姚旸 、傾濤、李鵬、張付軍、頡沛、許卓

（1.中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450000；2.甘肅長達路業(yè)有限責任公司，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省公路航空旅游投資集團有限公司，甘肅蘭州 730000）

1 工程概況

尖山溝特大橋為主跨220m 上承式鋼管混凝土拱橋，拱軸線采用懸鏈線，主拱圈采用等寬等高空間桁架結構，單個節(jié)段含左右兩榀及風撐，全橋共分14 個節(jié)段，采用扣掛法自拱腳向跨中對稱懸臂拼裝，跨中合龍見圖1，拱肋施工流程見圖2。

圖1 拱肋施工布置圖（單位：標高m，尺寸mm）

圖2 拱肋施工流程

2 拱肋拼裝控制網及坐標系統(tǒng)

該橋拱肋結構復雜，要求定位精度高，測量難度大?？刂凭W坐標為施工獨立坐標系統(tǒng)，中央子午線為105°，投影面高程為870m，高程系統(tǒng)為1985 國家高程基準。

為保證鋼管拱安裝的精度，以首級控制網為基礎，在橋位兩側加密布設主橋專用控制網，供施工放樣和監(jiān)測使用，如圖3 控制點點位與橋梁位置關系所示：GPS018 為設計院交樁控制點，Y6、JM1、JM2-1、DX204-1 組成大地四邊形為鋼管拱拼裝線形控制專用控制網，為減小鋼管拱的拼裝誤差，在拼裝過程中固定施工控制點，右幅固定使用JM1、JM2-1、YD6 三個控制點，左幅固定使用DX204-1、JM2-1、YD6 三個控制點；為提高測量精度，以上控制點均設置為強制墩（見圖3）。

圖3 控制點與橋梁位置關系圖

根據(jù)規(guī)范要求，路線平面控制測量網應使測區(qū)內投影長度變形值不大于2.5cm/km；大型構造物平面控制測量坐標系，其投影長度變形值不應大于10mm/km。針對鋼管拱專用控制網的投影長度變形情況，選取GPS018～JM1 邊進行檢測，檢測邊測量采用徠卡TCRA1201+（1″）全站儀進行往返觀測，成果取中數(shù)采用。測距前應在全站儀里修改溫度氣壓等氣象參數(shù)。檢核邊往返測較差見表1、表2。

表1 電磁波測距邊往返差

表2 電磁波測距邊與坐標反算距離較差

比較結果表明投影長度變形值為6.8mm/km，小于10mm/km，測區(qū)內投影長度變形值滿足規(guī)范要求。

3 拱肋線形控制

鋼管拱懸拼施工的首要控制目標就是使裸拱線形達到理想成拱軸線，即裸拱一次成拱時的計算軸線。

制造拱軸線=設計坐標+設計預拱度

理想成拱軸線=制造拱軸線+空鋼管一次成拱撓度

所以該階段的拱肋線形調整必須按照監(jiān)控指令為準。

3.1 鋼管拱拱肋坐標復核

該橋主橋處于直線段，拱肋坐標設置在上、下弦管中心，坐標原點在鋼管拱理論狀態(tài)下的跨中拱肋中心處，里程增加方向為正方向；Y 軸垂直于X 軸，正方向向下。拱肋坐標計算如下：

懸鏈線方程：

式（1）中：f為拱軸線高度，由拱頂?shù)狡鸸包c豎直高度為44m；

m拱軸系數(shù)為1.28；

拱軸線長度l=100m，為拱頂?shù)狡鸸包c的水平距離。

拱軸線坐標復核驗算無誤后，根據(jù)設計圖所給的懸鏈線坐標及預拱度相加，與放樣坐標表相比較，驗證線形是否相吻合，并同樣按1∶1 的比例繪制出施工線形圖，作為后續(xù)的拼裝放樣斷面圖。

