李 杰

（1. 中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇 南京 210015）

1 工程概況與施工方案

1.1 工程概況與地質條件

蕪湖長江公鐵大橋工程3 號墩沉井位于光板巖河床，采用設置沉井基礎，河床原高程為-14～-18.5 m，沉井基底設計高程為-25 m。3號墩沉井基坑區(qū)域最大爆破層厚度超過10 m，主塔設置沉井基礎總高度為19.5 m。3 號墩基礎采用沉井+鋼圍堰組合施工方案。沉井頂面設計高程為-5.5 m，其上接10.5 m 高的圍堰。沉井+鋼圍堰總尺寸為65 m（橫向）×35 m（縱向）×30 m（高），分為21個井孔，沉井、圍堰均為雙壁結構，壁厚為2 m。沉井側壁底部0.8 m高度范圍為單壁刃腳。沉井結構如圖1所示。

圖1 沉井結構圖

1.2 沉井總體施工方案

沉井基礎所在河床采用鉆孔爆破法爆破并開挖至設計高程-25 m。鋼沉井在岸上制造，氣囊法下水，沉井在設計墩上游140 m 處初定位接高10.5 m 高圍堰，圍堰尺寸和壁厚與沉井相同。圍堰接高完成后，利用錨碇系統(tǒng)溜放沉井+圍堰至設計位置，再次對沉井+圍堰井壁內(nèi)注水下沉，最后通過錨碇系統(tǒng)和調平樁完成沉井的精確定位。

2 沉井定位前的主要測量工作

2.1 沉井基底水下地形測量

3 號墩基礎處河床地勢為西高東低、北高南低?；訁^(qū)域最大爆破層厚度超過10 m，采用水平分區(qū)，豎向一次性鉆孔爆破施工。水下地形測量采用GNSS-RTK配合測深儀進行無驗潮水下地形測量的方法。

2.1.1 GNSS-RTK無驗潮基本原理

GNSS-RTK 測量是一個實時動態(tài)定位技術，能實時提供移動站三維定位坐標，定位精度可達厘米級。測深儀是一種聲吶測深設備，利用換能器在水中發(fā)射聲波，當聲波遇到障礙物而反射回換能器時，根據(jù)聲波往返的時間和所測水域中聲波傳播的速度，輔以換能器吃水改正、聲吶波特率校正、實時水面高度以及測深儀船體姿態(tài)改正等誤差修正求得換能器底部至水底的距離。水下定位點的高程計算公式為：

式中，H0為水下定位點的高程；H 為測深儀換能器底部的高程；Z 為換能器底部至水下定位點的高度；h 為測深儀換能器底部到GPS天線的固定高差。

無論水面是否因潮水或波浪影響而升降， H0始終是某一時刻實測的水底面高程，只與RTK測量高程值H 和測深值Z 有關。因此，從理論上講，RTK無驗潮測深將消除波浪、潮位和動態(tài)吃水的影響，是一種理想的水下測量方法。

2.1.2 外業(yè)施測

1）轉換參數(shù)采集。根據(jù)最新復測成果，利用軟件求取需要的七參數(shù)。把參數(shù)直接輸入測深儀，開始工作前需對控制點進行點校正，從而求出WGS84坐標系到當?shù)刈鴺讼档霓D換參數(shù)。參與點校正的點數(shù)應不少于4個。

2）水深測量計劃線的設計。根據(jù)3 號墩沉井的尺寸以及需要出圖的比例尺，按照水下地形測量規(guī)范布設計劃線的長度和間隔，計劃線應該按照長江流向布設。計劃線按照長度100 m，間距1 m布設。在地形變化大的地方測線、測點的密度應相應增加，以便能真實反映水下地形的變化情況。計劃線需另存為dxf格式。

3）水深外業(yè)測量。在岸邊控制點架設基站，設置好基準站和流動站后需檢測兩個控制點，滿足規(guī)范要求才可進行下一步測量。在距離船頭1/3～1/2 船長處安裝換能器，換能器安裝示意如圖2 所示。換能器安裝入水深度設置為0.3 m，這主要是為了避免發(fā)動機運轉和航行時產(chǎn)生的浪花對回波造成的影響，從而導致測深不準。在測深儀中設置好各種參數(shù)后，調入計劃線，根據(jù)導航指示沿著計劃線即可開始采集數(shù)據(jù)。

