自錨式懸索橋施工過程中纜索的測量控制方法
2018-03-26
1 工程概況
武西高速公路桃花峪黃河大橋位于鄭州市西北郊，主橋為雙塔自錨式懸索橋，跨徑布置160m+406m+160m。橋塔采用門式塔，塔頂設(shè)置主索鞍，主纜索股由37股127絲直徑為5.3mm的高強度鍍鋅鋼絲（1670MPa）組成，長800.9m，主跨矢跨比為1/5.8，20%空隙率下的主纜直徑為406mm，全橋共110套索夾，其中12套無吊桿。主橋共有196根吊索，基本間距13.5m，近塔處吊桿距塔中心14m。
2 總體施工方案
主塔施工完成后在塔頂拼裝吊裝支架，從鋼箱梁橋面上進(jìn)行進(jìn)行主索鞍的吊裝；鋼箱梁頂推及合攏完成后進(jìn)行錨碇及散索鞍的安裝；中跨及邊跨貓道的安裝；主纜基準(zhǔn)索股的架設(shè)；一般索股的架設(shè)；主纜架設(shè)完成后，對主纜進(jìn)行緊纜；緊纜完成后安裝索夾；按監(jiān)控單位提供的體系轉(zhuǎn)換方案分步驟進(jìn)行吊索張拉、索鞍頂推和壓重混凝土澆筑完成主橋體系轉(zhuǎn)換。
3 施工測量控制方法
總體測量方法：建立主橋施工加密控制網(wǎng)→鋼箱梁合攏前后的控制測量→主纜錨碇安裝測量→鋼箱梁安裝完成后吊桿孔中心里程及標(biāo)高測量→主索鞍及散索鞍的安裝測量→中跨及邊跨貓道承重索的安裝測量→基準(zhǔn)索股及主纜普通索股架設(shè)的控制測量→主纜緊纜完成后線形測量及索夾放樣及安裝測量→吊桿張拉及主索鞍頂推過程中的主塔偏位測量
3.1 建立主橋施工加密控制網(wǎng)
平面施工控制網(wǎng)采用GPS衛(wèi)星定位靜態(tài)測量方法，按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》中的B級和C級GPS網(wǎng)測量精度進(jìn)行復(fù)測；高程采用精密電子水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測量方法，并布設(shè)成水準(zhǔn)網(wǎng)，按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB12897-2006）中的二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行水準(zhǔn)復(fù)測。根據(jù)主橋纜索施工測量需要布設(shè)施工加密控制網(wǎng)點，加密點共2對，分別布設(shè)在橋塔的上下游及兩岸側(cè)，定期檢測施工加密網(wǎng)，施工加密網(wǎng)檢測周期一般不超過6個月。
3.2 鋼梁合攏前后的控制測量
總體施工方法：鋼箱梁合攏施工在其頂推完成后進(jìn)行，本橋鋼箱梁根據(jù)總體施工方案存在兩次合攏，第一次為南錨梁與頂推最前端的SA10節(jié)段合龍，第二次為NA10節(jié)段與北錨梁、NA9節(jié)段的合攏。具體步驟為：
1）鋼導(dǎo)梁上南錨梁支架后，陸續(xù)段拆除鋼導(dǎo)梁；
2）拆除導(dǎo)梁最后節(jié)段M0、M1，繼續(xù)頂推鋼主梁最前端SA10節(jié)段與錨梁鋼箱梁相接（合攏前合攏縫宜在日最低溫度時20cm），全橋鋼箱梁頂推到位；
3）起吊NA10節(jié)段先存放在北錨梁上，再起吊NA9，并拼焊NA9，將NA10吊裝就位，與鋼主梁與鋼錨梁拼焊，此時全橋鋼箱梁合攏。
3.2.1 鋼箱梁與南錨梁的合攏測量控制
按照監(jiān)控規(guī)定的測量時段，對合龍口梁段所布設(shè)測點間距成對進(jìn)行48h測量、記錄、整理，互相校對，經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后用于合龍梁段的配切。
