桐梓河大橋大傾角隧道錨測量方案研究及應用

晏雄成

（中鐵開發投資集團公司，云南 昆明 650500）

1 工程概況

金仁桐高速公路桐梓河大橋是全線唯一控制性橋梁工程，全橋長1422m，主跨為965m 鋼桁梁懸索橋，大橋橫跨桐梓河，隸屬仁懷桐梓兩市縣。其中仁懷岸相對陡峭，地處單面山坡，設計了98.5m 深雙幅隧道式錨碇和208m 高的索塔，基礎為18 根大直徑群樁加承臺結構，引橋適應地形設計為小跨度連續剛構；桐梓岸橋位主要在接近山頂附近山坡上，地勢相對平緩，設計了嵌巖式擴大基礎重力式錨碇和140m高的索塔，基礎為擴大基礎加單樁地基補強樁結構，引橋為常規6 孔40m 預制簡支T 梁引橋。

隧道錨錨體主要由錨塞體砼、散鞍基礎、二襯、主纜錨固系統等組成。

隧道式錨碇二襯采用的是特殊的聚丙烯合成纖維鋼筋C35 混凝土，纖維摻量0.9kg/m，錨塞體采用C40 微膨脹聚丙烯合成纖維鋼筋混凝土，纖維摻量0.9kg/m，錨塞體及二次襯砌抗滲等級不小于P12。散索鞍基礎為普通鋼筋混凝土。

隧道錨錨體內預埋主纜錨固系統，錨固系統采用預應力錨固系統。

預應力的方向在前錨面下1.5m 范圍內鋼絞線直線段與索股方向一致，然后再按一定半徑在前錨面下一定范圍內彎折到與理論中心線平行。

前后錨面為兩平行的平面；其與水平面的夾角為48°，間距為45m，理論散索點IP 點到前端錨固工作面的距離長達35m。

錨固系統由主纜索股錨固連接構件和預應力環氧鋼絞線錨固構件組成。主纜索股錨固連接構件主要組成部件有連接器、拉桿和相配套的附屬件；環氧鋼絞線預應力錨固構件系統由無縫管道、環氧預應力鋼絞線及特制錨具、端頭保護罩等組成。拉桿上端與主纜索股熱鑄錨頭連接頭相連接，另一端與由環氧鋼絞線預應力錨杯于前錨面的連接器相連接。隧道錨錨固系統立面布置見圖1。

圖1 隧道錨錨固系統立面布置圖（單位：mm）

2 隧道錨整體施工方案

隧道錨開挖初支完成后，利用滿堂支架模筑施工后錨室二次襯砌，安裝錨塞體后錨面支架模板并利用洞身分層澆筑錨塞體，立模澆筑散索鞍基礎，安裝滿堂支架模筑施工前錨室二次襯砌和洞口明洞襯砌。1）隧道錨二次襯砌采用模筑鋼筋砼結構，施作的合理時間主要根據施工組織順序和不同工況分析下的監測量測數據最后專項會議確定，主要目的為盡可能發揮初期支護的承載能力，使其成為主要承載部位，且不得突破其承載能力。后錨室二襯須在錨塞體施工前施作，待錨塞體及錨固系統施工完成后，再根據監控量測情況依次施工前錨室二襯、散索鞍基礎及主纜通過段二襯，擇時施工洞口明洞結構。2）主纜索股錨固系統剛性定位鋼結構支架、無縫鋼管管道安裝定位鎖定調節支架采用現場安裝方式，根據施工組織需要，提前安裝，并用作鋼筋和砼澆筑施工平臺使用。每層錨塞體混凝土在澆筑過程中，須在澆筑前，認真仔細，列表清單式檢查本層預埋無縫鋼管管道定位支架、預埋管道和連接頭及錨具、貓道、纜索吊裝系統錨固件等。主纜錨固系統預留管道定位支架和管道本身線性曲線控制點的測量放樣均采用三維坐標測量的方法進行，已滿足精度要求。3）錨塞體澆筑。按大體積砼分層澆筑、大體積砼溫控要求執行砼澆筑前中后的施工要求即可。