圖2 換能器安裝示意圖

4）內(nèi)業(yè)后處理。打開測深儀后處理軟件，選擇所測數(shù)據(jù)轉換成HTT 與XYH 文件，再利用南方CASS 軟件處理水深數(shù)據(jù)，對實測的數(shù)據(jù)進行分析和刪除。

2.1.3 水深測量質量檢核

為了校核和修正測深儀測量結果，每次測深前后均需利用比對板或河床測量平臺、帶標尺鋼管、吊船輔助對測深儀測深進行比測。通過調整聲速，以得到最佳的測深效果。河床測量平臺與測深儀測量深度對比結果如表1 所示，監(jiān)測水深插值曲線如圖3 所示，可以看出，測深儀與河床測量平臺測量的水深誤差最大為0.14 m，滿足水深大于20 m時，允許誤差不得大于實際水深的1%的要求。

圖3 監(jiān)測水深插值曲線

表1 河床測量平臺與測深儀測量深度對比表/m

2.2 陸地組拼測量控制

陸地組拼第一節(jié)測量控制，主要是放樣沉井底節(jié)各分節(jié)段特征點和結構尺寸的測量控制。沉井第一節(jié)制造前在制造廠區(qū)內(nèi)提前建立施工控制網(wǎng)，以沉井中心為坐標原點，上下游方向為X 軸方向，垂直于上下游方向為Y 軸方向，高程基準點利用船廠內(nèi)原有的基準點。利用全站儀放樣得到沉井底口每個節(jié)段的特征點，并對沉井底口制造臺座進行抄平，誤差控制在2 mm；同時在每個底座上設置沉降觀測點?，F(xiàn)場按照放樣點對第一節(jié)沉井進行分節(jié)段拼裝，每節(jié)拼裝完成后均需利用吊線檢查沉井的垂直度。全部拼裝完成后，利用全站儀對沉井進行檢查，檢定鋼尺進行復核。為了對沉井進行精確定位，根據(jù)沉井的結構特征，本文在沉井的4 個軸線點和4 個角點做了8 個特征點，同時為了圍堰接高位置的準確，測量人員還需在沉井頂口測放出圍堰各塊段角點。3 號墩沉井處爆破前的水下等深線如圖4 所示，爆破后的三維立體圖如圖5所示。

圖4 3號墩沉井處爆破前水下等深線

圖5 3號墩沉井處爆破后三維立體圖

3 沉井定位與下沉著床的具體控制

由于蕪湖長江公鐵大橋主橋軸線為直線，為了現(xiàn)場施工放樣方便，新建橋梁施工坐標系以橋軸線為X 軸，里程增加方向為X 軸增加方向，數(shù)值與線路里程一致；以垂直于橋軸線方向為Y 軸，數(shù)值為距橋軸線距離，左側為負，右側為正。轉換后3 號墩中心施工坐標為（508 631，0），如圖6所示。

圖6 施工坐標示意圖

3.1 圍堰接高測量

在沉井接高前必須把底節(jié)沉井的頂部與上一節(jié)圍堰底部的特征點在沉井上標示出來。接高過程中，將底節(jié)頂部與上一節(jié)底部的特征點對齊進行分節(jié)段焊接即可，接高過程需進行全程測量控制，重點是沉井各節(jié)段共線度的控制，保證沉井接頭不出現(xiàn)折角和錯臺。首個塊段就位調整后與沉井頂口焊接連接。沉井豎向精度控制可在接高沉井頂部內(nèi)壁和底節(jié)沉井水面以上內(nèi)壁同一軸線位置上，焊接兩個10 cm 長的等長鋼板，鋼板端頭處設置直徑為1 cm的圓孔，從上下鋼板的圓孔帶上弦線，測量弦線各位置到沉井內(nèi)壁的距離，以此調節(jié)沉井傾斜度（圖7）；現(xiàn)場也可采用激光投點儀檢查上下鋼板圓孔是否共線，使得接高沉井與底節(jié)沉井處于同一軸線。

