金塘大橋主墩鋼套箱拼裝測量控制

黃 維

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北武漢 430050)

0 引言

金塘大橋連接金塘島與寧波市，是舟山大陸連島工程的第五座跨海特大橋，起于金塘島上雄鵝嘴，接在建西堠門大橋，經化成寺水庫、茅嶺、瀝港水道和灰鱉洋海域，止于寧波鎮海老海塘，接寧波連接線，全長26.54 km。其中:金塘側接線長5.511 km，金塘側引橋長1.007 km。跨海大橋長18.27 km，鎮海側引橋長1.752 km。

其主通航孔主墩承臺采用實體鋼筋混凝土圓端形構造，采用鋼套箱施工工藝，且鋼套箱設計為永久性結構兼做承臺的防撞設施，其尺寸為:外長60.88m，外寬38.12 m，鋼套箱為雙層結構，壁厚2.0 m，總高度9.858 m，總重1 623 t。鋼套箱的浮平臺拼裝是本工程的一大特色，鋼套箱浮平臺底板拼裝是測量控制的要點，其相對平整度是影響整個鋼套箱尺寸是否滿足設計要求的關鍵。采用的測量儀器有:全站儀一臺，經緯儀一臺，水準儀一臺，50 m鋼尺一個(經鑒定合格，測量時需加入尺長改正數)，5 m卷尺2個，3 m或5 m水準塔尺2把。

根據設計及現場情況，鋼套箱加工決定采用工廠內分片制作、水上浮平臺上總拼、大型起重船整體安裝的工藝。即在陸上合適場地設置加工車間，在臨近金塘大橋的合適水域設置浮平臺，防撞鋼套箱陸上分塊制作后，運至浮平臺上拼裝成整體，利用大型起重船套放下水，浮運至現場，再利用大型起重船整體吊裝。

鋼套箱制作拼裝測量控制分為以下兩部分。

1 陸上分塊制作

底板分塊制作在加工現場組拼臺架上進行，臺架應堅固，在施工中不得有較大的沉降，同時臺架必須有足夠的剛度，避免在使用過程中變形。先對加工場地進行處理，使地基承載力和平整度滿足使用要求。然后在完成的加工場地上，根據底板大小，制作底板臺座。臺架制作前，用水準儀精確抄平臺座底標高與頂標高，臺座4角相對高差控制在2 mm以內，平整度控制在2 mm以內，以確保鋼套箱的制作精度。

側壁制作根據起重設備性能及運輸要求，擬將側壁分為16個～20個節段，壁板分塊制作應首先在制作平臺上將內、外壁板，水平框架隔艙板制成平面分段，然后在組裝臺架上組裝。每個節段按照側壁分塊示意圖編號，并用油漆標記。

2 浮平臺上鋼套箱拼裝

2.1 浮平臺準備

選用2艘3 000 t甲板駁，編組駐位后，采用壓艙方法調整駁船干舷高度，使2艘駁船頂面平齊，并用型鋼將其連成整體。型鋼要有足夠的強度和剛度，確保鋼套箱拼裝過程中兩艘駁船同時受力。

2.2 底板拼裝

在浮平臺上設置底板拼裝臺座，可用型鋼焊制，為保證鋼套箱的拼裝質量，首先就要確保臺座頂面控制在同一平面上，而臺座頂面不一定平行于水平面(測量上稱為大地水準面)。由于浮平臺受海水風浪等影響，雖臺座平面可以始終保持在一個平面上，但該平面在空間的位置不一定是固定不變的。

常規的測量方法是借助測量儀器上的水準器(或水泡)，將儀器豎軸安置為垂直于大地水準面。當望遠鏡垂直于豎軸并保持垂直角不變，而繞儀器豎軸轉動時，望遠鏡的視準軸始終平行于大地水準面，由此來確定一個平面，而這個平面也只能與大地水準面平行。

臺座頂面不平行于大地水準面，更何況該平面在測量過程中相對于大地水準面是動的，所以用常規的測量方法來確定它是否是一個平面是很困難的。

本次檢查臺座頂面的思路建立在下面幾點基礎上:

1)幾何理論告訴我們，空間內任何不在一直線上的三個點可以確定一個平面。我們在臺座頂面上選擇適當的三個點作為依據，用它作為我們的臺座頂面平面，再檢查浮平臺底板拼裝臺座的其他點的頂面，是否在這三點所確定的平面上。

2)建筑上檢查平整度常采用靠尺。用靠尺靠在被檢查的面上，而靠尺所靠被檢查面一條線上的所有點與靠尺的距離就反映了該線的平整度，由于浮平臺很大，現實生活中很難有這樣長的機械靠尺。測量儀器望遠鏡視準軸是一條直線，我們稱它為光學靠尺。在上述1)中確定臺座頂平面的三個點中任選兩個點，架設經緯儀使儀器的望遠鏡視準軸通過這兩個點上空，轉動望遠鏡的豎直角，使該兩點與望遠鏡視準軸的距離相等，這樣測量儀器望遠鏡的視準軸平行于這三點確定的平面，這時固定望遠鏡豎直角。這樣再檢查校正該兩點連線上臺座頂面是否在1)中選定三點所確定的平面上。

