高速鐵路尼爾森體系鋼管混凝土提籃拱施工測量技術

施軍

摘 要：總結了鄭開城際鐵路1-128m提籃拱施工中創新的測量計算和控制方法，提出的利用AutoCAD、midasCIVIL等軟件精確計算提籃拱各個主要構件安裝控制點坐標并結合實際預壓觀測結果進行修正，并采用高精度全站儀進行測量定位的方法，可以大大提高尼爾森吊桿體系鋼管混凝土提籃拱構件安裝精度，實現對鋼結構安裝質量的精確控制。對同類橋梁施工的測量工作提供了一種借鑒思路。

關鍵詞：尼爾森體系 提籃拱橋 施工測量

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0054-02

高速鐵路及城際鐵路設計行車速度為200～350km/h，對橋梁等基礎設施的受力和線形的要求很高[1]。相對于一般拱橋而言，尼爾森體系提籃拱橋結構更加穩定、縱橫向剛度更大、動力性能更好、造型更加美觀，而且由于該橋型橋面以下的結構高度低、跨度大，在跨越鐵路、高速公路等必須確保橋下凈空的情況下十分適用。但是，由于提籃拱橋拱肋向內傾斜以及斜向交叉的吊桿，增加了拱肋空間定位及施工的復雜性。提籃拱橋拱肋及吊桿的空間定位是否準確對整個結構受力的影響較大，而拱肋及吊桿空間坐標的計算和施工控制都相當復雜，影響因素也較多，比如系梁預應力張拉引起的縱向壓縮的影響、拱肋豎向預拱度的影響、線路縱坡的影響以及安裝溫度的影響等，因此要確保橋梁的結構受力與設計要求更加接近，就必須嚴格控制拱肋和吊桿預埋件安裝時的定位精確度。

1 工程概況

該提籃拱跨徑為1～128m，含兩端過渡段全長134.1m，線路位于500半徑的右偏圓曲線及緩和曲線上，縱坡19.6‰，梁體平面按直線布置，線路中心與橋中心不平行。系梁設計為單箱三室預應力砼箱形截面，橋面箱寬19m、梁高2.5m。拱肋采用二次拋物線線型，計算跨徑為128 m，矢跨比f/l=1/5，橫截面結構為啞鈴形鋼管混凝土等截面布置，截面3.5 m高，鋼管外徑1.25 m，拱管之間用腹板連接，鋼管及腹腔內填充C55無收縮混凝土。拱肋橫橋向內傾9°，兩拱肋之間共設五道橫撐，拱頂處為X型撐，其它部位設4道K型撐。吊桿為尼爾森體系，拱肋平面內夾角52.39°～71.18°，橫橋向水平夾角為81°。吊桿間距為8m，總計56根。

2 測量技術

2.1 技術要點

（1）拱腳正確預埋是確保拱肋安裝線型的基礎，由于本橋拱肋設計沒有設置拱腳預埋段和相鄰拱肋節段之間的嵌補段，拱腳預埋后無法調整誤差，因此拱腳預埋必須非常精確。

（2）上下套管是否預埋準確時確保吊桿順利安裝、按照設計要求發揮作用的關鍵，必須確保上下套管的軸線在成橋狀態下吻合。

（3）由于工期緊迫，如何快速、精確的定位拱肋是確保拱肋安裝質量和進度的關鍵

2.2 測控點坐標計算

由于該拱橋的空間幾何位置自成體系，內部對稱，并且設計采用的也是以起拱點為原點、以系梁高度中分線為X軸的相對坐標系。該橋在空間位置上除了縱坡與鐵路線路相同都是19.6‰以外，其它平面位置與線路中線沒有對應關系，用常規的以線路中線為基準計算結構物坐標的平面坐標計算方法無法精確計算該橋拱腳預埋、拱肋安裝和吊桿預埋件所需要的坐標。利用AutoCAD數形結合的功能可以以極高的精確度繪制空間幾何體的三維模型，并且可以輸出任意節點的精確坐標[2]。根據設計給出的相對坐標系各個部位的結合尺寸，在AutoCAD中建立提籃拱的整體模型，然后根據需要截取截面、輸出所需的節點的坐標。設計圖給出了拱橋內部的相對坐標系，拱軸線節點和每根吊桿上下兩端中心點的相對坐標。可以利用上述數據計算出所需要的控制點相對坐標，再將相對坐標轉換為大地坐標系的絕對坐標。