3.2 拱肋節(jié)段預拼線形測量

為了校正鋼管拱肋加工誤差和運輸?shù)淖冃危：斯袄邫M聯(lián)位置，在工地現(xiàn)場進行平拼。按照設計加工圖制做1∶1 胎模大樣，將鋼管拱肋節(jié)段依次試拼。在預拼之前，要先用全站儀檢驗預拼段鋼管拱肋的胎模大樣是否與設計吻合。在預拼之后，對胎體上的鋼管拱節(jié)段進行逐段檢測其各個部位平面位置和標高，以保證符合設計圖。通過試拼工藝檢驗試拼拱肋是否與設計吻合，確保拱軸線形符合設計要求。試拼工序是保證鋼管混凝土拱肋整體吊裝成功的關鍵[1]。

全站儀檢驗預拼段鋼管拱肋的胎模大樣時，利用AB 兩點建立參考線，根據(jù)圖紙所標注尺寸對鋼管拱肋的胎模大樣的各個結點位置進行檢測，檢測合格后根據(jù)各結點彈出鋼管拱肋的胎模線。鋼管拱肋預拼完成后，通過吊線墜對比胎模線進行對鋼管拱肋預拼成果進行檢驗（見圖4）。

圖4 主拱分段匹配定位地樣線圖

3.3 拱肋拼裝線形測量方法

為了方便快捷地指導現(xiàn)場拱肋線形精調工作，拱肋線形測量參考隧道斷面測量工作思路，依據(jù)鋼管拱制作線形（包括設計預拱度）制作一個標準斷面，現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與標準斷面對比得出需要精調的數(shù)據(jù)。具體操作如下：

（1）繪制鋼管拱拱肋線形標準斷面圖：依據(jù)復核后的各節(jié)段拱肋坐標與設計預拱度繪制拱肋線形標準斷面圖。

（2）建立測量線路：在手機測量APP 中建立鋼管拱測量線路，包括平曲線參數(shù)、豎曲線參數(shù)；線路建立完成后，拱肋的設計軸線轉換成獨立線路里面的里程。上下游拱肋弦管根據(jù)軸線偏距對應的里程分別為K0+001、K0+003、K0+006、K0+011。

（3）編輯標準斷面：將拱肋線形標準斷面參數(shù)輸入手機測量APP 中，輸入后如圖5 所示。

圖5 編輯完后的拱肋線形標準斷面圖

（4）利用手機測量APP 對鋼管拱拱肋線形進行測量。根據(jù)監(jiān)控單位出具的監(jiān)控指令（考慮了拼裝預抬值），使用鋼管拱測量線路中的里程和“超欠挖值”對鋼管拱的偏位和標高進行調整；如圖6 所示，其中“超欠挖值”對應的為拱肋標高差值，里程為拱軸線位置。

圖6 手機APP 輔助測量圖

3.4 拱肋線形測量的棱鏡裝置

為提高測量精度，研發(fā)了一種應用于鋼管拱橋拱肋測量的棱鏡裝置-兩點歸心棱鏡裝置（見圖7）。線形調整時，該棱鏡裝置可依靠自身結構箍在拱肋懸臂端上，并通過測量兩個對稱的徠卡圓棱鏡坐標取中值得到鋼管拱拱肋中心三維坐標，實現(xiàn)準確定位。

圖7 兩點歸心棱鏡裝置的安裝圖

3.5 鋼管拱拱肋合龍測量

拱肋合龍成功與否是整個施工過程中的關鍵控制點，合龍狀態(tài)誤差的大小，將直接影響成拱后拱肋的內力狀態(tài)。因此，該橋拱肋合龍控制，是整個施工控制的重點。

拱肋合龍溫度應接近設計合龍溫度（15℃）。合龍之前，全面檢查全橋拱肋的標高、軸線，根據(jù)合龍口的長度對合龍段進行配切，最終完成拱肋的合龍。

在合龍段兩側對稱位置的拱肋弦管中線處安裝徠卡圓棱鏡，拱肋標高的測量控制用徠卡TCRA1201+全站儀進行三角高程方法進行測量。為減小氣象改正誤差、儀器誤差的影響，采用差分三角高程測量，使用大小里程的JM2-1、YD6 作為高程基準點。為確保測量數(shù)據(jù)的準確，每次觀測固定觀測人員、固定測量儀器、固定測站安置位置。

