漢陽河鋼管拱橋測量方法研究

摘要：湖北宜昌市五峰土家族自治縣漢陽河特大橋是采用纜索吊機吊裝鋼管拱合攏成拱的方法進行施工的。為使鋼管拱在吊裝過程中和合攏后的各項技術指標的允許偏差控制在設計和規(guī)范規(guī)定的范圍內，保證測量精度滿足施工要求，制定了文章介紹的測量方法，以指導施工。文章主要介紹了吊裝施工測量控制的方法和過程。

關鍵詞：漢陽河特大橋；測量方法；纜索吊機；吊裝鋼管；吊裝施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：U448 文章編號：1009-2374（2015）05-0096-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0380

1 工程概況

K56+817漢陽河特大橋跨徑組合按（3*30）m預應力混凝土簡支T梁+1*171m上承式鋼管混凝土拱橋+（4*30）m預應力混凝土簡支T梁，全橋長399m。鋼管拱橋平面位于直線上，縱坡位于2.8%直線上，橋面全寬12m。主橋采用凈跨171m鋼管砼桁架上承式拱橋，計算矢高f=33m，凈矢跨比為1/5.18，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.65，拱肋為等截面鋼管砼桁架結構，截面高度3.5m。全橋共兩片桁架，兩桁架中到中間距8.6m。

為使鋼管拱在吊裝過程中和合攏后的各項技術指標的允許偏差控制在設計和規(guī)范規(guī)定的范圍內，保證測量精度滿足施工要求，特制定本測量方法，以指導施工。

圖1 漢陽河特大橋總體布置圖

2 編制依據(jù)

中交二勘院《施工圖設計》：第三冊《橋梁、涵洞》

《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）

《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）

《測量規(guī)范》（GB 50026-2007）

《公路勘測規(guī)范》（JTGC10-2007）

《國家三、四等水準測量規(guī)范》（GB/T 12898-2009）

3 控制網基本情況

3.1 測量坐標系統(tǒng)

根據(jù)設計文件及現(xiàn)場施工需求，本項目的控制網坐標系統(tǒng)如下：控制網坐標系統(tǒng)：1980西安坐標系，中央子午線111°；控制網高程系統(tǒng)：1985國家高程基準；橋梁獨立施工坐標系：為了計算方便簡潔，現(xiàn)場方便直觀，需建立施工坐標系。

3.2 控制點復測

施測前完成首級導線控制網的復測及加密，主橋控制點沿漢陽河兩岸分別布設LY17、LY18、JM07、JM08，各控制點均帶標高。拱肋的標高主要采用全站儀三角高程測量控制，在吊裝前對主橋控制網進行復測，復測前必須對測量儀器進行檢驗和校正，以保證測量成果的

精度。

4 組織安排及資源配置

4.1 儀器設備組織

本項目使用的儀器設備均在檢定有效期限內，其檢定結果均滿足相應的規(guī)范要求，并在作業(yè)前對主要儀器進行了常規(guī)檢校，保證儀器設備性能穩(wěn)定可靠。

4.2 人員配置

根據(jù)該工程的特點，為確保本項目順利完成，項目部組織多名測量專業(yè)知識扎實，實踐操作熟練，并且具備相關資歷的技術人員完成測量工作。

5 控制測量方案

5.1 拱肋安裝

5.1.1 內業(yè)計算：

（1）拱肋計算主要數(shù)學模型：

拱軸懸鏈線計算公式：Y=f/（m-1）*[ch（k*ξ）-1]

拱軸預拱度計算公式：△F=-△f（1-4X2/L2）

拱軸任一點水平傾角：φ=argtg[2fKshKξ/L/（m-1）]

