泰州大橋鋼中塔線形控制誤差調整方法

張向群，王 琳，游新鵬

(1.江蘇省長江公路大橋建設指揮部，江蘇泰州 225321;2.中交第二航務工程局有限公司，武漢 430040;3.長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室，武漢 430040)

1 前言

泰州大橋為世界首創的三塔兩主跨懸索橋，橋跨布置為(390+1 080+1 080+390)m，南北橋塔為鋼筋混凝土結構，中塔為縱向“人”字形、橫向門式框架型鋼塔，塔高191.5 m。“人”字形交點以上塔柱高122 m，交點以下塔柱高69.5 m。兩條斜腿在塔底的叉開量為34.75 m，斜腿段縱向坡度為4∶1，兩塔柱間的橫向中心距塔頂處為34.8 m，塔底處為42.579 6 m，塔柱橫向呈1 920∶39的坡度。采用節段預制－現場安裝的方法安裝，中間鋼塔結構布置及節段劃分如圖1所示，節段間通過高強螺栓連接，節段連接需滿足設計對金屬接觸率的要求［1］。

鋼中塔具有結構復雜、節段重量大、架設難度高及定位難、測量難度大、環境因素影響大等特點［2］。同時，由于鋼塔節段數量多易導致累積誤差，施工控制難度大，特別是鋼塔的線形控制，如何保證線形調整的準確性，保證鋼塔安裝精度，是大橋鋼中塔建設的主要難點之一［3］。

2 泰州大橋線形控制總體方法

采用全過程的控制理念同時對節段制造階段和鋼塔柱安裝階段進行控制。針對安裝節段多，安裝誤差容易累積的特點，為避免安裝過程中出現較大的誤差，在塔柱的不同高度處設置了4條調節縫(如圖2所示)，用于在安裝階段進行誤差修正。在調節縫位置，相鄰鋼塔節段不需滿足金屬接觸率要求，只通過摩擦型高強螺栓連接傳力，因此可以通過改變接縫狀態進行塔柱線形調整。

圖1 鋼塔總體布置圖及節段劃分方案(單位:m)Fig.1 General arragement and segment division of steel pylon(unit:m)

相對于混凝土索塔，鋼塔線形對溫度、風等環境荷載影響更為敏感。此外，鋼塔節段采用MD3600塔吊吊裝，塔吊對鋼塔線形也會產生一定影響。因此，需針對鋼塔架設施工期的環境因素，如溫度、風速、施工臨時荷載等進行全程監測控制。

圖2 調節縫布置圖Fig.2 Arragement of the adjusting gap

3 控制精度管理系統

為了對鋼塔從制造階段到安裝階段的實測數據進行有效管理，建立了專門用于鋼塔制造安裝的施工控制系統。施工控制系統組織結構如圖3所示。

圖3 施工控制系統組織結構圖Fig.3 Structure diagram of construction control system

其中，實測數據包括預拼裝數據和安裝階段測量數據，理論數據為采用施工階段分析模型計算數據，在考慮對應階段施工荷載以及環境因素之后分析得到。理論線形與實測線形之差即線形誤差。將已發生的線形誤差計入理論分析模型，可以計算得到安裝完成后的線形，由此對當前階段的索塔線形誤差進行評估，進一步確定誤差處理方案。

4 調節段調整量計算方法

依據已安裝鋼塔節段溫度及風環境測試數據以及臨時荷載的信息，通過施工階段有限元模型計算得到理論線形，結合已安裝鋼塔節段的實測數據，可以得到已安裝節段的實際安裝誤差。對比考慮預拼裝線形數據，確定墊片修正方案，盡量將鋼塔無應力線形在下一調節縫位置修正至理論位置。

預拼裝線形可通過相鄰節段橫橋向和縱橋向兩個方向偏位、夾角和節段長度表達，預拼裝測量采用全站儀和精密水準儀對處于水平預拼裝狀態的鋼塔相鄰節段外壁控制點進行測量，得到橫橋向和順橋向的夾角。節段長度采用鋼尺測得。

兩條調節縫之間的鋼塔上下相鄰節段滾動進行預拼裝，即第i－1節段與第i節段進行預拼裝，第i節段再與第i+1節段進行預拼裝，如此反復進行。

以調節縫為界，可以將鋼塔分成數個區間，每個區間的鋼塔制造節段均可通過預拼裝得到一條折線，即區間的制造線形，如圖4所示。

圖4 預拼裝線形示意圖Fig.4 Pre-assembly alignment diagrammatic sketch

在不考慮施工誤差的情況下，以下一調節節段處平面偏位為0作為修正目標，則調節縫處墊片厚度Δx、Δy(縱橋向高差修正量，橫橋向高差修正量)可以由式(1)求得。

式(1)中，wx為調節縫處鋼塔節段縱橋向寬度;wy為調節縫處鋼塔節段橫橋向寬度;li為第i節段長度;αxi為第i+1節段相對于第i節段縱橋向偏角;αyi為第i+1節段相對于第i節段橫橋向偏角;n為兩個調節縫之間節段數量。

根據縱橋向高差修正量與橫橋向高差修正量即可確定調整節段各個位置的墊片厚度。

5 工程實施

現以泰州大橋J1縫為例說明線形控制誤差調整方法，根據D0節段定位誤差和D1～D3節段預拼裝測量數據，在J1接縫不調整的情況下，預測至D3節段合龍口偏位如表1所示。其中平面偏位以偏北和偏下游為正。

表1 D3節段合龍口平動誤差預測Table 1 Translation error prediction of D3 segement closure gapmm

綜合考慮預測誤差情況和測量數據自身的誤差，確定墊片位置和層數(見表2)，墊片采用標準厚度鋼片，厚度為0.4 mm。

表2 接縫調整布置方案Table 2 Layout scheme of the adjusting gap mm

其余接縫均采用相同計算方法，進行調節縫的調整量計算。現場實施表明，調節縫設置可以有效地實現誤差調整，分階段修正誤差的方法可以有效地保證鋼塔安裝線形。

6 結語

泰州大橋鋼塔的施工控制說明設置調節縫可以有效修正鋼塔柱安裝累積誤差，最終將泰州大橋鋼塔的整塔垂直度控制在1/19 000以內，確保了鋼塔安裝滿足設計精度要求。

［1］劉建波，張永濤，游新鵬，等.泰州大橋中塔安裝施工關鍵技術［J］.中國港灣建設，2011，4:56－59.

［2］李宗平，唐 啟，張六一.南京長江第三大橋鋼塔柱安裝施工［J］.施工技術，2008，37(5):105 －110.

［3］章登精.南京長江第三大橋鋼塔工程控制技術［J］.中國鐵道科學，2007，28(4):133－140.