摘要：大跨度剛桁拱橋、斜拉橋施工過(guò)程復(fù)雜、控制要求嚴(yán)格，施工期常用纜索吊車(chē)對(duì)其進(jìn)行拼裝，纜索吊車(chē)的安全及穩(wěn)定性直接影響剛桁拱的拼裝質(zhì)量及進(jìn)度。因此，安裝過(guò)程中必須確保纜索吊車(chē)的纜索高程精度，并分析纜索吊車(chē)施工過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的影響因素及誤差來(lái)源。

關(guān)鍵詞：纜索吊車(chē)；施工控制；精度控制；風(fēng)纜；懸索橋 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文章編號(hào)：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(yáng)線樂(lè)山至貴陽(yáng)段貴州鴨池河特大橋，設(shè)計(jì)起訖點(diǎn)里程為：DK472+050.600～DK473+021.600。大橋全長(zhǎng)971m，為客運(yùn)專(zhuān)線，雙線，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h。主跨為436m鋼-混結(jié)合中承式系桿拱橋，主橋拱肋采用400t、跨度460m纜索吊機(jī)懸臂扣掛法施工。纜索系統(tǒng)主要由扣塔、纜塔、風(fēng)纜及天車(chē)組成，風(fēng)纜包括后風(fēng)纜、通風(fēng)纜與主纜。通風(fēng)纜、主纜與兩岸纜塔相連，后風(fēng)纜在纜塔陸地方向?qū)|塔起牽制作用，各風(fēng)纜之間相對(duì)獨(dú)立，互相干擾較小，主纜對(duì)天車(chē)起承重作用，因此對(duì)相互間的高差要求較高。

2 復(fù)測(cè)施工控制網(wǎng)及塔柱偏移量檢查

在之前的施工過(guò)程中本項(xiàng)目的施工控制網(wǎng)已經(jīng)得到了很好的檢驗(yàn)，完全滿(mǎn)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(huán)，在正式施工之前必須全面復(fù)測(cè)控制網(wǎng)。本項(xiàng)目用的是2臺(tái)精度為±5"的TS30自動(dòng)全站儀，其測(cè)距精度為（1±d）mm，具有自動(dòng)球氣差改正、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)觀測(cè)及自動(dòng)儲(chǔ)存?zhèn)鬏敽吞幚頂?shù)據(jù)等多種功能。

圖1 控制網(wǎng)示意圖 圖2 風(fēng)纜架設(shè)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(chē)更是位于纜塔的頂端，高空的環(huán)境是纜索的線形測(cè)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(lái)源。溫度、氣候、區(qū)域以及視線所穿過(guò)的地形、地貌等大量的復(fù)雜因素都對(duì)大氣垂直折光有影響，即使是同一條測(cè)線在相鄰的兩次測(cè)量中也不盡相同。雖然在大氣環(huán)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(shí)時(shí)確定大氣折光系數(shù)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(shè)相同數(shù)量、相同距離的兩排點(diǎn)，形成一個(gè)或多個(gè)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(guò)的地形、地貌、氣象等條件盡可能一樣，兩岸地形的高差、環(huán)境盡可能相似并且與周?chē)匦蜗啾染哂幸欢ǖ母叨?。如圖1在G1、G2、G3、G4各個(gè)強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)之間進(jìn)行同步對(duì)向測(cè)量，因?yàn)樵撍膫€(gè)點(diǎn)高度相近、距離相似且沿河岸對(duì)稱(chēng)，所以其球氣差也基本相似，選擇在氣溫穩(wěn)定的情況下作業(yè)，即可計(jì)算三角高程的各個(gè)參數(shù)。

單向EDM三角高程的計(jì)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(shù)；v為棱鏡高；i為儀器高；D為斜距；H和H0為目標(biāo)點(diǎn)高程和觀測(cè)點(diǎn)高程。

三角高程復(fù)測(cè)采用兩臺(tái)TS30全站儀同時(shí)進(jìn)行，測(cè)得三角高程的閉合差為+1.37mm。

2.2 平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

平面控制點(diǎn)復(fù)測(cè)是以DQ3為基準(zhǔn)，對(duì)強(qiáng)制對(duì)中點(diǎn)G1、G2、G3、G4以及其他各點(diǎn)的復(fù)測(cè)。再次對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)時(shí)，精度指標(biāo)與前期觀測(cè)是一致的：點(diǎn)位中誤差MX<±3mm，MY<±3mm。

2.3 塔柱偏移量檢查

完成對(duì)施工控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)后，對(duì)塔柱傾斜量的檢查，結(jié)果如表1和表2所示：

表1 北塔塔柱測(cè)量的偏移量

點(diǎn)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(cè)量的偏移量

點(diǎn)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(fēng)纜拉通定位控制

3.1 風(fēng)纜的拉通控制

風(fēng)纜的拉通工作主要是在白天完成，在風(fēng)纜拉通線性形成以后，不論是中間通風(fēng)纜還是兩邊的后風(fēng)纜在塔頂交點(diǎn)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(tài)。在風(fēng)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(shí)纜塔的位移最小。為保證塔中不出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，即N/A-Fl/W=0（N為豎向壓力，A為計(jì)算截面處索塔截面積，F(xiàn)為不平衡水平力，l為不平穩(wěn)力至計(jì)算截面的高度），需要計(jì)算出允許的最大不平衡水平力乘以塔柔度系數(shù)，得到最大允許偏位。得出該大橋北塔裸塔狀態(tài)最大允許偏位5cm（取1.25的安全系數(shù)）。風(fēng)纜架設(shè)順序是從北岸開(kāi)始，按先單數(shù)索后雙數(shù)索從兩邊往中間的順序同時(shí)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(diào)整

