纜索吊車施工控制探討

摘要：大跨度剛桁拱橋、斜拉橋施工過程復雜、控制要求嚴格，施工期常用纜索吊車對其進行拼裝，纜索吊車的安全及穩定性直接影響剛桁拱的拼裝質量及進度。因此，安裝過程中必須確保纜索吊車的纜索高程精度，并分析纜索吊車施工過程中測量數據的影響因素及誤差來源。

關鍵詞：纜索吊車；施工控制；精度控制；風纜；懸索橋 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）06-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.031

1 概述

新建鐵路成都至貴陽線樂山至貴陽段貴州鴨池河特大橋，設計起訖點里程為：DK472+050.600～DK473+021.600。大橋全長971m，為客運專線，雙線，設計時速250km/h。主跨為436m鋼-混結合中承式系桿拱橋，主橋拱肋采用400t、跨度460m纜索吊機懸臂扣掛法施工。纜索系統主要由扣塔、纜塔、風纜及天車組成，風纜包括后風纜、通風纜與主纜。通風纜、主纜與兩岸纜塔相連，后風纜在纜塔陸地方向對纜塔起牽制作用，各風纜之間相對獨立，互相干擾較小，主纜對天車起承重作用，因此對相互間的高差要求較高。

2 復測施工控制網及塔柱偏移量檢查

在之前的施工過程中本項目的施工控制網已經得到了很好的檢驗，完全滿足施工要求。但纜索作為施工保障以及安全保障中最重要的一環，在正式施工之前必須全面復測控制網。本項目用的是2臺精度為±5"的TS30自動全站儀，其測距精度為（1±d）mm，具有自動球氣差改正、自動照準、自動觀測及自動儲存傳輸和處理數據等多種功能。

圖1 控制網示意圖 圖2 風纜架設示意圖

2.1 三角高程跨河控制

懸索橋一般處于兩岸之間，地理位置特殊。纜索吊車更是位于纜塔的頂端，高空的環境是纜索的線形測量只能用單向EDM三角高程法工作，在三角高程法中大氣的垂直折光是誤差的主要來源。溫度、氣候、區域以及視線所穿過的地形、地貌等大量的復雜因素都對大氣垂直折光有影響，即使是同一條測線在相鄰的兩次測量中也不盡相同。雖然在大氣環境基本相同的情況下，單向三角高程的大氣折光誤差被大大削弱，但是實時確定大氣折光系數K值仍然是保證三角高程精度的重要因素。

具體做法為在沿河兩岸布設相同數量、相同距離的兩排點，形成一個或多個并排的跨河四邊形。位置的選擇的條件主要是考慮減弱大氣折光的影響，確保視線所通過的地形、地貌、氣象等條件盡可能一樣，兩岸地形的高差、環境盡可能相似并且與周圍地形相比具有一定的高度。如圖1在G1、G2、G3、G4各個強制對中點之間進行同步對向測量，因為該四個點高度相近、距離相似且沿河岸對稱，所以其球氣差也基本相似，選擇在氣溫穩定的情況下作業，即可計算三角高程的各個參數。

單向EDM三角高程的計算式：

H=H0+Dsinα+i-v+D2 （1）

式中：R為地球半徑；k為大氣折光系數；v為棱鏡高；i為儀器高；D為斜距；H和H0為目標點高程和觀測點高程。

三角高程復測采用兩臺TS30全站儀同時進行，測得三角高程的閉合差為+1.37mm。

2.2 平面控制網復測

平面控制點復測是以DQ3為基準，對強制對中點G1、G2、G3、G4以及其他各點的復測。再次對控制網進行復測時，精度指標與前期觀測是一致的：點位中誤差MX<±3mm，MY<±3mm。

