鋼箱拱施工測(cè)量定位技術(shù)

【摘要】某橋主橋采用剛構(gòu)與提籃式鋼箱系桿拱、鋼桁梁的組合結(jié)構(gòu)。本文全面介紹了鋼箱拱橋施工過(guò)程中鋼箱拱肋的安裝施工測(cè)量空間三維定位技術(shù)，為類(lèi)似拱肋安裝施工測(cè)量提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】鋼箱拱肋；測(cè)量；空間三維；定位

1、工程概況

某橋主橋全長(zhǎng)800m，其中系桿拱橋主跨440m，邊跨和側(cè)跨分別為100m及80m。主拱結(jié)構(gòu)為提籃式鋼箱拱，跨度340m，矢高約60m，主拱肋內(nèi)傾角為10.8°，拱肋箱型截面尺寸為2.5m×4.0m。兩片拱肋通過(guò)6道鋼箱橫撐連接，分為25個(gè)節(jié)段。其中包括：拱腳（起拱段）、標(biāo)準(zhǔn)段（分有橫撐及無(wú)橫撐兩類(lèi)）及合龍段。

2、鋼箱拱安裝工藝流程

鋼箱拱安裝工藝總流程如下所述：鋼箱拱節(jié)段首先在工廠整體預(yù)拼，出廠驗(yàn)收合格后逐節(jié)分解，運(yùn)輸至橋位指定起吊處。吊裝拱腳（起拱段）、粗定位、精定位，灌注鋼混結(jié)合部位砼。起吊標(biāo)準(zhǔn)段（上游側(cè)），拱腳與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段栓接、掛扣索，松構(gòu)，安裝臨時(shí)橫向固定纜繩。起吊標(biāo)準(zhǔn)段（下游側(cè)），拱腳與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段栓接、掛扣索，松構(gòu)，安裝臨時(shí)橫向固定纜繩。線形調(diào)整，安裝臨時(shí)橫撐，鋼箱拱肋焊接。依據(jù)以上步驟，兩岸同步吊裝其余節(jié)段及橫撐。調(diào)整扣索、監(jiān)控各節(jié)段端點(diǎn)標(biāo)高，合龍口工況測(cè)定，配切合龍段，吊裝拱頂合龍段，對(duì)位焊接，主拱合龍。

鋼箱拱安裝過(guò)程中測(cè)量控制的關(guān)鍵有以下幾點(diǎn)：（1）鋼箱拱吊裝對(duì)接過(guò)程中，空間位置測(cè)量（粗定位）；（2）鋼箱拱安裝錨索，線型調(diào)整，拱的空間位置測(cè)量（精定位）；（3）拱段跨中合龍前，各拱段受日照、溫度等因素影響的變形觀測(cè)；（4）扣索塔架、起重塔架塔頂位置觀測(cè)（變形位移量）；（5）后錨位移觀測(cè)。

整個(gè)安裝過(guò)程中要解決以下難點(diǎn)：鋼混結(jié)合段安裝定位對(duì)精度要求高；單榀吊裝橫向定位測(cè)量工作實(shí)施難度大；高栓連接方式鋼箱拱調(diào)整過(guò)程精細(xì)；合龍段對(duì)位經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集量大。

3、鋼箱拱安裝測(cè)量控制方法

3.1 平面、高程控制網(wǎng)的建立。根據(jù)橋址的實(shí)際地理信息并結(jié)合已建臨近墩位的情況，鋼箱拱的架設(shè)布控專(zhuān)項(xiàng)的平面及高程控制網(wǎng)，采用橋軸線控制點(diǎn)對(duì)鋼箱拱的架設(shè)進(jìn)行控制的思路，架設(shè)過(guò)程中保證專(zhuān)項(xiàng)控制點(diǎn)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在已建墩位上布控平面兼高程控制點(diǎn)，與首級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)經(jīng)嚴(yán)密平差獲取三維坐標(biāo)。平面加密控制點(diǎn)的布設(shè)與橋軸線保持一致，高程控制點(diǎn)加密要兼顧大橋南北兩岸，保證高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性，嚴(yán)格按二等水準(zhǔn)測(cè)量精度指標(biāo)采取跨河水準(zhǔn)三角高程測(cè)量方法獲取加密點(diǎn)高程。

3.2 鋼箱拱安裝定位測(cè)量步驟

（1）鋼箱拱拱段預(yù)拼的線型復(fù)核，在每個(gè)拱段上制作軸線監(jiān)測(cè)點(diǎn)和兩端的四角監(jiān)測(cè)點(diǎn)，注明拱段長(zhǎng)度，截面尺寸，建立預(yù)拼數(shù)據(jù)臺(tái)帳指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