圖7 弦線法傾斜度示意圖

3.2 沉井精確定位與下沉、封底測量控制

3.2.1 沉井精確定位

1）平面調整。定位時，通過GNSS-RTK 測量軸線點坐標求取它們與橋軸線的夾角，即為沉井扭角。沉井下沉到位后，可直接采用GNSS-RTK測出沉井的頂面軸線控制點坐標；同時利用全站儀極坐標法進行檢核，以保證所測數(shù)據(jù)的準確性。平面調整主要為平面扭轉調整和縱橫向位置調整（圖8），沉井發(fā)生平面扭轉時，主要通過邊錨錨繩調整；沉井橫向偏移采用前后拉纜調整。

圖8 鋼沉井扭轉測量示意圖

2）垂直度調整。沉井平面位置精確調整著床后，由于爆破后的河床不能保證水平，沉井著床后會產(chǎn)生傾斜，測量沉井上提前做好的特征點高程，通過高差與點之間的距離確定沉井的傾斜度；同時通過沉井內(nèi)壁調平樁調整沉井垂直度。沉井垂直度也可采用激光準直儀檢查上下鋼板是否共線來復核。

3.2.2 沉井下沉測量控制

在沉井下沉的過程中，測量人員應及時提交沉井的頂中心偏移、底中心偏移、刃角高程、扭角、傾斜等資料，前一段時間以糾偏為主，后一段時間以調整垂直度為主。沉井著床，通過錨碇系統(tǒng)精確調整平面位置，通過調平樁和鋼墊塊抄墊調整垂直度，無需進行沉井周圍的河床沖刷測量。

1）頂面結構中心。沉井點頂面結構中心坐標由同一軸線上的3#、7#和1#、5#點平均得出，當較差在1 cm以內(nèi)時，取二者平均值。

2）平面扭角。平面扭角通過比較直接測量的沉井軸線坐標方位角與設計方位角得出，取兩軸線的平均值。

3）傾斜角。傾斜角由頂面4個點的高差計算得到。

式中，H 為測點高程；L 為測點間距離。

4）底面結構中心。底面結構中心坐標由頂面結構中心坐標和傾斜角計算得到。假設頂面結構中心坐標為X0=0、Y0=0，橋軸線里程增加方向方位角為0°，右手垂直方向為90°，角度順時針增加，建立一個假設坐標系，則底面結構中心坐標為：

沉井底口中心坐標也可根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)通過沉井三維立體模型旋轉移動得到。旋轉模型如圖9所示。根據(jù)施測的頂面結構中心施工坐標，通過平面坐標轉換計算，得到底面結構中心施工坐標。沉井最終定位精度滿足設計要求（傾斜度小于1/100；頂、底中心位置允許誤差為25 cm；平面扭角允許偏差為1°）。3號墩沉井著床測量成果記錄如圖10所示。

圖9 3號墩沉井旋轉模型

圖10 3號墩沉井著床測量成果記錄

3.2.3 沉井封底測量控制

由于沉井下沉到位后沉井內(nèi)部的水位基本是靜止的，封底之前可直接利用測量繩配合測砣測量封底前的水下高程。根據(jù)現(xiàn)場需要，可選擇0.2 m縱向和橫向間距測量水下高程，可利用中海達HD280測深儀進行檢核。

4 結 語

GNSS-RTK 結合數(shù)字測深儀改變了傳統(tǒng)的水下測量作業(yè)模式，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集到最后成圖的高度自動化，大大提高了勞動效率。本文在對蕪湖橋3號墩沉井進行水下地形測量時成功運用了這一技術，既保證了測量精度，又提高了工作效率。3號墩沉井下沉著床精準，沉井定位和下沉控制測量數(shù)據(jù)為沉井的最終著床提供了技術保障，對工期的推動起到了積極作用。該方法在3 號墩沉井施工中的成功應用，能為其他同類橋梁和類似工程應用沉井基礎提供一定的借鑒。