（1）首先繪制提籃拱整體三維模型，此時的模型是相對坐標系，模型繪制時已經考慮了整體的縱坡以及拱肋的設計預拱度。在此過程中還可以檢查設計上是否存在預埋件和預應力筋是否有沖突。

（2）模型繪制完畢檢查無誤后將需要的測量控制點標出，然后三維模型用“平面攝影”命令輸出包含控制點坐標的平面的二維圖和包含控制點高程的立面二維圖。最后將相對坐標二維圖通過平移、旋轉等操作轉換為大地坐標系的二維圖，即可按照施工放樣的需求輸出控制點的精確坐標和高程。

2.3 控制點坐標修正

（1）拱腳、吊桿下套管控制點主要修正因梁體縱向收縮引起的位移和由系梁設計預拱度和現澆支架下沉量迭加引起的高程變化?？v向位移量修正主要通過midascivil等有限元結構分析軟件理論分析結果結合類似工程相關經驗值求得[3]。

通過理論分析計算可知系梁縱向長度收縮量為0.03m，拱腳及吊桿下套管護筒縱向預偏的修正值按照該數值用內插法分配。

（2）拱肋分段控制點主要修正拱肋拼裝支架的彈性變形、非彈性變形

拱肋坐標實際坐標與設計拱軸線的偏差主要由拱在工作狀態下狀態和非承載狀態下的變形值（即拱肋設計預拱度）和拱肋拼裝支架承載后的豎向壓縮形成。由于在用CAD建模計算拱肋坐標時，已經考慮拱肋設計預拱度，所以只需要修正由于拱肋拼裝支架立柱承受拱肋荷載后頂點的豎向位移即可。拱肋支架的豎向位移參照《鐵路混凝土梁支架法現澆施工技術規程》，根據實際采用的支架結構計算[4-5]。

3 應用效果

3.1 拱腳定位

型鋼框架的位置和高程通過提籃拱CAD模型模擬、計算、調整，避免和拱腳以及其他預埋件產生空間位置沖突，同時確保拱腳吊裝到框架上即完成了粗定位，再用全站儀檢核后微調完成了最終精確定位。同時，為了確保拱腳定位的快速、準確和穩固性，拱腳吊裝前先安裝型鋼組合焊接的整體框架作為拱腳安裝基座和定位輔助措施。

拱腳定位過程中，在理論坐標的基礎上針對梁體縱向收縮、支架沉降量等變形因素采取了修正，并在混凝土澆筑過程中全程監控及時調整，系梁施工完畢后4個拱腳上口位置的高程、平面位置誤差絕對值均小于5mm。

3.2 拱肋拼裝

由于拱腳定位準確，為相鄰拱肋節段的軸線控制提供了良好的基礎，拱肋吊裝定位過程順利，僅用40 d就完成了全部拱肋節段吊裝以及合攏，并且拱肋安裝定位的所有偏差指標均小于施工規范規定偏差，滿足設計要求。

3.3 系梁預埋吊桿套管定位

吊桿套管下端采用鋼筋焊接支架定位，上端采用放樣板輔助定位。精確調整到位后用粗鋼筋點焊固定。

4 結語

通過1～128m提籃拱施工的實踐檢驗，該文提出的利用AutoCAD、midasCIVIL等軟件精確計算提籃拱各個主要構件安裝控制點坐標并結合實際預壓觀測結果進行修正，并采用高精度全站儀進行測量定位的方法，可以大大提高尼爾森吊桿體系鋼管混凝土提籃拱構件安裝精度，實現對鋼結構安裝質量的精確控制。為今后同類工程的測量計算提供了一種較為可行的思路，為現場測量控制提供了一種簡便、可靠的方法。

參考文獻

[1] 鐘軼峰.中（下）承式系桿拱橋有限元分析與施工監控[D].重慶：重慶大學，2006.

[2] 高軍.武廣鐵路客運專線東湖提籃拱橋施工方案探討[J].鐵道建筑，2007（3）：13-14.

[3] 張明中.大跨度鋼管混凝土拱橋施工過程仿真計算分析[D].武漢：武漢理工大學，2008.

[4] 鐘善桐.鋼管混凝土結構[M].第3版.北京：清華大學出版社，2003.

[5] 陳寶春.鋼管混凝土設計與施工[M].北京：人民交通出版社，2000.