圖2 鋼梁節(jié)段合攏示意圖
合攏口梁段SA10――SA11的端頭截面均布設(shè)6個線形監(jiān)測點，用于監(jiān)測南錨梁的拼接線形以及監(jiān)測合攏口的頂?shù)卓诟卟?、中線偏位等。
圖3 鋼箱梁線形監(jiān)測點位布置圖
以上監(jiān)測數(shù)據(jù)須在不同工況下進(jìn)行連續(xù)測量，如若梁段存在高差太大的情況，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后，測量梁段的高差必須滿足規(guī)范要求時方能進(jìn)行下一步的頂推合攏工作。
鋼箱梁與南錨梁合攏之前，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼箱梁SA10梁段的梁端里程，宜控制在距設(shè)計里程位置20cm處，且調(diào)整好鋼箱梁與南錨梁的軸線偏位在10mm之內(nèi)，高差宜控制在2mm之內(nèi)。由于錨梁與鋼梁間剩余20cm合攏縫，以上工作全部完成后，應(yīng)對鋼梁繼續(xù)頂推，直至SA10、SA11兩個梁段合攏。在此頂推過程中，由于只有20cm的距離，如果軸線再次出現(xiàn)偏差將很難再進(jìn)行糾偏，因此在頂推過程中，應(yīng)分多次進(jìn)行頂推，不間斷對軸線進(jìn)行測量，直至鋼箱梁與南錨梁的精確合攏。迅速用碼板碼平對接縫，及時進(jìn)行焊接，必須在最短的時間內(nèi)完成焊接工作，防止由于溫差變大影響鋼箱梁的焊縫寬度及焊接質(zhì)量。
3.2.2 北錨梁與鋼箱梁的合攏測量控制
在鋼箱梁與北錨梁合攏之前，應(yīng)在NA9與NA11梁段的端頭兩截面各選取底板3個、頂板3個（分別設(shè)在兩腹板及中心線位置）觀測點位，并連續(xù)觀測其高程變化情況及軸線偏移情況。由于在NA11梁段安裝測量時，在錨梁支架上的鋼梁一次性定位較準(zhǔn)確，而NA9梁段的端頭截面為懸空狀態(tài)，其安裝后高程會出現(xiàn)一定的偏差，造成合龍段在安裝就位時容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。因此必須對NA9梁段的端頭高程進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過程中，不應(yīng)只調(diào)整NA9梁段的端頭高程，應(yīng)對平臺頂?shù)腘A8、NA7的梁底高程進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使各個梁段與設(shè)計線形一致，方便鋼梁的每一個梁段都能順利銜接。
在對合龍段NA10梁段進(jìn)行吊裝下放時，應(yīng)在吊機起吊時調(diào)整好縱橋向的兩端高差，需一端加配重，高差需控制在設(shè)計高差值123mm（節(jié)段鋼梁位于豎曲線內(nèi)），以方便NA10梁段起吊后能順利放入合龍段內(nèi)，底、頂口不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。
按照監(jiān)控指定的測量時段，對合攏口相鄰梁段所分部成對的測點的距離進(jìn)行連續(xù)測量，記錄整理測量數(shù)據(jù)，并繪制每一時段溫度及合攏長度變化值，合攏溫度和時間段確定后（宜選擇一天中溫差變化較小的時間段），依據(jù)測量結(jié)果，計算出合龍段長度尺寸值，以合龍段橫基線為基準(zhǔn)，按照所確定的合龍段長度尺寸值切劃邊線和坡口，為確保合攏順利進(jìn)行，焊接完成前有效的約束梁段收縮。在合攏接口處增加對拉螺桿底座等臨時匹配連接件，當(dāng)氣溫達(dá)到合攏溫度后，按照監(jiān)控要求合攏時段，迅速將合龍段吊裝就位，迅速進(jìn)行粗調(diào)、匹配、快速進(jìn)行臨時連接，臨時連接完成后，迅速用碼板碼平對接縫，及時進(jìn)行焊接，必須在最短時間內(nèi)完成焊接工作。 3.2.3 合攏完成后測量控制
