東平大橋轉(zhuǎn)體施工測量控制
2017-08-21
1 工程簡介
東平大橋位于佛山市禪城區(qū)南部，跨越東平河，是佛山市中心組團新城區(qū)的重要橋梁，是連接?xùn)|平河兩岸的重要交通樞紐，是中心城區(qū)向南拓展的重要通道，同時也是佛山市中心組團南北連接將來文化、體育中心的重要通道。全橋長1427.2 m，其中主橋為43.5+95.5+300+95.5+43.5 m共578 m的副拱拱肋線形為直線—— 主拱懸鏈線的組合線形的連續(xù)梁—鋼拱協(xié)作體系三拱肋拱橋，主孔跨徑300 m，主橋邊跨為混凝土連續(xù)梁—— 鋼箱拱肋組合跨徑95.5 m，主橋橋?qū)?8.6 m。主拱肋為凈矢跨比1/4.55、拱軸系數(shù)為1.1的懸鏈線拱，橋面以上拱肋截面高3.0 m，橋面以下拱肋截面高3.0～4.0 m，寬1.2 m，拱頂段主、副拱肋合并，截面高7.2～4.0 m，肋寬1.2 m；拱肋采用箱形截面。
東平大橋主橋采用了低支架臥拼豎轉(zhuǎn)再平轉(zhuǎn)合龍的先進工藝。即先在兩岸的低支架上按照設(shè)計圖將半跨拱拼裝成整體，然后采用同步液壓提升技術(shù)將臥拼拱肋豎轉(zhuǎn)提升至設(shè)計位置，使結(jié)構(gòu)形成一個三角自平衡體系，然后牽引整個結(jié)構(gòu)平轉(zhuǎn)至設(shè)計橋軸線合龍。東平大橋的拱形鋼結(jié)構(gòu)合攏是目前國內(nèi)同類橋梁難度最大的工程，其中兩岸拱肋豎轉(zhuǎn)角度均為25°，禪城岸拱肋平轉(zhuǎn)角度104.6°，順德岸拱肋平轉(zhuǎn)角度180°。兩岸豎轉(zhuǎn)重量均約3000 t，平轉(zhuǎn)重量達14100 t。
2 轉(zhuǎn)體施工測量控制的主要內(nèi)容
轉(zhuǎn)體施工是大橋工程施工中的核心部分，必須通過可靠的技術(shù)措施，保證轉(zhuǎn)體施工安全、順利地實施。而轉(zhuǎn)體觀測又是確保著大橋轉(zhuǎn)體施工過程按設(shè)計要求安全、準確地實施的一項重要工作。整個轉(zhuǎn)體施工過程分為四階段：豎轉(zhuǎn)、豎轉(zhuǎn)合攏、平轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)合攏。整個豎轉(zhuǎn)最后是由頂升點處標高來控制，所以重點對該點位標高變化值實行跟蹤觀測，作為提供調(diào)整的依據(jù)。通過轉(zhuǎn)體過程的跟蹤測量控制，為計算分析轉(zhuǎn)體施工各階段主要結(jié)構(gòu)線形變化情況，把握提升的速度以逐漸提升至控制標高，確保各項指標均滿足設(shè)計要求。
3 轉(zhuǎn)體施工測量控制的準備
施工測量控制數(shù)據(jù)是提供決策性的技術(shù)依據(jù)，是東平大橋轉(zhuǎn)體成敗的關(guān)鍵。為了能使轉(zhuǎn)體安全順利地進行，轉(zhuǎn)體前根據(jù)對轉(zhuǎn)體施工測量控制的可行性和現(xiàn)場操作的便利，制定出切實有效的測控方案，確保轉(zhuǎn)體施工各階段的測控需要。
3.1 測點布置
在轉(zhuǎn)體中要確保整個拱肋的線形以及合攏符合設(shè)計要求，全面有效的反應(yīng)拱座應(yīng)力變化，使提升塔安全的實施提升，布置以下測量點位。
?。?）主拱肋。為了能反映主拱肋線形，測點主要布置在頂升支架處（與拱肋1/8截面合并）、拱肋1/4截面處、拱肋3/8截面處、提升索吊點處、拱肋1/2截面處（即拱肋最前端）。
?。?）邊拱肋。為了能反映邊拱肋線形，測點主要布置在邊拱肋1/4截面處、邊拱肋1/2截面處、邊拱肋端口（即端橫梁上）。
?。?）合攏口。為了使合攏滿足設(shè)計要求，對合攏口位置均布置測點，即主拱肋豎轉(zhuǎn)鉸合攏口、系桿箱合攏口、副拱合攏口。
