大跨度鋼箱系桿拱橋拼裝線形控制測量技術研究

孔令舉

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250000）

1 項目概述

此橋為穗莞深城際松福路1 號特大橋主橋，在DK068+083.50—DK068+224.80 處跨越排澇河及規劃松福路互通立交橋的C、E 匝道，橋位位于松福路排澇河公路橋的中央綠化帶。排澇河公路橋為5～20m 空心板橋，左右兩幅分建，中央綠化帶寬15.0m 左右。結構形式采用1～140m 鋼箱系桿拱橋，支座中心至系梁端部1.55m，至橋面板端0.55m，主橋長141.3m。

2 地質情況

場地地層主要為第四系全新統人工填土層、海沖積層、殘坡基層，以及加里東期花崗巖、花崗片麻巖。人工堆填土層主要為素填土；海相沖積層主要為淤泥、粉質黏土；殘積層主要為粉質黏土；加里東期花崗巖層主要為全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、全風化花崗片麻巖、強風化花崗片麻巖、中風化花崗片麻巖。

3 結構構造

3.1 系梁

此橋對應兩榀拱肋設置兩道鋼箱系梁，系梁橫向中心距離14.2m。系梁采用等高度箱形截面，內寬1.9m，內高3.0m。每道系梁劃分為11 個梁段（不含梁拱接合段），梁段最大長度11.98m，最大重量40t。

3.2 拱肋

此橋采用兩榀平行鋼箱拱肋，拱腳與系梁固結，兩榀拱肋橫向中心距14.2m,計算跨度L＝140.0m，設計矢高f＝30.0m，矢跨比f/L＝1∶4.67，拱軸線采用二次拋物線，設計拱軸線方程；設計拱軸線方程為Y=-3/490·X2+6/7·X 拱肋于拱頂設置最大0.1m 預拱度，施工矢高30.1m，施工拱軸線方程：Y＝-3/301/49000·X2+0.86·X 拱肋實際施工均采用施工拱軸線制作和拼裝。

4 控制點測設

4.1 控制點選取

在系桿拱橋施工前，首先選取控制點，因此橋大小里程均為連續梁（已施工完成），結合現場實際情況，在已完成的橋梁支座固定端選取4 個控制點，間距約200m，通視條件好。控制點均為標準不銹鋼預埋件，采用打孔配用植筋膠植入梁面，待控制點位穩定后方可進行測設[1]。

4.2 控制點測設

采用雙頻華測GPS 靜態接收機6 臺套，精度指標5mm＋1×Dppm，避開白天道路車流量大對儀器擾動的影響，選擇夜間時間段測試。使用華測精密平差軟件平差，得到平面坐標成果。由于橋面距離地面高達30m，橋面控制點高程由地面二等水準點采用三角高程引入。

4.3 控制點固定

由于在系梁和拱肋在拼裝過程中，螺絲孔洞都是提前預留的，拼裝精度要求極高。因此，在使用過程中，要求采用兩個固定控制點，盡量不要更換后視點，避免產生測量誤差，另外兩個控制點作為現場復核使用和備用。

5 系梁拼裝

5.1 設計坐標

根據廠家提供的預拼裝軸線控制點布置，控制點位置在距系梁端頭10cm 位置，均位于鋼印刻畫凹圓點，以此為基準進行控制拼裝。將廠家提供的控制點相對坐標轉化為線路坐標。

5.2 系梁控制測量

測量方法采用全站儀極坐標放樣，全站儀一臺，型號徠卡TCRA1201＋，測量員兩名。先在下方墊塊上放出中線位置，系梁落上去后，實測系梁上控制點坐標，用手機上的測量員軟件進行計算，得出里程和偏距，進行微調定位。

現場拼裝下一節系梁時，一定要對上一節進行軸線實測，觀察是否發生變化，及時做出調整。系梁定位時，保持三維坐標定位精度均在3mm 之內，方可固定。在合龍段時，一定先實測前后系梁三維位置，如出入較大及時調整。此外，現場系梁定位時，一定要把預拱度考慮進去。

6 拱肋拼裝

6.1 設計坐標

同樣根據廠家提供的預拼裝軸線控制點布置圖，將廠家提供的控制地標點轉化為線路坐標。

6.2 控制點標識

現場根據廠家提供的預拼裝軸線控制點，在拱肋起吊前，橫截面軸線中心位置貼上反光片，反光片張貼時，一定要牢固，防止脫落。

6.3 拱肋控制測量

由于拱肋在拼裝過程中，高度越來越大，在合龍段最大高度為30m，測量難度極大，技術性高，安全系數低。為解決這一難題，決定采用“激光定位免棱鏡”技術。

徠卡TCRA1201 ＋自帶免棱鏡，測設范圍300m，一名測量員操作即可，現場全站儀激光對中反光片，利用手機測量員APP，藍牙連接機器人全站儀，使全站儀十字絲與反光片十字絲重合，實測三維坐標。測量員通過軟件自動反算出實測里程和偏距，與設計值相比，計算偏差值，通知調整定位。現場拱肋拼裝如圖1所示。

