李 雷

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

大跨度斜拉橋[1]具有橋型美觀、易于修建和維護等特點，因此在公路系統(tǒng)中普遍采用。公路系統(tǒng)的大跨度斜拉橋一般指主跨跨度大于500 m的斜拉橋。由于其跨度大，且一般為漂浮或半漂浮體系，因此不論在施工還是在運營維護過程中，大跨度斜拉橋均存在橋面變形大和主梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差[2-3]的問題。高速鐵路大多采用無砟軌道，而無砟軌道要求線下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無變形或變形小，因此迄今為止我國還沒有在跨度大于250 m的斜拉橋上鋪設(shè)無砟軌道的先例。同樣的道理，我國目前也沒有在跨度大于250 m的鐵路斜拉橋上測設(shè)高精度精密測量控制網(wǎng)[4](簡稱精測網(wǎng))的先例和經(jīng)驗。高速鐵路精測網(wǎng)包括基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)、線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ)、軌道三維控制網(wǎng)(CPⅢ)和線路水準基點控制網(wǎng)，其精度要求高[5]，是無砟軌道鋪設(shè)和長鋼軌精測與精調(diào)的基礎(chǔ)。

為推動在更大跨度高速鐵路橋梁上鋪設(shè)無砟軌道，本文依托昌贛客運專線贛江特大橋(為主跨300 m的斜拉橋)進行大跨度斜拉橋上鋪設(shè)無砟軌道技術(shù)深化研究。為實現(xiàn)在大跨度斜拉橋上鋪設(shè)無砟軌道和進行長鋼軌的精測與精調(diào)，需要配套研究如何在大跨度斜拉橋上測設(shè)滿足無砟軌道鋪設(shè)要求的高精度精測網(wǎng)。在大跨度斜拉橋上測設(shè)無砟軌道精測網(wǎng)的難點主要有：①根據(jù)CPⅢ網(wǎng)點縱向間距一般為60 m左右的布點要求，有些CPⅢ點將不可避免地布設(shè)在主梁的不穩(wěn)定位置，這將導致這些CPⅢ點的三維坐標隨主梁荷載和環(huán)境溫度的變化而變化[6-8]；②如何根據(jù)主梁的實際荷載情況和環(huán)境溫度，快速得到橋上各個CPⅢ點的坐標和高程，使這些CPⅢ點的坐標和高程盡可能地少受測量過程中環(huán)境變化的影響。

本文結(jié)合贛江特大橋的結(jié)構(gòu)特點，研究如何合理布設(shè)橋上CPⅡ,CPⅢ點和水準點的位置，使與該橋無砟軌道鋪設(shè)有關(guān)的全部CPⅡ點和水準點點位穩(wěn)定，部分CPⅢ點點位穩(wěn)定，使這些點不存在其點位隨荷載和環(huán)境溫度變化而變化的問題；同時研究合理、可靠的橋上精測網(wǎng)測量方法，使橋上精測網(wǎng)在測量過程中控制點的坐標和高程受環(huán)境影響盡可能地小。

1 贛江特大橋工程概況

贛江特大橋全長 2 160 m，其線路立面如圖1所示。主橋結(jié)構(gòu)采用(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉橋，邊跨設(shè)置2個過渡墩和1個邊墩，主跨跨徑為300 m。

2 橋上各類控制點布設(shè)方法

如前所述，高速鐵路精測網(wǎng)包括CPⅠ,CPⅡ,CPⅢ 和線路水準基點網(wǎng)，下面根據(jù)主橋的結(jié)構(gòu)特點、跨徑布置，并基于穩(wěn)定性方面的考慮，介紹主橋上各類控制點的布設(shè)方法。