全橋合攏后繼續(xù)對合龍段及全橋其它梁段進(jìn)行線形監(jiān)測，將線形測量數(shù)據(jù)及時反饋至監(jiān)控單位，以便對錨碇及散索套的安裝定位提供依據(jù)，為纜索順利架設(shè)做好前提條件。
3.3 主纜錨碇安裝測量
錨碇安裝在鋼錨梁安裝定位完成、鋼箱梁合攏后進(jìn)行。
由于錨碇安裝在箱體內(nèi)進(jìn)行，因此測量基準(zhǔn)點需轉(zhuǎn)點至鋼箱梁頂，鋼箱梁長度受溫度影響較大，轉(zhuǎn)點測量時應(yīng)在深夜至日出前期間進(jìn)行。此轉(zhuǎn)點同樣用于后來散索鞍的定位測量。
測量時應(yīng)精確定位前后錨孔道（每面至少觀測3個）的中心三維坐標(biāo)，前后錨面傾角等。
安裝完成后前錨孔道中心坐標(biāo)允許誤差不大于10mm，前錨面孔道角度不大于0.2度，前后錨連線的軸線偏位不大于5mm。并將安裝完成后的測量數(shù)據(jù)提供給監(jiān)控單位。
3.4 鋼箱梁安裝完成后吊桿孔中心里程及標(biāo)高測量
錨碇安裝完成后，應(yīng)在夜間溫度最低的時間段測量出鋼箱梁的總長、上下游吊桿孔中心里程及標(biāo)高，提供給監(jiān)控單位。
3.5 主索鞍及散索鞍的安裝測量
主塔及上橫梁施工完成后，進(jìn)行主索鞍的吊裝就位及安裝。在主索鞍的吊裝過程中，應(yīng)觀測吊架的撓度。主索鞍底座板及鞍體的縱橫向、豎向預(yù)偏量預(yù)抬值應(yīng)依據(jù)監(jiān)控單位的監(jiān)控指令值（本橋縱向偏離邊跨640mm，橫橋向偏離橋梁中心5mm）。
主索鞍施工工藝流程：底板墊塊調(diào)平→測量放線→支架安裝→主索鞍底板縱移至起吊位置→試吊→起吊→縱移→落位→調(diào)整位置→吊裝主索鞍其他組件→組件連接。
測量放線：底板墊塊調(diào)平采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。要求平整度控制在0.5mm/平面。安裝格柵之后，精確測量塔頂軸線是保證主索鞍安裝位置準(zhǔn)確的前提條件。選擇在天氣好并且氣溫穩(wěn)定的夜間測量放線，放樣出塔頂上下游的縱橫軸線。主索鞍安裝軸線均以塔頂放樣的軸線為控制線，以消除溫度和天氣變化對塔柱的影響。
散索套安裝測量：在錨梁的制作過程中，將散索套的下半部分放入箱梁底板接近散索套安裝位置上，在主纜架設(shè)前，按照監(jiān)控指令，采用全站儀放樣出設(shè)計的縱橫向軸線及里程線，并彈上墨線做好標(biāo)記；用型鋼支架將下半部分臨時支撐起來，并在散索套兩端設(shè)置限位端板，直至所有索股架設(shè)完畢，然后利用手拉葫蘆安裝上半部分至設(shè)計位置，調(diào)整軸線和角度，穿上螺栓，擰緊至設(shè)計要求力值。
3.6 中跨及邊跨貓道承重索的安裝測量
由于貓道承重索所用鋼絲在使用過程中會產(chǎn)生一定量的永久伸長，故在架設(shè)前應(yīng)根據(jù)其受力狀況進(jìn)行預(yù)拉，清除其非彈性變形，這樣，架設(shè)之后的貓道矢度較易于控制。貓道相當(dāng)于一個臨時輕型索橋，其作用是在主纜架設(shè)期間提供一個空中工作平臺。它是由貓道承重索、貓道面板系統(tǒng)、橫向天橋及抗風(fēng)索等組成，貓道面層距主纜中心線的高度一般約為0.8～1.2米，且一般沿主纜中心線對稱布置。