由于外界的溫度對(duì)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(jìn)行并且要求風(fēng)力不大、相對(duì)穩(wěn)定的，纜索溫度和外界氣溫要在調(diào)整前進(jìn)行精心試測(cè)。大氣折光系數(shù)的變化與外界氣象元素的變化息息相關(guān)，外界氣象元素穩(wěn)定時(shí)，大氣折光系數(shù)也叫穩(wěn)定；反之，外界氣象元素突變時(shí)，大氣折光系數(shù)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(shì)，沒(méi)有明顯的跳躍。因此纜索的調(diào)整時(shí)間選擇從晚上24∶00到次日凌晨6∶00，實(shí)際作業(yè)時(shí)間為1∶00～5∶00，這段時(shí)間溫度較為穩(wěn)定，對(duì)纜索的線形也影響很小。為實(shí)時(shí)監(jiān)控纜索的溫度，纜索的溫度測(cè)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(cè)。在施工作業(yè)前后各讀一次溫度，防止現(xiàn)場(chǎng)燈光對(duì)纜索形成直接溫度影響，確保纜索的溫度穩(wěn)定且長(zhǎng)度方向的溫差不超過(guò)1℃。在霧太濃、風(fēng)力超過(guò)12m·s-1、溫度穩(wěn)定的條件不達(dá)標(biāo)、纜索擺動(dòng)太大等不穩(wěn)定因素存在的情況下不能進(jìn)行調(diào)整。纜索的測(cè)量工作采用同步觀測(cè)方法，施工作業(yè)前要注意重新確定球氣差改正。首先需要對(duì)各索間的相對(duì)垂度以及絕對(duì)垂度進(jìn)行調(diào)整。相對(duì)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(fā)生斷裂，還讓索塔存在重大安全隱患。纜索絕對(duì)標(biāo)高的調(diào)整是為了減少將來(lái)精確定位的工作量。該大橋規(guī)定纜索絕對(duì)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(nèi)。

4 纜索的測(cè)量方法

纜索的線形形成后，由于位置高度的原因根本無(wú)法采用幾何水準(zhǔn)方法作業(yè)，只能采用單向EDM三角高程測(cè)量方法作業(yè)。如果只用一臺(tái)全站儀器進(jìn)行作業(yè)，則無(wú)法進(jìn)行檢核，故選擇兩臺(tái)自動(dòng)跟蹤全站儀在穩(wěn)定的夜間進(jìn)行單向三角測(cè)量并同步進(jìn)行溫度測(cè)量，使測(cè)量點(diǎn)位能在短時(shí)間完成，并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的測(cè)量精度。主纜架設(shè)施工控制中的測(cè)量方法是：（1）在兩岸分別設(shè)站，架設(shè)2臺(tái)全站儀，并對(duì)儀器的系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正，主要有2cm誤差等校正、指標(biāo)差、儀器傾斜補(bǔ)償；（2）計(jì)算大氣折光系數(shù)。分別觀測(cè)對(duì)岸高程控制點(diǎn)，求出觀測(cè)值與理論值（或稱(chēng)其真實(shí)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(shí)觀測(cè)兩岸后風(fēng)纜及中跨通風(fēng)纜絕對(duì)高度；（4）在觀測(cè)時(shí)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)纜索的溫度，根據(jù)纜索的溫度、南北塔位的偏移量，并對(duì)觀測(cè)值和理論值進(jìn)行檢查計(jì)算，確定是否調(diào)整及調(diào)整量的大?。唬?）如果不符合限差，應(yīng)進(jìn)行纜索高度的調(diào)整；（6）纜索調(diào)整完成后，重新對(duì)索股進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)（2）～（4）步驟，如果符合限差要求，調(diào)整完成。

5 結(jié)語(yǔ)

單向EDM三角高程測(cè)量及兩岸的雙觀測(cè)方法使纜索調(diào)整得以在短時(shí)間內(nèi)完成，并且保證施工精度，施工過(guò)程中采取先進(jìn)的高精度測(cè)量?jī)x器（2臺(tái)TS30全站儀），其自動(dòng)觀測(cè)功能使工作可以在夜間進(jìn)行。結(jié)合全站儀的觀測(cè)規(guī)程使懸索橋纜索調(diào)整得以順利進(jìn)行，同時(shí)滿(mǎn)足施工精度要求。通過(guò)對(duì)鴨池河懸索橋纜索施工進(jìn)行控制，使得纜索系統(tǒng)形成后索塔偏位及承重繩受力情況良好，纜索線形能夠滿(mǎn)足下一階段施工的需要。

參考文獻(xiàn)

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

測(cè)量。

（責(zé)任編輯：陳 潔）