圖1 線路立面示意

需要說明的是，由于高速鐵路要求在橋梁段相鄰CPⅠ點間的縱向間距為4 km左右，而本項目中斜拉橋全長僅為572 m，所以主橋上無需布設(shè)CPⅠ點。

2.1 線路水準基點布設(shè)方法

雖然高速鐵路的線路水準基點間縱向間距為2 km 左右，但是考慮到快速測設(shè)主橋上CPⅢ點高程的需要，以及主塔是斜拉橋上唯一穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物，且兩側(cè)引橋固定支座防撞墻頂面是穩(wěn)定的，為此應該在每個主塔略高于主梁的合適位置布設(shè)2個水準基點，如圖2所示。除此之外在兩側(cè)引橋靠近主橋的固定支座防撞墻頂面各布設(shè)1個水準基點，這樣在主橋及其兩側(cè)引橋上共布設(shè)6個穩(wěn)定的水準基點，構(gòu)成主橋上無砟軌道鋪設(shè)的線路水準基點網(wǎng)。

圖2 水準基點布設(shè)位置示意

2.2 CPⅡ點布設(shè)方法

高速鐵路CPⅡ點間的縱向間距為500 m左右，考慮到快速測設(shè)主橋上CPⅢ點高程的需要，以及主橋兩側(cè)引橋固定支座防撞墻頂面是穩(wěn)定的，且主塔是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)物，因此在每個主塔略高于主梁的合適位置布設(shè)2個CPⅡ點，同時在主橋兩側(cè)引橋相距約300 m的固定支座防撞墻頂面各布設(shè)2個CPⅡ點，這樣共8個穩(wěn)定的CPⅡ點組成全橋CPⅡ控制網(wǎng)，如圖3所示。

2.3 CPⅢ點布設(shè)方法

高速鐵路要求相鄰CPⅢ點間的縱向間距為60 m左右。斜拉橋雖然整體穩(wěn)定性差，但是橋上還是有部分位置其縱向和豎向均是穩(wěn)定的，如主塔與主梁大致等高的塔柱內(nèi)側(cè)；主梁上還有部分位置豎向是穩(wěn)定的，如各個過渡墩頂部的防撞墻頂面。當然，中跨主梁上的各個位置其縱向和豎向均不穩(wěn)定。由于鐵路斜拉橋的橋面寬度不大，所以荷載和溫度變化引起的橋梁結(jié)構(gòu)橫向變形較小，根據(jù)經(jīng)驗基本上可忽略不計。為了使主橋上的CPⅢ點盡可能具有較好的穩(wěn)定性，本文按照以下原則和方法布設(shè)橋上CPⅢ點對：

1)在靠近主橋的兩側(cè)引橋固定支座正上方的防撞墻頂面，大小里程分別布設(shè)1對雙向(縱向和豎向)穩(wěn)定的CPⅢ點。

2)在大小里程靠近主塔的第1個過渡墩防撞墻頂面，分別布設(shè)1對豎向穩(wěn)定的CPⅢ點。

3)在大小里程的主塔內(nèi)側(cè)面，分別布設(shè)1對雙向穩(wěn)定的CPⅢ點，此處的CPⅢ點可與同樣布設(shè)在該位置處的CPⅡ點和水準基點共樁，做到3類控制點共用1個點位。

4)在中跨的五等分處，分別布設(shè)1對CPⅢ點，這些CPⅢ點對的雙向均是不穩(wěn)定的。

這樣主橋上的CPⅢ網(wǎng)共有10對共20個CPⅢ點，具體布設(shè)位置如圖4所示。

圖4 主橋上CPⅢ點布設(shè)位置示意(單位：m)

3 橋上各類精測網(wǎng)測量方法

根據(jù)高速鐵路無砟軌道鋪設(shè)的精度要求，同時結(jié)合斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點、變形規(guī)律，以及按照以上方法布設(shè)的橋上各類控制點的穩(wěn)定性情況，制定橋上各類精測網(wǎng)的測量方法。

3.1 線路水準基點網(wǎng)測量方法

目前我國高速鐵路的水準基點網(wǎng)一般情況下是采用電子水準儀，按照二等水準測量方法測量線路沿線。本項目由于斜拉橋的橋長短(570 m)，因此也采用二等水準測量方法測量上述6個水準基點的高程，并將這6個水準基點的高程作為CPⅢ高程網(wǎng)的起算點。

