黃紅林 徐 飛

(中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 南京 210015)

連鎮(zhèn)鐵路五峰山長(zhǎng)江大橋是我國(guó)首座公鐵兩用懸索橋，為主跨1 092 m的雙塔單跨鋼桁梁懸索橋，具有跨度大、設(shè)計(jì)荷載大、主纜直徑大、設(shè)計(jì)速度高等特點(diǎn)。針對(duì)懸索橋的這些特點(diǎn)，主塔、錨桿、索鞍定位精度要求高，塔、索和橋面線性控制嚴(yán)格。為達(dá)到這些目標(biāo)，必須根據(jù)橋址的地形情況，運(yùn)用合適的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備才能進(jìn)行。

1 準(zhǔn)備工作

建立橋梁施工控制網(wǎng)。根據(jù)規(guī)范要求，橋軸線邊的相對(duì)中誤差應(yīng)達(dá)到1/250 000[1]。待主塔封頂后，可在塔頂布設(shè)加密點(diǎn)，作為后期施工控制點(diǎn)。圖1為五峰山長(zhǎng)江大橋主橋首級(jí)網(wǎng)圖。其他準(zhǔn)備工作有：1)各種放樣數(shù)據(jù)的計(jì)算、復(fù)核；2)高精度的測(cè)量機(jī)器人(精度0.5＂/1+1 ppm)；3)錨碇、塔柱、鋼梁變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的制作和埋設(shè)；4)基準(zhǔn)索和一般索股測(cè)量工具的準(zhǔn)備。

2 三維坐標(biāo)法定位精度分析

在懸索橋的主要部位定位測(cè)量中，包括主塔定位測(cè)量，錨固系統(tǒng)(支架、后錨梁、錨桿)安裝定位測(cè)量，索鞍的定位測(cè)量，均以全站儀三維坐標(biāo)法為主。三維坐標(biāo)法精度可按以下公式估算[2]：

(1)

其中，D為斜距,mm；Z為天頂距，(°);α為方位角，(°);mD為斜距中誤差，mm；mZ為天頂距中誤差,(＂);mα為方位角中誤差,(＂)。

3 距離歸化改正

按三維坐標(biāo)法放樣塔柱時(shí)，由于地球曲率的影響，測(cè)站點(diǎn)與塔中心的距離隨著高度的增加會(huì)發(fā)生改變，因此，在放樣過(guò)程中應(yīng)加以改正[3]。

(2)

其中，DH為歸算至投影高程面測(cè)距邊長(zhǎng)度；DP為測(cè)線水平距離；HP為投影面高程；HM為測(cè)距邊兩點(diǎn)的平均高程；R為地球曲率半徑；S為經(jīng)氣象及加、乘常數(shù)等改正后的斜距；h為儀器的發(fā)射中心與棱鏡的反射中心間高差。

4 主纜安裝測(cè)量

主纜線形的調(diào)整是通過(guò)控制相應(yīng)工況下主纜各跨中點(diǎn)絕對(duì)垂度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其調(diào)整精度主要由基準(zhǔn)索股的線形調(diào)整精度決定，而一般索股是根據(jù)基準(zhǔn)索股的線形進(jìn)行相對(duì)控制，因此基準(zhǔn)索股線性精度決定了主纜的安裝線形精度。

4.1 K值反演推算

基準(zhǔn)索股的垂度測(cè)量采用全站儀單向三角高程法。根據(jù)單向三角高程公式[4]：

(3)

其中，hab為A，B兩點(diǎn)的高差；Dab為A,B的水平距離；α為豎直角；ia為儀器高；vb為目標(biāo)高；K為大氣折光系數(shù)。

式中K為未知值，它隨氣溫、氣壓、日照、時(shí)間、視線高度等因素的影響而變化。因此，在垂度測(cè)量前，應(yīng)利用兩已知高程點(diǎn)進(jìn)行K值的反演推算。根據(jù)式(3)可得：

(4)

表1為五峰山長(zhǎng)江大橋的K值推算試驗(yàn)結(jié)果。

表1 K值的推算試驗(yàn)成果表

從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)看，K值在夜間變化不大。因此基準(zhǔn)索股的垂度測(cè)量應(yīng)在夜間進(jìn)行，每次測(cè)量前反演推算K值，及時(shí)對(duì)三角高程結(jié)果進(jìn)行修正。

4.2 基準(zhǔn)索股調(diào)整

調(diào)整基準(zhǔn)索時(shí)，將兩臺(tái)全站儀分別架設(shè)在主塔兩側(cè)的控制點(diǎn)上，放樣出邊跨與中跨跨中位置(見(jiàn)圖2)，放樣時(shí)應(yīng)同步進(jìn)行，這樣可對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行校核。