圖1 拱肋現場拼裝圖

6.4 拱肋合龍段

第6 段為拱肋合龍段，在第5 段和第7 段拼裝完后，先測出三維位置。實測數據與設計對比表如表1所示。

表1 拱肋合龍段實測數據表

由此可知，合龍段第5 段軸線最大偏差為3mm，線形整體可控，可以合龍。現場根據前后合龍段數據，對第六段的拱肋長度進行測量，切割多余部分，確保長度與第5 段和第7 段吻合，吻合后方可吊裝合龍。

7 變形監測

7.1 支架監測

支架觀測采用的技術是利用反光片與全站儀相結合的技術。在每個支架的中間高度位置貼上反光片，為了容易找到目標，反光片尺寸大于4×4cm，并用強制膠和透明膠帶粘牢。全站儀分別架設在線路左右兩側，利用地面上的四個控制點，進行觀測，觀測時間盡量選在早上或者傍晚，統一時間并避開強太陽時段。

觀測頻率：施工期間每天進行觀測，停止施工時可放寬觀測頻率，遇有異常情況需加大觀測頻次，及時將數據統計上報。因此橋處于直線上，可利用坐標反算出里程偏距，更直觀地反映出位移變化情況。

經現場實測數據分析，最大變化值7mm，位于拱腳接合段處，因拱腳結合段最重，支架位移相比其他節段偏大，其余節段位置變化較小，支架整體受力穩定、可控。

7.2 系梁監測

系梁在每一節拼裝完成后，需進行觀測，觀測的位置選取系梁拼裝控制點，拼裝控制點位于每節系梁端頭20cm 位置。使用反光片觀測看不到，可采用人工立桿的方式[2]。

系梁拼裝完成后即取得初始數據，可在每日早、晚各進行觀測一次，并將坐標數據轉化為里程偏距格式，形成報表。

經實測數據分析，變化較大值分別在第8 節段17mm 和第10 節段15mm。在拼裝過程中，因系梁還未整體受力，拼裝節段和相鄰節段是不穩定的，受影響較大，需加強觀測，及時分析數據[3]。

7.3 拱肋監測

拱肋在每一節拼裝完成后，要對每一節拱肋進行觀測，觀測的位置選取系梁拼裝控制點，拼裝控制點位于每節系梁端頭20cm 位置，觀測方式采用反光片與全站儀結合方式。現場系梁拼裝施工如圖2所示。

圖2 現場拱肋拼裝完成

拱肋拼裝完成后即取得初始數據，可在每日早、晚各進行觀測一次，并將坐標數據轉化為里程偏距格式，形成報表，經監測數據進行分析，最大變化值4mm，位于跨中位置，整體位移量較小，拱肋整體受力穩定。

7.4 橋面監測

在系桿拱系梁、吊桿、拱肋、橋面橫撐全部施工完后，支架拆除前后、運梁車通過前后、無砟軌道施工前后，都要進行橋面高程監測。通過監控數據，為后續的道床施工提供高程參考依據，為同類系桿拱橋施工提供經驗。在底座板施工完后，橋面的跨中位置實測高程比設計低了5mm，證明系桿拱橋設計預拱度值與實際施工是相吻合的，在道床板施工時，進行高程調整。

經現場實測數據分析，最大累計沉降值左側33mm、右側39mm，與設計預拱度值相符，位于跨中位置，荷載對梁面的影響較明顯，高程在道床板施工時予以調整。

7.5 CPIII 成果影響分析

因系桿拱橋140m，跨度較大，在施工無砟軌道之前務必對CPIII 的平面高程進行復測，可分為以下幾個階段：第一，架梁完成后；第二，底座板左右幅各施工完成后；第三，道床板左右幅施工完成后。荷載對其影響較大，要及時對CPIII 成果進行更新，把更新后的成果用于道床施工，有效控制施工質量[4]。

8 注意事項

第一，在使用“激光定位免棱鏡”時，盡量避免大太陽高溫時段，盡量選取同一個時間段進行。

第二，觀測基點的三維坐標，一定要與線路控制網進行聯測。

第三，在構件起吊前，將反光片粘貼到位，避免吊裝后粘貼困難。反光片在粘貼時一定要牢固，可結合高強度膠和透明膠帶一起加固，防止雨水沖洗脫落。

第四，固定人員、儀器，進行觀測，盡量減少人為誤差，另外，全站儀需使用遮陽傘，減少陽光對儀器的影響。

第五，拼裝測量中采用的控制點，做好保護措施，不得隨意更換，減少測量誤差。

第六，系梁和拱肋上的控制點位，應采用廠家預拼裝時標記好點位。

9 結語

結合此工程實例，在整個系桿拱橋拼裝過程中，闡述了線形控制測量技術和變形監控技術，提供了一些實測數據，在拼裝過程中采用“激光定位免棱鏡”技術解決了部分測量技術難題，大大提高了工作效率，節省了人力。現場靈活運用手機藍牙連接全站儀功能，將線路坐標轉化為里程、偏距，方便、快捷，對同類工程有一定的參考意義。