式中：

拱軸系數(shù)m=1.65

計算矢高f=33

預拱度△f=0.075

計算跨徑L=171

系數(shù)k=ln（m+）

系數(shù)ξ=X/（L/2）

（2）編制Excel輔助計算程序表格（表格見后附

表1）。

表格中的相對坐標系是以沒設預拱度的拱軸跨中為原點，水平指向拱腳的方向設為X正方向，豎直指向地面的方向設為Y的正方向。Excel輔助計算程序表（部分）如表1所示：

表1

x（m） ξ=X/（L/2） y=f/（m-1）*[ch（k*ξ）

-1）] Tanψ ψ（弧度） 拱腹 拱頂

0 0 0 0 0 3.500 0.000

3.25 0.038011696 0.043265042 0.026628422 0.026622131 3.543 0.043

6.5 0.076023392 0.173133909 0.05330223 0.053251836 3.673 0.171

9.75 0.114035088 0.389827947 0.080066884 0.079896444 3.890 0.383

13 0.152046784 0.693716484 0.106968003 0.1065628 4.194 0.679

16.25 0.19005848 1.085317462 0.134051436 0.133257025 4.585 1.061

19.5 0.228070175 1.565298319 0.161363344 0.159984292 5.065 1.528

22.75 0.266081871 2.134477124 0.188950276 0.186748603 5.634 2.082

26 0.304093567 2.793823975 0.216859252 0.213552584 6.294 2.723

29.25 0.342105263 3.544462649 0.245137838 0.240397301 7.044 3.453

32.5 0.380116959 4.387672521 0.273834232 0.267282083 7.888 4.272

35.75 0.418128655 5.32489074 0.302997344 0.294204378 8.825 5.182

39 0.456140351 6.357714684 0.332676879 0.321159629 9.858 6.185

42.25 0.494152047 7.487904677 0.362923422 0.348141181 10.988 7.282

45.5 0.532163743 8.717386993 0.393788524 0.375140214 12.217 8.474

48.75 0.570175439 10.04825714 0.425324792 0.402145717 13.548 9.765

52 0.608187135 11.48278342 0.457585975 0.429144488 14.983 11.155

55.25 0.64619883 13.02341082 0.490627058 0.456121179 16.523 12.648

58.5 0.684210526 14.67276515 0.524504357 0.483058373 18.173 14.245

61.75 0.722222222 16.43365753 0.559275611 0.509936698 19.934 15.949

65 0.760233918 18.30908921 0.595000083 0.53673498 21.809 17.763

68.25 0.798245614 20.30225663 0.631738662 0.563430425 23.802 19.690

71.5 0.83625731 22.4165569 0.669553963 0.589998838 25.917 21.734

74.75 0.874269006 24.65559359 0.70851044 0.616414862 28.156 23.897

78 0.912280702 27.02318288 0.748674488 0.642652241 30.523 26.183

80.4 0.940350877 28.8564294 0.779149252 0.661897135 32.356 27.952

82.8 0.968421053 30.76367857 0.810348144 0.681019012 34.264 29.793

85.2 0.996491228 32.74670297 0.842300159 0.70000689 36.247 31.705

85.5 1 32.99999997 0.846348586 0.702370407 36.500 31.950

5.1.2 安裝限差

（1）合攏前：對稱點高差：≤20mm

各測點標高：≤+20mm

位置偏差：≤±15mm

（2）合攏松扣后：對稱點高差：≤57mm，極值為允許偏差的2倍，且相反

拱圈標高：≤±57mm

拱軸線位置偏差：≤28mm

（3）預埋件位置：≤5mm

（4）觀測精度：軸線橫向位置：≤4mm

拱圈高程：≤±8mm

5.2 拱座預埋

拱座內鋼管拱預埋節(jié)段定位安裝是鋼管拱肋安裝前的一項重要的工作，預埋質量將直接影響后續(xù)鋼管拱整體安裝線型。

5.2.1 根據(jù)設計圖紙，精確放出定位槽鋼的位置，鉸座預埋鋼板安裝時用水準儀測量鋼板四角高程，確保鋼板水平并滿足設計標高的要求。

5.2.2 安裝臨時鉸座前，先用全站儀精確放出兩側鋼管中心點位，吊裝時用全站儀觀測垂直度，保證臨時鉸座的垂直度及臨時鉸處于拱軸線上。

5.2.3 在安裝和砼施工過程中隨時檢查拱軸位置，固定后再次檢查軸線和標高，出現(xiàn)偏差需重新定位，施工中嚴格控制預埋段的精度。

5.3 拱肋吊裝

5.3.1 拱肋節(jié)段吊裝過程中的定位觀測，是保證主拱肋正確就位的關鍵，定位觀測利用全站儀的三維坐標控制功能直接測出觀測點的三維坐標，時間選在清晨或黃昏日落之后，溫度介于10℃～20℃之間，并且測量時間最好控制在兩小時之內。施工放樣時應加入預拱度，拱頂為18cm，起拱點為0cm，其他位置的預拱度值按二次拋物線進行內插。

5.3.2 預先在各節(jié)段離兩側拱肋前端50cm處，上下鉉管水平中心位置的管外壁及上下鉉管豎直中心位置的管外壁上作觀測點，觀測點采用30mm*30mm*3mm鋼板制作，鋼板與水平方向垂直，利用鋼筋支撐焊接在拱

肋上。

5.3.3 拱肋吊裝前先在拱座上放出兩側拱肋中心點，點位放出后對四個點位進行閉合復測，建立獨立的施工測量坐標系，復測后的中心點數(shù)據(jù)作為控制點數(shù)據(jù)，用于控制整個拱肋的中心軸線。

5.3.4 拱肋分段安裝時，在相對應的控制點上架設全站儀，觀測拱肋分段側面的四個觀測點，這四個觀測點的數(shù)據(jù)用于控制拱肋分段的高程及軸線的定位。

5.3.5 拱肋分段安裝完成后，在拱座中心點位上架設全站儀，監(jiān)測拱肋分段頂面及底面的四個觀測點，確保整個拱肋的中心軸線在規(guī)范以內，如發(fā)現(xiàn)偏位立即調整。

