：20.4mm;上下游各跨三天穩(wěn)定觀測數(shù)據(jù)之間對比，每天最大互差：16.1mm;上下游最大高差：南邊跨8.0mm;基準(zhǔn)索股穩(wěn)定觀測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及監(jiān)控指令要求，屬于穩(wěn)定狀態(tài)。

在一般索股架設(shè)期間，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控要求，定期復(fù)測基準(zhǔn)索股的絕對垂度，以檢查基準(zhǔn)索股的垂度是否在后續(xù)索股架設(shè)中發(fā)生變化，在必要時(shí)增加基準(zhǔn)索股的測定。

5 結(jié)論

在主纜架設(shè)中，按照制定的測量方法實(shí)施觀測，工裝的制作保證索股中心高程的準(zhǔn)確;結(jié)合長達(dá)七天的調(diào)索過程和最后三天的穩(wěn)定性監(jiān)測;充分反映該套技術(shù)能夠吻合線形模擬系統(tǒng)，通過纜索線形數(shù)據(jù)分析，溫度、跨徑、塔偏等綜合變化因素具體影響參數(shù)，對類似工程施工具有指導(dǎo)意義。

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