首先在JM2-1 附近架設儀器，測出JM2-1 與YD6之間距離L、JM2-1 分別與拱肋合龍段大小里程的高差Δh小、Δh大，距 離L小、L大，JM2-1 與YD6 之 間 高 差ΔH實測，已知JM2-1 與YD6 之間的理論高差ΔH理論，由式（2）得出：

由式（3）得出Δh均

由式（4）得出Δh改

由式（5）得出Δh實

按照以上計算順序得出合龍段量測與JM2-1 之間的實際高差，再根據(jù)JM2-1 的高程加實際高差計算出合龍段兩側的標高。高差差分光電測距三角高程傳遞應進行兩組獨立觀測，兩組高差較差不應大于2.0mm，滿足限差要求后，取兩組高差平均值作為傳遞高差。

為避免外界環(huán)境對合龍口的影響，凌晨完成右幅鋼管拱的合龍，主拱合龍前對主拱合龍口標高和軸線偏位進行調整和測量，合龍完成后對合龍段的線形復測，合龍標高誤差分別為-5mm、-1mm、-3mm、-6mm，軸線偏差為-6mm、-2mm、-5mm、-3mm，標高及軸線合龍偏差均滿足設計及規(guī)范要求。

3.6 鋼管拱合龍松索后線形測量

在拱肋各節(jié)段包板、合龍口、K 撐焊接完成，并在所有焊縫檢驗合格后，進行拱肋各節(jié)段的扣、錨索松索拆除施工；按照第7 節(jié)至第1 節(jié)的順序大小里程、扣錨索對稱松索；在松索過程中對扣塔偏移、鋼管拱線形進行監(jiān)測。在各節(jié)段扣錨索拆除完成后，對拱肋各節(jié)段的線形進行測量。在松索完成后，第1 節(jié)至第3節(jié)標高明顯下降，第5 節(jié)至第7 節(jié)標高明顯上升，最大上升值為15mm，各節(jié)段的松索后線形（縱向）變化與計算數(shù)據(jù)相吻合[2]。

4 結論

尖山溝特大橋在橋高（距離地面200m）、兩岸地形陡峭、施工場地狹小的深谷環(huán)境下，采取明確合理的測控程序及測量技術手段，確保鋼管拱拱肋線形滿足設計要求。

其一，通過對拱腳預埋節(jié)段的精確定位，保證拱肋首節(jié)段和預埋段順利對接，使安裝的拱肋符合設計線形。

其二，拱肋起吊前，先行復核上一段拱肋軸線、標高及扣塔偏移量。拱肋內法蘭初步連接、扣索受力后，將拱肋軸線及高程偏差分階段提供給吊裝總指揮。在逐步調整索力期間，實時報告拱肋軸線、高程偏差值及扣塔偏移量，供吊裝作業(yè)組及時對扣索、錨索進行張拉，對鋼管拱拱肋線形進行精調。拱肋線形精調到位后，由監(jiān)理、監(jiān)控單位確認無誤后，錨固扣索、錨索，完成安裝施工。

其三，考慮外界環(huán)境對測量精度的影響，拱肋的線形精調作業(yè)選擇在夜間或陰天時進行，減小測量誤差的影響，但在吊裝過程中由于施工荷載的增加、焊接變形及風力的影響，均有可能使拱肋節(jié)段空間位置產生變化，采用標準斷面法對鋼管拱進行線形控制，可實時得出拱肋線形狀況。該方法結合手機測量APP 實現(xiàn)測量結果圖像化顯示，更直觀、更高效、更準確地指導現(xiàn)場拱肋精調。

其四，研發(fā)兩點歸心棱鏡裝置。該棱鏡裝置結構簡單、使用方便，避免了人工扶棱鏡產生的誤差，提高鋼管拱線形控制的精度，降低了高空、夜間作業(yè)安全風險。此裝置已得到國家專利局實用新型專利授權。

其五，優(yōu)化建立鋼管拱拼裝獨立控制網系統(tǒng)，對控制網投影變形進行分析，削弱系統(tǒng)誤差對鋼管拱線形控制測量的影響。