3 隧道錨錨體及錨固系統測量施工方案研究

3.1 測量任務

金仁桐高速桐梓河特大橋隧道錨施工測量任務見表1。

表1 隧道錨施工測量任務清單

3.2 測量人員及儀器配備

配置測量高級工程師 1 人，工程師 1 人，測量工4 人。主要測量儀器見表2。

表2 主要測量儀器

3.3 洞外控制點布設

隧道錨平臺修好后，在2 個洞口中心外分別埋設一個強制墩，保證隧道進口中線能夠通視。待穩定后，用徠卡全站儀TZ08 將其納入與其通視點的符合導線并平差出結果，并通過最近的高程點引入高程。

3.4 隧道錨洞內導線及高程關鍵測量技術

因隧道錨傾角大，施工及測量工作困難，現場測量工作開展須結合洞內施工的特殊性和特點布設相應導線，以隧道錨明洞洞口測點為起始點，沿隧道錨中軸線平行中線布設，形成導線環。導線點埋設采用混凝土灌注鐵心樁，且布設在施工干擾小，穩固可靠的地方，必要時采取適當的保護措施。

導線邊長根據測量設計的要求并考慮實際通視條件布設。由洞外向洞內傳遞。洞內的測角測距，在測回間采用儀器和覘標多次置中方法，并采用多次照準來進行觀測，已確保洞內光線極暗條件下的測量精度和誤差修正。洞內導線每延申1～2 個控制點，控制點坐標采用條件平差或間接平差，起算到洞口GPS 點進行平差。隧道錨洞內導線的坐標和方位角，必須依據明洞外設定的控制點的坐標和方位角進行多次傳算，保證洞內測量技術工作的精準性。

隧道錨洞內外水準控制點要定期進行聯測，建立精密的水準控制網。由于隧道錨錨體及錨固系統施工階段，均處于封閉的隧洞內，且傾斜角度大，因此采用高精度全站儀三角高程法進行測量。

3.5 隧道錨錨體施工測量技術

隧道錨錨塞體施工測量是一個相對系統的工程，它不僅包括常見的模板工程放樣和砼測竣工工作，而且包括精度要求極高的上部結構（散索鞍底板支座、主纜預留管道、預應力系統、定位支架）和重要臨時設施（貓道、纜索吊錨固件）的預埋預留，該類構件的超量偏差，對結構受力影響極大。因此施工前根據設計文件，須多人多方法認真計算上述特殊部件的三維坐標，用全站儀進行坐標控制測量定位。

復核設計圖紙上給出的主纜錨固系統局部坐標是否準確無誤后。建立以隧道錨散索點為原點，軸為索股中心線且滿足右手法則的平面直角坐標系。

錨固系統隨著錨碇基礎及填芯混凝土施工逐層安裝定位，錨固系統測量流程：定位基架（基架、骨架、片架定位）→預應力鋼管定位→后錨面錨墊板及槽口定位安裝→前錨面錨墊板及槽口定位安裝。測量方法：利用全站儀“三維坐標”法，選用錨碇中軸線為基準線，直接計算各點相對于隧道錨中軸線的里程、偏距、高程。

綜上可知，為了施工方便，使用隧道錨軸線坐標（這樣可避免橋軸線與錨洞軸線 1.1178°的旋轉），以左洞為例。

確定理論散索點的施工坐標系，及樁號、偏距、標高數據，左洞散索點在錨洞軸線上坐標為（70890，0，860），令設計院所給錨固系統下坐標為（，，），施工坐標系為（，，），則：

根據上述公式關系可計算出每根導管在前后錨面中心的施工三維坐標。

根據圖紙給出的前后錨面之間導管設計長度和結構尺寸驗算，從中選擇計算出任意一條導管在任意長度的導管中心設計坐標，計算如下。

根據前后錨面設計坐標（，，），（，，），可計算出前后錨面管道長度：

式中：cos、cos、cos為空間方向余弦值，為測量點的管道長度，Δ測量管道安裝長度。

根據施工圖紙計算出定位鋼架預埋件的坐標，在施工底板砼時預埋好，定位鋼架安裝前對其進行三維坐標計算，在定位鋼架時通過4 個點來定位，上下左右選4 個點來定支架，即定位鋼架的十字線，保證鋼架十字線那個面垂直于主纜中心線。

安裝前，利用徠卡全站儀TZ08 測出隧洞中軸線，定位鋼支架的基架4 個支撐角點采取在首次澆筑的砼中預留預埋，主要通過型鋼（角鋼）形式固定和定位。

該基架的安裝可以充分借鑒塔吊預埋支腿定位框架形式安裝，通過將支撐角點型鋼（角鋼）調整至設定的高程，并測算4 點相對高程來加以安裝和定位，確保4 個角點位置準確，依次安裝基架。