測(cè)出實(shí)際的K值后，運(yùn)用特制的棱鏡(見(jiàn)圖3)，進(jìn)行垂度調(diào)整，其調(diào)整量還應(yīng)考慮主塔變形量、索鞍預(yù)偏量、溫度修正、塔的受力等綜合因素的影響。

調(diào)整后的兩側(cè)基準(zhǔn)索股相對(duì)高差應(yīng)小于10 mm，待狀態(tài)穩(wěn)定后方可安裝一般索股。

4.3 一般索股調(diào)整

一般索股的調(diào)整采用相對(duì)高差法，即以基準(zhǔn)索股為參考，根據(jù)一般索股與基準(zhǔn)索股的相對(duì)位置關(guān)系，安裝一般索股至設(shè)計(jì)位置[5](見(jiàn)圖4)。

調(diào)整的原則是使各索股與相鄰索股之間既無(wú)壓力也無(wú)空隙。因此在調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)一般索股和基準(zhǔn)索股的位置進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)檢測(cè)基準(zhǔn)索股與理論值存在較大偏差時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)第二根或第三根基準(zhǔn)索，作為后期各索股安裝的依據(jù)。

4.4 索夾放樣

索夾放樣前，應(yīng)測(cè)出主纜的實(shí)際線形、主塔偏位狀況以及各跨的跨徑，為索夾的放樣提供初始數(shù)據(jù)。主纜線形隨溫度的變化而發(fā)生變化，索夾放樣應(yīng)選擇陰天或夜間氣溫相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行。首先放樣出吊索中心線與主纜天頂線交點(diǎn)位置(見(jiàn)圖5)，采用量距的方法確定出索夾兩邊緣的位置，在邊緣外10 cm處設(shè)置參考標(biāo)志。使用兩臺(tái)儀器同時(shí)放樣，取平均值作為索夾的最終位置。

5 鋼桁梁架設(shè)測(cè)量

鋼桁梁?jiǎn)卧獦?gòu)件在工廠加工時(shí)，應(yīng)對(duì)桁高、節(jié)間距、桁間距、對(duì)角線等各結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢查并預(yù)拼，避免梁體誤差積累過(guò)大難以調(diào)整，同時(shí)在梁體上相應(yīng)位置做好測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)。

邊跨鋼梁架設(shè)，采用頂推和滑移的方式，按照設(shè)計(jì)的預(yù)拱度，進(jìn)行線性匹配測(cè)量，連接成整體。

主跨鋼梁首先完成跨中三個(gè)節(jié)段梁架設(shè)，其余節(jié)段自跨中向兩岸對(duì)稱交替架設(shè)。每安裝一個(gè)節(jié)段后，測(cè)量本節(jié)段、已架設(shè)梁測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程，同時(shí)測(cè)量主纜跨中點(diǎn)的高程變化情況(如圖6所示)及主塔變形情況。

6 主塔變形觀測(cè)

主塔的變形監(jiān)測(cè)工作，貫穿于整個(gè)上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程，包括貓道安裝、主纜安裝、鋼梁架設(shè)、主索鞍頂推等工況。

在主塔封頂后，在塔頂埋設(shè)棱鏡，連續(xù)觀測(cè)2 d～3 d，取平均值作為塔柱變形的初始值。觀測(cè)儀器宜用高精度的測(cè)量機(jī)器人，自動(dòng)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)，觀測(cè)頻率以具體施工工況或監(jiān)控指令為主。

圖7是3號(hào)主塔架梁期間變形曲線圖。架梁前，由于主索鞍朝邊跨側(cè)預(yù)先偏移了1.9 m，加上梁體荷載，架梁前期塔向中跨變形較大，最大達(dá)到276 mm。為了抵消梁體荷載導(dǎo)致塔的變形過(guò)大，在中跨3個(gè)節(jié)段梁E50,E51,E50′架設(shè)后，逐漸頂推索鞍至設(shè)計(jì)位置，塔的變形也逐漸變小甚至偏向邊跨側(cè)，最后通過(guò)加載二期恒載(道砟和軌道)使塔偏位回歸到平衡。

7 結(jié)語(yǔ)

五峰山長(zhǎng)江大橋主纜施工過(guò)程中，考慮了大氣折光的影響；架梁期間通過(guò)對(duì)索、塔、梁連續(xù)的監(jiān)測(cè)，掌握了索和塔的變形規(guī)律。通過(guò)測(cè)量二期恒載后梁體的線形，能與設(shè)計(jì)線形吻合，索、塔實(shí)測(cè)變形與監(jiān)控模型計(jì)算的一致，證明了該橋的施工測(cè)量方法和線形監(jiān)測(cè)技術(shù)是成功的，質(zhì)量成果是可靠的，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。