每次對承重索測量時，應(yīng)在日出前或日落后進(jìn)行。主纜中心標(biāo)高依據(jù)監(jiān)控單位提供的監(jiān)控指令。由于貓道鋪設(shè)過程中，不平衡水平力的客觀存在，故應(yīng)加強對塔頂偏位觀測及控制，要求主塔偏位不得超過監(jiān)控方要求。
3.7 基準(zhǔn)索股及主纜普通索股架設(shè)的控制測量
3.7.1 總體測量方法
主纜索股垂度調(diào)整分為基準(zhǔn)索股垂度調(diào)整和一般索股垂度調(diào)整?；鶞?zhǔn)索股垂度調(diào)整方法是絕對高程法，一般索股垂度調(diào)整方法是相對基準(zhǔn)索股進(jìn)行垂度調(diào)整。
圖4 主纜斷面
為保證一般索股調(diào)整時所用的基準(zhǔn)索股始終處于自由漂浮狀態(tài)，采用主纜各層外側(cè)一根一般索股作為相對基準(zhǔn)索股，其垂度依靠1#基準(zhǔn)索股進(jìn)行傳遞，然后利用各層相對基準(zhǔn)索股調(diào)整同一層一般索股和上一層相對基準(zhǔn)索股的垂度，以達(dá)到主纜線形調(diào)整目的。
為了消除調(diào)整誤差的積累，每根相對基準(zhǔn)索股的調(diào)整誤差均進(jìn)行傳遞，即調(diào)整下一根相對基準(zhǔn)索股時，他們之間的理論相對垂度值中要減去當(dāng)前相對索股的調(diào)整誤差值，以確保每一根索股相對于基準(zhǔn)索的調(diào)整誤差在允許范圍內(nèi)。
3.7.2 基準(zhǔn)索股測量
測量項目：包括錨跨里程及標(biāo)高、塔頂標(biāo)高及偏位、主索鞍預(yù)偏量、主纜垂度標(biāo)高、散索套移動量等。
①在索股跨中固定棱鏡，采用全站儀三角高程測量。
②計算出中跨及邊跨索股跨中垂度，并與設(shè)計垂度進(jìn)行比較，根據(jù)監(jiān)控計算的垂度調(diào)整圖表，算出索股需移動調(diào)整的長度，并作跨度、溫度修正。
?、弁ㄟ^索鞍處索股放松或收緊，完成垂度調(diào)整目的，先調(diào)整主跨、后調(diào)整邊跨垂度，直至符合設(shè)計要求。
?、茉谒鞴山^對垂度符合要求后，同時進(jìn)行上、下游兩根基準(zhǔn)索股相對垂度調(diào)整，其相對垂度差不大于10mm。
?、莼鶞?zhǔn)索股垂度調(diào)整好后，須進(jìn)行至少3天穩(wěn)定觀測，確認(rèn)索股線形完全符合穩(wěn)定要求，全部結(jié)果均未超過允許偏差的范圍，第一根索股的垂度即調(diào)整完成。其中絕對高程允許誤差為中跨±L/20000，邊跨±L/10000。
將連續(xù)3天觀測數(shù)據(jù)經(jīng)算術(shù)平均后作為基準(zhǔn)索股最終線形。
3.7.3 一般索股測量
基準(zhǔn)索股以外的索股為一般索股，一般索股是依據(jù)相對于基準(zhǔn)索股進(jìn)行相對垂度調(diào)整。采用相對基準(zhǔn)索股方法進(jìn)行一般索股垂度調(diào)整。采用游標(biāo)卡尺測定索股垂度調(diào)整量。
①安裝上下游主纜時通常以第一根索股為基準(zhǔn)索股，必須認(rèn)真操作。應(yīng)在測量計算跨徑、垂度、溫度變化等影響的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。垂度的調(diào)整須在夜間風(fēng)速較小、溫度相對穩(wěn)定時進(jìn)行。正確放置后，停留一段時間，連續(xù)觀察測量不少于3晝夜，如全部結(jié)果都未超過允許偏差的范圍，第一根索股的垂度即調(diào)整完成。