調整基架上的4 個角點的空間位置，利用設置在基架底面4 個調節螺桿旋轉調節，使值和高程調節在規范規定內，方向可通過片架的左右進行精調。

定位鋼支架骨架通過天線系統安裝初步就位后，用全站儀測量骨架背面任意幾點，記錄高程值和值。

式中：、分別為基架頂面最高點的坐標和高程；、為所測點的坐標和高程。

利用上述公式可判斷斜面是否正確。

定位鋼支架骨架安裝好后，片架安裝有相對的參考物和著力點更簡潔易行。通過測量內業提前計算出各個斷面片架上搭放預應力管道的圓弧板的頂面中心坐標，即預應力管道在該斷面的中心坐稱。該坐標的計算主要是根據各斷面上，各管道中心間的結構尺寸關系，與桐梓河特大橋橋抽坐標系相聯系，井計算出各點坐標值。

隧道錨設計為填塞類砼結構，主要模板測量工作有前后錨固面定位。在錨具、槽口、預應力管道端頭測量計算放樣施工完成后，現場模板施工作業主要根據錨固面端部進行模板加固即可。

主纜錨固系統中錨具、預應力管道的安裝測量為錨塞體測量工作的重中之重，錨具、預應力管道與鋼支架系統有著緊密的聯系。施工時主要采用左右幅獨立建立局部坐標系，進行局部坐標系轉換至桐梓河大橋坐標值放樣，該類方法可快速方便地開展預應力系統部分施工測量。

因設計圖提供的管道參數為端部中心點，現場施工測量前，須提前加工一個放樣圓盤，圓盤大小與錨杯錨固段內徑直徑一致（圓盤外徑略小于錨杯內經，便于內嵌），采用高精度全站儀按設計坐標逐點放樣。

由于測量放樣預應力管道時，鋼支架已經進行相對精準的定位和安裝，因此在放樣前，先提前將各預應力管道安放在初步設置的管道定位導向調節鋼支架上，然后按照錨固系統計算公式，對操作方便的控制點（原則上直管道區域選取2 個點，彎曲管道各控制點）進行動態三維坐標放樣調節，待測點與計算的管道坐標值一致時，才可以鎖定管道，進入下一根管道測量，直至完成。因隧道錨錨固系統管道長度較長，可分成3～5 次結長安裝。計算如下。

根據前后錨面設計坐標（，，），（，，），可以計算出前后錨面管道長度：

根據設計分段預應力管道距離后錨面的安裝長度Δ，則ΔL 對應管口中心坐標：

式中：cos、cos、cos為空間方向余弦值，Δ為管道測點安裝長度。

因設計圖提供的管道參數為端部中心點，現場施工測量前，須提前加工1 個放樣圓盤，圓盤大小與錨杯錨固段內徑直徑一致（適當小0.5mm 用于內嵌），采用高精度全站儀按設計坐標逐點放樣。

由于該橋散索鞍基礎設計為獨立的擴大基礎，散索鞍為支座式結構，因此底板安裝控制可借鑒橋梁墊石支座施工及測量工藝。主要通過高精度全站儀放樣精加工的散索鞍支座底板4 個角點，放樣時須充分考慮底板角點頂面與砼表面關系，從而進行三維坐標計算放樣即可。

4 結語

該項目隧道錨錨體及錨固系統施工重點在于研究預應力系統、管道、錨面模板、定位支撐架的定位，并通過合理的測量公式和方法，將大傾角封閉區域內，測量難度大的，精度極高的錨體錨固系統測量工作簡單化，實現了利用既有高精度全站儀自動編程自動測算功能，減少了測量反復調整、反復驗算的過程，在47°大傾角的隧道錨錨體及錨固系統定位安裝施工順利完成，使隧道錨錨體及錨固系統施工順利開展，為今后類似測量困難、精度要求高的上部結構或狹窄區域高精度設備安裝提供依據，提高測量編程的實用性，減少了施工人員現場測量難度，節約時間，使原計劃6 個月的隧道錨錨體及錨固系統施工工作提前了2 個月，同時減少了大量設備，合理縮短了工序時間，提高了施工效率，提高效益。