5.3.6 拱肋合攏前，對兩端缺口的標高、坐標和合攏段長度進行連續(xù)3d的精確觀測，用50m的鑒定鋼尺復核兩端的間距，以確定不同溫度時缺口尺寸變化與基準溫度15℃時各尺寸的關系。合攏段安裝應選擇在一天中的最低氣溫時進行，但不宜低于5℃。合攏段吊裝時根據(jù)實測合攏段長度，對合攏段余量進行切割。

5.4 狀態(tài)監(jiān)測

5.4.1 在兩岸已有控制點設置觀測站，利用拱肋吊裝時的觀測點作為監(jiān)測點，監(jiān)測需在拱肋合攏后、松錨過程中及松錨后三個階段分別進行。

5.4.2 為全面掌握主拱結構的變位情況，較好地控制測量誤差，采用高精度的全站儀對測點的三維坐標進行監(jiān)測。

5.4.3 對主拱圈的拱腳進行變形監(jiān)測，以監(jiān)測拱座的變位狀況。

5.4.4 采集時間選擇在早晨7∶00～9∶00以前，在記錄表上標明日期、時間及溫度，并注明施工階段。采集的數(shù)據(jù)要和前期采集的數(shù)據(jù)比較其變化，如有突變要分析原因、補測并通報負責人。原始數(shù)據(jù)記錄要保存完好，數(shù)據(jù)文件要做好備份。

5.4.5 在沉降不明顯時結束狀態(tài)監(jiān)測，根據(jù)測量數(shù)據(jù)變化、時間繪制曲線圖，形成監(jiān)測成果分析資料。

5.5 精度評定

5.5.1 測量點平面位置誤差預估：

X坐標計算公式為：XP=X0+S×cosZcosA

XP為測點X坐標，X0為控制點坐標，Z為豎角，A為方位角。

根據(jù)誤差傳播定律，測點里程X中誤差為：

在實際施工過程中控制點點位誤差MX0=±1mm，儀器采用徠卡TCA2003，標稱精度為0.5″，1+1ppm；方位角A最不利取±90或0度；S取最遠施測距離170m，豎角Z對取最不利影響值0度。

角度觀測誤差來源主要有：儀器誤差M儀=±0.5″；照準誤差（全站儀自動搜索）M照=0″；讀數(shù)誤差（電子讀數(shù)）M讀=0″，后視建站方位角誤差M站=2″，則：

=±2.06″

則在最不利情況下測點X坐標中誤差為：MX=±1.5mm

Y坐標計算公式為：YP=Y0+S×cosZsinA

同上計算公式在最不利情況下測點Y坐標中誤差為：MY=±1.5mm

且MX、MY極大值不可能同時出現(xiàn)。

5.5.2 高程控制精度預估：

測量點采用三角高程測量，三角高程計算公式：H=H0+SsinZ+i-r

其中H0為控制點高程S為斜距、Z為豎角、i為儀器高、r為棱鏡高

根據(jù)誤差傳播定律計算測點三角高程中誤差：

在實際施工過程中，其中MH0為控制點高程中誤差根據(jù)控制網等級為4mm；S取最遠施測距離170m；儀器采用徠卡TCA2003，標稱精度為0.5″，1+1ppm，則MS=1mm，MZ=6″；Mi為量取儀器高誤差取1mm；Mr為棱鏡高誤差取1mm；ρ=206265；當豎角Z取90度求得MH0極大值：MH=±4.4mm

5.5.3 根據(jù)計算預估本項目鋼管拱橋施工測量精度：

平面精度MX=MY=±1.5mm

高程精度MH=±4.4mm

6 質量安全

（1）對既有測量控制網須加以保護，嚴防觀測點和測量標志被人為移動或損毀；必要時，對控制網進行加密補充。當發(fā)現(xiàn)控制網觀測點或測量標志有挪動或破壞時，應及時加以復測恢復和修正完善。（2）測量施工時注意保護儀器。儀器上高空時，應由測量人員背上高空，嚴禁用繩索或其他方法將儀器吊上高空。雨天或強太陽光下測量時，應打傘遮蓋，并作氣象改正。（3）測量人員應熟悉儀器特性，熟悉操作，動作規(guī)范；嚴禁觀測讀數(shù)時騎跨腳架。（4）鋼管拱桁架吊裝測量系采用三維空間坐標控制，其坐標系的建立與設計圖提供的坐標系不盡一致；對此，測量人員應牢記，嚴防發(fā)生錯誤。資料出具時應注意轉換成與設計圖相統(tǒng)一的測量成果。

作者簡介：陳俊明（1985-），男，中鐵大橋局第七工程有限公司助工。

（責任編輯：陳 倩）