3.2 CPⅡ網(wǎng)測量方法

在路基和橋梁段，高速鐵路的CPⅡ控制網(wǎng)一般采用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite Systems，GNSS)靜態(tài)相對定位的方法，按照三等的精度要求進行外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，起算數(shù)據(jù)為CPⅡ網(wǎng)附近的CPⅠ點坐標?？紤]到斜拉橋主塔內(nèi)側(cè)的4個 CPⅡ點無法采用GNSS的方法測量，因此提出主橋CPⅡ控制網(wǎng)測量方法。

1)利用離主橋最近的2個CPⅠ點(起算點)，采用GNSS靜態(tài)相對定位的方法，測量主橋兩側(cè)引橋上的4個CPⅡ點的坐標，測量精度為GNSS三等。

2)利用主橋兩側(cè)引橋上的4個CPⅡ點(起算點)，采用智能型全站儀固定測站與自由測站相結(jié)合的邊角網(wǎng)測量方法，測量主塔內(nèi)側(cè)的4個CPⅡ點的坐標，測量精度為三等邊角網(wǎng)[9]。

固定測站與自由測站相結(jié)合的邊角網(wǎng)測量網(wǎng)形如圖5所示。

圖5 主橋CPⅡ控制網(wǎng)測量網(wǎng)形示意

3.3 CPⅢ三維網(wǎng)測量方法

CPⅢ三維網(wǎng)包括CPⅢ平面網(wǎng)和CPⅢ高程網(wǎng)，是高速鐵路無砟軌道鋪設(shè)和長鋼軌精測與精調(diào)的測量基準。目前一般情況下是采用智能型全站儀自由測站邊角交會網(wǎng)的方法測量CPⅢ平面網(wǎng)，再采用智能型全站儀測量CPⅢ高程網(wǎng)?？紤]到主橋上有6對CPⅢ點的縱向坐標和4對CPⅢ點的高程將隨橋面荷載和環(huán)境溫度的變化而變化，因此主橋上的CPⅢ三維網(wǎng)應該采用2臺智能型全站儀同時從大小里程向中跨進行測量，在測量CPⅢ平面網(wǎng)的同時，采用全站儀的三維觀測值組建CPⅢ三角高程網(wǎng)[10]，以達到在盡可能短的時間內(nèi)完成主橋上CPⅢ平面網(wǎng)和高程網(wǎng)的同時測量，使橋面荷載和環(huán)境溫度變化對CPⅢ點位的影響降低到最小。

4 結(jié)論

根據(jù)鐵路大跨度斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點、變形規(guī)律以及高速鐵路精測網(wǎng)的測量要求，研究了贛江特大橋主橋上精測網(wǎng)的測設(shè)方法，該方法具有以下特色及創(chuàng)新點。

1)在布設(shè)精測網(wǎng)的各類控制點時，應該將盡可能多的控制點布設(shè)于縱向和豎向均穩(wěn)定的斜拉橋主塔及其兩側(cè)引橋固定支座的防撞墻頂面上；在迫不得已的情況下，部分CPⅢ點應布設(shè)在豎向穩(wěn)定的過渡墩頂面。這樣可以減少布設(shè)在斜拉橋上的不穩(wěn)定點的數(shù)量。

2)考慮斜拉橋及其兩側(cè)引橋的測量條件，分別采用GNSS和邊角網(wǎng)的方式測量主橋的CPⅡ控制網(wǎng)，既切合工程實際又能夠到達精度要求，特別是采用固定測站與自由測站相結(jié)合的方法測量主橋的CPⅡ邊角網(wǎng)，網(wǎng)形交互強度大，具有創(chuàng)新性。

本文對贛江特大橋上的精測網(wǎng)測設(shè)具有較大的指導價值。下一步將針對橋面上的4對雙向不穩(wěn)定的CPⅢ 點和過渡墩頂面上的2對縱向不穩(wěn)定CPⅢ點的實時坐標和高程的獲取方法進行研究，為鐵路大跨度斜拉橋上無砟軌道鋪設(shè)和長鋼軌精測與精調(diào)提供更多的技術(shù)支撐。