?。?）拱座。反映拱座應(yīng)力變化的特征點位。
?。?）提升塔。為了使豎轉(zhuǎn)提升的安全，對提升塔進行縱向和橫向位移觀測，其點位主要布置在平衡索上錨點所在的鋼管上。
3.2 測量控制點加密
由于周邊環(huán)境的影響和拱肋、提升塔的自身因素，已有的控制網(wǎng)是無法滿足轉(zhuǎn)體測量要求，根據(jù)拱肋轉(zhuǎn)體測點的分布，分析與計算各種狀態(tài)下這些測點適合的觀測位置及公況，最終確定加密平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的點位，使得在豎轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)過程中對整個拱肋線形的測點進行全面性的觀測，為轉(zhuǎn)體提供了完整的測量控制數(shù)據(jù)。
4 施工測量控制方法
目前，橋梁施工定位主要采用常規(guī)的測量方法，平面位置主要控制軸線偏位，用經(jīng)緯儀測定，而高程則采用水準儀測定。東平大橋是采用豎轉(zhuǎn)加平轉(zhuǎn)施工的橋梁而且是特大跨徑的鋼箱拱橋施工定位，根據(jù)橋型結(jié)構(gòu)，橋軸線在轉(zhuǎn)體過程中不通視，無法對橋軸線偏位用經(jīng)緯儀測定，而高程用水準儀測定需要用倒尺法，由于橋梁高及其拱箱上難以控制，用水準儀測定高程精度控制受到很大的限制，因此，本橋主要運用全站儀三維坐標法對全橋進行施工測量控制，其具體方法如下。
（1）拱肋。由于兩岸低支架臥拼方向在大地坐標系中不一致，因此，兩岸分別以主墩承臺中心為坐標原點，分別以拼裝方向和垂直于拱肋軸線方向為兩軸建立本橋兩岸的獨立坐標系和，根據(jù)大地坐標系與本橋相對坐標系編制特定的坐標轉(zhuǎn)換程序，用全站儀測定拱肋的大地平面坐標，利用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成本橋獨立坐標系中的獨立坐標而得到橋梁的軸線偏位，而用全站儀測定拱肋的標高即為控制標高。這樣滿足了轉(zhuǎn)體施工的測量控制。
?。?）拱座。用全站儀測定拱座的平面位移，水準儀測定拱座沉降。
（3）提升塔。為了觀測直觀，在垂直于拱肋軸線方向上且與提升塔在同一直線上架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，觀測平衡索上錨點所在鋼管頂設(shè)置的三個水平標尺，以確定提升塔的縱向位移；在拱肋拼裝方向架設(shè)另一臺經(jīng)緯儀，觀測另一水平標尺，以確定提升塔的橫向位移。
5 施工測量控制實施
為了轉(zhuǎn)體過程中測量工作有條不絮、協(xié)調(diào)進行，便于統(tǒng)一指揮，確保拱肋豎直提升及平轉(zhuǎn)施工順利實施。在轉(zhuǎn)體過程中利用三臺徠卡全站儀對拱肋進行測控，并且每條拱肋上分別分配同型號的徠卡棱鏡，對三條拱肋進行同步觀測和錯綜觀測，確保測量數(shù)據(jù)的準確性。
5.1 豎轉(zhuǎn)階段 豎轉(zhuǎn)是利用同步液壓提升系統(tǒng)，對主拱肋進行豎轉(zhuǎn)提升的一個過程，要求拱肋拱肋線形必須滿足設(shè)計要求，并且三條拱肋是同步提升，實施過程中，主要是通過測量拱肋三維坐標控制線形，三條拱肋的同步性與豎轉(zhuǎn)的瞬時狀態(tài)則是利用提升索的伸縮量和吊點處的標高進行雙向控制。