?、跒榱吮ＷC索股的架設(shè)質(zhì)量，可增設(shè)1～2條基準(zhǔn)索股?；鶞?zhǔn)索股的位置應(yīng)設(shè)在不被一般索股壓到的主纜邊緣處。
③基準(zhǔn)索股中跨的設(shè)計垂度允許偏差應(yīng)符合圖紙的規(guī)定。一般索股對于基準(zhǔn)索股垂度的相對差應(yīng)在0、+5mm以內(nèi)；上下游主纜的基準(zhǔn)索股，其垂度的相對差應(yīng)在10mm以內(nèi)。 ④如基準(zhǔn)索股由于受到其后安裝的索股架設(shè)而影響精確度時，經(jīng)檢測判斷已不能起到基準(zhǔn)索股的作用，則應(yīng)另選新的一根索股進(jìn)行計算跨徑、垂度、溫度影響的測量，并進(jìn)行調(diào)整，使符合（下轉(zhuǎn)第115頁）（上接第108頁）作為基準(zhǔn)索股的要求，然后將此新的索股作為相對垂度調(diào)整的基準(zhǔn)索股。
因主纜長達(dá)近千米，對溫度非常敏感，長度和垂度變化大，因此必須測量索股溫度，垂度測量時根據(jù)設(shè)計和監(jiān)控加以修正。在懸掛狀態(tài)下，束斷面為六角形，絲絲平行，不扭轉(zhuǎn)不鼓絲。按順序調(diào)整中跨、邊跨垂度后，最后千斤頂頂推錨頭增減墊片調(diào)整錨跨。調(diào)整時，中、邊跨以垂度為準(zhǔn)，錨跨以張拉力為準(zhǔn)。架設(shè)時應(yīng)注意觀測塔頂扭轉(zhuǎn)和位移。
3.8 主纜緊纜完成后線形測量及索夾放樣及安裝測量
當(dāng)主纜的一般索股和基準(zhǔn)索股架設(shè)完成后，對主纜進(jìn)行緊纜工作，緊纜完成后在夜間恒定的大氣溫度條件下，測量出主纜的線形。
當(dāng)主纜線形定型后，由監(jiān)控單位提供此狀態(tài)下索夾的坐標(biāo)位置，并在白天沿主纜的曲線把索夾的粗略位置在主纜上作臨時標(biāo)記。在夜間溫度較為穩(wěn)定時，把臨時標(biāo)記作為參考快速進(jìn)行索夾位置的放樣。安裝索夾前，應(yīng)依據(jù)主塔頂偏位，主纜溫度，大氣溫度，塔高，散索套頂點偏位等數(shù)據(jù)提交給監(jiān)控單位計算出索夾中心坐標(biāo)。安裝索夾時，應(yīng)檢查索夾的位置編號是否與主索上的位置次序編號相符。索夾吊裝到位后，應(yīng)對索夾中心進(jìn)行再次復(fù)核，復(fù)核無誤后再進(jìn)行索夾的安裝就位。由于索夾數(shù)量較多，需用多次完成，因而放樣時應(yīng)量測大氣溫度和主纜表面溫度，并盡量在溫度基本相同的條件下進(jìn)行索夾放樣。
3.9 吊桿張拉及主索鞍頂推過程中的主塔偏位測量
在主索鞍的安裝過程中，鞍體的預(yù)偏量為偏向邊跨64cm，吊桿張拉的過程中，應(yīng)依據(jù)監(jiān)控指令分三次對其進(jìn)行頂推，對主索鞍的頂推是懸索橋施工中的一個重要環(huán)節(jié)，對索鞍頂推量的控制，其實質(zhì)就是要控制塔身的應(yīng)力不超過容許值，以確保塔身安全，并在頂推過程中實時觀測主塔的偏位情況，保證兩個主塔的偏位不大于監(jiān)控計算數(shù)據(jù)。
4 小結(jié)
通過以上對自錨式懸索橋施工過程中纜索測量控制方法的描述，使我們了解了在施工過程中測量需要注意的重點和難點，在今后的工作中遇到同類作業(yè)時能夠做到提前籌劃，迅速進(jìn)入工作狀態(tài)，提高工作效率。
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