（2）測(cè)站點(diǎn)變形位移補(bǔ)償定位法精定位鋼箱拱。精定位前，首先利用P15和P20軸線加密控制點(diǎn)將測(cè)站點(diǎn)擬合到實(shí)際橋軸線上，復(fù)測(cè)跨距并結(jié)合EDM三角高程獲取測(cè)站實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)，定向完成后對(duì)拱段上的監(jiān)控點(diǎn)上進(jìn)行定位測(cè)量。精定位觀測(cè)方法遵循對(duì)岸設(shè)站監(jiān)測(cè)另一岸鋼箱拱的原則，過(guò)程中對(duì)測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，確保測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)位精度，滿足定位要求。

（3）拱腳定位測(cè)量。觀測(cè)拱腳上下兩截面8個(gè)角點(diǎn)，初定位；精定位時(shí)，以上口截面角點(diǎn)觀測(cè)值為控制依據(jù)，下口角點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)作為校核，調(diào)整拱腳X、Y、Z三維空間位置，確保拱腳軸線方向及高程偏移在限差范圍內(nèi)、線型精準(zhǔn)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)段安裝定位測(cè)量。測(cè)量拱段前端4個(gè)角點(diǎn)的X、Y、Z三維空間坐標(biāo)并與設(shè)計(jì)計(jì)算值進(jìn)行比較調(diào)整到允許范圍，保證與下一拱段順利對(duì)接。

（5）扣索安裝。測(cè)量拱段四個(gè)角點(diǎn)X、Y、Z三維空間坐標(biāo)變化值，比對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算值。1）當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算的鋼箱拱Y值與實(shí)測(cè)Y值不符時(shí)，以實(shí)測(cè)Y值為基準(zhǔn)換算四個(gè)角點(diǎn)的理論X、Z值，作為新的調(diào)拱依據(jù)；2）四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)時(shí)為了保證線型精準(zhǔn)一般以下端兩點(diǎn)作為基準(zhǔn)，上端兩點(diǎn)進(jìn)行校核，確保拱段軸線方向偏移在允許范圍內(nèi)。

（6）在扣索、錨索張拉過(guò)程中，同步觀測(cè)扣塔、纜塔的偏移量。

（7）在拱段安裝過(guò)程中，通過(guò)比對(duì)拱段鋼結(jié)構(gòu)、Y構(gòu)橋墩，扣索等構(gòu)件在各種氣溫、氣壓、日照條件下的觀測(cè)數(shù)據(jù)，形成經(jīng)驗(yàn)改正值，為后續(xù)拱段合龍、線型控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

（8）合龍段觀測(cè)。1）在合龍段前三段處架設(shè)全站儀，對(duì)拱軸線進(jìn)行糾偏，將合龍段Y軸位偏差控制在允許范圍內(nèi)且同向（偏位方向一致，均為偏上游或下游）；2）合龍段配切。在設(shè)計(jì)規(guī)定的溫度條件下用鋼尺實(shí)量合龍口四角點(diǎn)間長(zhǎng)度作為合龍段配切依據(jù)，進(jìn)行合龍段配切。

4、鋼箱拱架設(shè)精度分析

4.1 全站儀高程測(cè)量精度分析。鋼箱拱高程測(cè)量采用全站儀三角高程結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量方法（水準(zhǔn)測(cè)量復(fù)核已知高程基準(zhǔn)點(diǎn)與全站儀對(duì)比作為調(diào)整依據(jù)），測(cè)量出拱上測(cè)點(diǎn)與控制點(diǎn)的高差，此方法可減小量取儀高、棱鏡高等人為誤差以及大氣折光的誤差影響。

鋼箱拱觀測(cè)點(diǎn)高程：HA=H基準(zhǔn)點(diǎn)+△H，△H=S×tgα；（H基準(zhǔn)點(diǎn)為控制點(diǎn)高程）

邊長(zhǎng)按最長(zhǎng)邊長(zhǎng)（s=170m）計(jì)算，角度按最大角度（a=22.5o）計(jì)算，則高程測(cè)量精度為：Mh=±

=± （tana2×ms2+ma2×s2）÷（cosa4×ρ2）

=±1.84mm

假定照準(zhǔn)誤差：1mm，后視點(diǎn)誤差：1mm。

高程測(cè)量全中誤差：m=2.32mm

4.2 全站儀平面坐標(biāo)測(cè)量精度分析

5、結(jié)語(yǔ)

多次實(shí)踐證明，上述鋼箱拱施工測(cè)量定位技術(shù)很好的指導(dǎo)了多座鋼箱拱（鋼管拱）施工空間三維坐標(biāo)定位測(cè)量工作。鋼箱拱的安裝需空間三維坐標(biāo)定位，精度要求高，是拱橋（鋼箱拱、鋼管拱）施工測(cè)量的關(guān)鍵點(diǎn)，經(jīng)過(guò)在多座鋼箱拱（鋼管拱）安裝工作中驗(yàn)證：均優(yōu)質(zhì)高效的完成了施工測(cè)量工作，可為類(lèi)似拱肋安裝施工測(cè)量定位提供參考和借鑒。

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