根據(jù)要求，豎轉(zhuǎn)過程中，測量工作主要是對主拱肋在各工況下的線形進行測控，并及時準確地將觀測結(jié)果上報技術(shù)組，通過技術(shù)組對觀測數(shù)據(jù)與理論值進行比較，通過分析的結(jié)論及時調(diào)整平衡索張拉力，為轉(zhuǎn)體施工的的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形提供控制依據(jù)，使結(jié)構(gòu)始終處于設(shè)計的受控狀態(tài)。提升塔位移對整個轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響很大，在轉(zhuǎn)體過程中，要時時對其位移進行觀測，一旦發(fā)現(xiàn)有超限位移立即要求指揮組停止轉(zhuǎn)體，應(yīng)根據(jù)塔偏情況相應(yīng)調(diào)整提升索與平衡索的索力比例，使整個提升系統(tǒng)處于相對平衡狀態(tài)，才能繼續(xù)豎轉(zhuǎn)。
5.2 平轉(zhuǎn)階段
平轉(zhuǎn)過程中重點觀測兩岸對應(yīng)兩條拱肋的相對高差，整個拱肋屬于三角自平衡體系，在轉(zhuǎn)動狀態(tài)中，為了能保證任何時刻都能觀測，使用主拱合龍口的C1’和 S1’測控點（及拱肋L/2處），跟蹤測量高程值。拱軸線偏位觀測，使用全站儀測量測控點絕對坐標偏差進行判斷。
平轉(zhuǎn)到位時橋軸線需要精確的測量控制，由于橋軸線與大地坐標系X軸夾角為零度，故拱肋轉(zhuǎn)體到位和拱肋軸線控制，直接以大地坐標進行控制。在X05、H05、01、04架設(shè)全站儀，相互后視，相互校核，確保成橋軸線精度滿足設(shè)計要求。
觀測拱肋特征截面高程及位移，重點是特征位置是高程及平轉(zhuǎn)到位時的控制，高程主要是平轉(zhuǎn)過程主、邊拱肋的相對高差，觀測結(jié)果都滿足誤差要求。平轉(zhuǎn)到位時測控很關(guān)鍵，一方面時保證成橋線形和橋軸線達到設(shè)計要求；另一方面是保證平轉(zhuǎn)施工的順利進行，根據(jù)平轉(zhuǎn)牽引系統(tǒng)的工作原理，如果拱肋超轉(zhuǎn)則利用助推千斤頂頂回，而這樣安全系數(shù)不大，所以盡量不超轉(zhuǎn)，必須對平轉(zhuǎn)到位時的軸線進行嚴格控制，運用坐標測量，直觀掌握拱肋軸線變化情況，另外在滑道上設(shè)置轉(zhuǎn)體限位卡梁，使用雙重保證措施施拱肋平轉(zhuǎn)到位時軸線核設(shè)計軸線允許誤差滿足精度要求。
5.3 平轉(zhuǎn)合攏
平轉(zhuǎn)到位合龍后，繼續(xù)以拱肋C1’～C27、S1’～S27控制點（及包括L/8、L/4/、3 L/8、L/2、L在內(nèi)的所有控制點位）作為橋軸線偏位測控點。觀測結(jié)構(gòu)特征截面的高程及位移，通過測控來提供結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形調(diào)整所需數(shù)據(jù)。
頂升主拱合龍口直至拱頂達到設(shè)計合龍標高，并在其過程中對拱肋線形進行再一次的調(diào)整。拱頂合龍口焊接完畢后，松開拱口頂升千斤頂，使整個橋體結(jié)構(gòu)成為兩絞拱狀態(tài)。
6 測控結(jié)果
東平大橋無論是在拱肋低支架臥拼，還是豎轉(zhuǎn)提升，最后到平轉(zhuǎn)合龍，各項測控目標均得到了有效的控制，各項指標也符合了設(shè)計和規(guī)范的要求，從而為大橋的轉(zhuǎn)體和建成起了重要的作用。
7 結(jié)語
近幾年轉(zhuǎn)體橋梁逐漸在我國推廣運用，使得同類型橋梁的施工技術(shù)進一步提升，而采用臥拼豎轉(zhuǎn)—平轉(zhuǎn)合龍施工的橋梁還為之少數(shù)，作為我國首座豎轉(zhuǎn)重量3000 t、平轉(zhuǎn)重量14100 t的東平大橋，不僅為以后同類型橋梁施工積累了寶貴的經(jīng)驗，而且還將成為新型轉(zhuǎn)體鋼箱拱橋的一個里程碑。