2.3 塔柱偏移量檢查

完成對施工控制網的復測后，對塔柱傾斜量的檢查，結果如表1和表2所示：

表1 北塔塔柱測量的偏移量

點位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 傾斜變形度

塔頂 418.5221 23.6262 1131.5

0.020 0.023 72.5 0.031 1/4661

塔中 418.5426 23.6496 1059

0.019 0.014 72.5 0.024 1/3072

塔底 418.5616 23.6636 986.5

表2 南塔塔柱測量的偏移量

點位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 傾斜變形度

塔頂 878.5532 23.6365 1131.5

-0.016 0.017 72.5 0.023 1/3122

塔中 878.5376 23.6537 1059

-0.015 0.007 72.5 0.016 1/4453

塔底 878.5229 23.6607 986.5

3 風纜拉通定位控制

3.1 風纜的拉通控制

風纜的拉通工作主要是在白天完成，在風纜拉通線性形成以后，不論是中間通風纜還是兩邊的后風纜在塔頂交點位置形成的水平方向的作用力都不允許相差太大，如果相差太大，就容易使塔處于受力不均衡狀態。在風纜施工之前，纜塔的受力是最小的，并且承受的垂直壓力也是最小的，因而此時纜塔的位移最小。為保證塔中不出現較大拉應力，即N/A-Fl/W=0（N為豎向壓力，A為計算截面處索塔截面積，F為不平衡水平力，l為不平穩力至計算截面的高度），需要計算出允許的最大不平衡水平力乘以塔柔度系數，得到最大允許偏位。得出該大橋北塔裸塔狀態最大允許偏位5cm（取1.25的安全系數）。風纜架設順序是從北岸開始，按先單數索后雙數索從兩邊往中間的順序同時從北岸、北邊跨到中跨到南邊跨再到南岸，如圖2所示。

3.2 纜索的高度定位調整

由于外界的溫度對纜索的定位影響較大，所以纜索定位工作一般選擇在夜間進行并且要求風力不大、相對穩定的，纜索溫度和外界氣溫要在調整前進行精心試測。大氣折光系數的變化與外界氣象元素的變化息息相關，外界氣象元素穩定時，大氣折光系數也叫穩定；反之，外界氣象元素突變時，大氣折光系數也變化較大。江邊的溫度從晚上22∶00到次日凌晨5∶00處于平緩降低的趨勢，沒有明顯的跳躍。因此纜索的調整時間選擇從晚上24∶00到次日凌晨6∶00，實際作業時間為1∶00～5∶00，這段時間溫度較為穩定，對纜索的線形也影響很小。為實時監控纜索的溫度，纜索的溫度測量采用接觸式熱敏電阻，在邊跨1/2處、中跨1/4處和1/2處，沿截面方向按順序布置到纜索上、下及兩測。在施工作業前后各讀一次溫度，防止現場燈光對纜索形成直接溫度影響，確保纜索的溫度穩定且長度方向的溫差不超過1℃。在霧太濃、風力超過12m·s-1、溫度穩定的條件不達標、纜索擺動太大等不穩定因素存在的情況下不能進行調整。纜索的測量工作采用同步觀測方法，施工作業前要注意重新確定球氣差改正。首先需要對各索間的相對垂度以及絕對垂度進行調整。相對垂度直接影響塔的受力均衡，若使單根索受力太大，不僅使索容易發生斷裂，還讓索塔存在重大安全隱患。纜索絕對標高的調整是為了減少將來精確定位的工作量。該大橋規定纜索絕對垂度精度中跨為-10～20mm，邊跨為±20mm。上下游主纜索控制在±10mm誤差范圍內。

4 纜索的測量方法

纜索的線形形成后，由于位置高度的原因根本無法采用幾何水準方法作業，只能采用單向EDM三角高程測量方法作業。如果只用一臺全站儀器進行作業，則無法進行檢核，故選擇兩臺自動跟蹤全站儀在穩定的夜間進行單向三角測量并同步進行溫度測量，使測量點位能在短時間完成，并滿足設計要求的測量精度。主纜架設施工控制中的測量方法是：（1）在兩岸分別設站，架設2臺全站儀，并對儀器的系統誤差進行校正，主要有2cm誤差等校正、指標差、儀器傾斜補償；（2）計算大氣折光系數。分別觀測對岸高程控制點，求出觀測值與理論值（或稱其真實值）之差，由三角高程公式（1），解算得到k值；（3）采用單向三角高程方法，按事先確定的方案：由南北兩岸同時觀測兩岸后風纜及中跨通風纜絕對高度；（4）在觀測時，同時實時監測纜索的溫度，根據纜索的溫度、南北塔位的偏移量，并對觀測值和理論值進行檢查計算，確定是否調整及調整量的大小；（5）如果不符合限差，應進行纜索高度的調整；（6）纜索調整完成后，重新對索股進行測量，重復（2）～（4）步驟，如果符合限差要求，調整完成。

5 結語

單向EDM三角高程測量及兩岸的雙觀測方法使纜索調整得以在短時間內完成，并且保證施工精度，施工過程中采取先進的高精度測量儀器（2臺TS30全站儀），其自動觀測功能使工作可以在夜間進行。結合全站儀的觀測規程使懸索橋纜索調整得以順利進行，同時滿足施工精度要求。通過對鴨池河懸索橋纜索施工進行控制，使得纜索系統形成后索塔偏位及承重繩受力情況良好，纜索線形能夠滿足下一階段施工的需要。

參考文獻

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作者簡介：劉鋒（1983-），男，江西興國人，中鐵大橋局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：道路橋梁工程

測量。

（責任編輯：陳 潔）