3)在所選的三個點及其連線在一個平面的基礎上，再利用2)中所述原理和方法，檢查浮平臺底板拼裝臺座上任何一處的頂面，是否在這三點所確定的平面上。

4)此方法的關鍵環節是望遠鏡豎直方向等高儀器視線高，并鎖定水平方向，利用平行四邊形原理判斷兩條邊平行，否則所測數據失去意義。

具體方法如下(分別見圖1，圖2):

1)在浮平臺拼裝臺座頂面如圖 1選擇 A，B，C，D，E，F點，將A，B，C三點所在的平面作為臺座頂面的平面，利用上面所述原理來檢查其他的點和它在底板上的連線是否在該平面內。

2)檢查時將經緯儀架在A點，讀取儀器高在B點立尺讀數，使望遠鏡照準塔尺上的儀器高處，再檢查校正AB連線上的點是否在A，B點所在的平面上。

圖1 鋼套箱底板示意圖

圖2 經緯儀觀測示意圖

3)在A點置鏡檢查、校正AB線和AC線上的點是否在A，B，C三點所確定的平面上，在B點架儀器檢查和校正BC線上的點是否在A，B，C三點所確定的平面上。

4)再依據AB，BC，AC三邊上的兩個點來檢查和校正圖1中的點和線。

5)同樣的方法依次分別測量三角形BDC，DCA，CAB的三邊的視準軸方向讀數，依此判斷該三個三角形是否在同一平面上。

6)因所測四個三角形，分別重疊測量了另一個三角形的一個邊，這樣，整個鋼套箱底板所要控制的六條邊各自分別測量了兩次，而且每條邊的測點數都是三點，這樣就可以保證測量中的偶然誤差。

拼裝臺座控制在同一平面后，進行底板拼裝。拼裝臺座如果要求增加，可根據以上方法進行布設。

2.3 側壁拼裝

側壁與底板為“底托幫”裝配形式，采用焊接連接。在拼裝完成的底板上勘畫壁板安裝輪廊線及裝配定位線，并用油漆標記每個節段安裝線，注明節段號，拼裝時嚴格按安裝線進行節段就位。在拼裝側壁的過程中為確保側壁與底板各方向的垂直，利用鋼卷尺采用勾股定理進行側板的調整(見圖3)。

圖3 側板測量控制示意圖

1)側板立好后用鋼卷尺如圖3測得三條邊長分別為a，b，c。2)利用勾股定理計算側壁與底板是否垂直。3)如果不垂直就調整側板，重復做以上工作，直至側板與底板垂直。4)側板調好后加焊臨時支撐，再套裝下一塊壁板，重復以上工作。

2.4 鋼套箱整體尺寸控制

采用拉鋼尺法，分別采用鑒定過的長鋼尺(50 m鋼尺)多次測量，并加入尺長改正進行校正測量誤差。

2.5 鋼套箱底口開孔測量

根據鋼護筒施工現場實測坐標，將其換算成以鋼套箱橫橋軸線為X方向，縱橋軸線為Y方向，以鋼套箱下游內側中點E點為坐標原點的相對坐標(見圖1)。

測量時，置鏡E點，以EF軸為零方向，分別放樣底板的42個鋼護筒孔位，在鋼套箱底板劃上記號，依此作為鋼護筒底板開孔的施工依據。

2.6 鋼套箱拼裝完成后的全面質量檢查

鋼套箱在加工現場整體拼裝完成后應進行全面檢查，檢查合格后方可浮運到工地施工現場。全面質量檢查主要對其測量控制軸線的理論位置線、結構線、外觀幾何尺寸、表觀平整度等進行檢查。出廠前還應對其鋼護筒開孔位置做最后檢查，通過全站儀相對坐標測量，檢查其是否符合所提供的開孔數據要求，發現有開孔位置不對時，及時糾正，重新修孔，確保每個孔位符合施工現場鋼護筒實測偏差要求。

金塘大橋主通航孔主墩防撞鋼套箱的拼裝測量控制中，在浮平臺上拼裝底板是測量控制的難點，也是整個鋼套箱制作安裝控制的關鍵工序，經過施工單位與監理按照上述方法嚴格控制，鋼套箱拼裝完成后，底口平面誤差:長度方向+28 mm，寬度方向+16 mm;頂口平面誤差:長度方向+24 mm，寬度方向+11 mm;垂直度偏差:0.7%;底板鋼護筒開孔位置最大誤差:－65 mm;鋼套箱外表平整度:±5 mm。其結構誤差均滿足設計要求，為鋼套箱順利安裝奠定了基礎。

［1］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］.

［2］張坤宜.交通土木工程測量［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［3］金塘大橋測控實施規程［Z］.

［4］金塘大橋測鋼套箱施工組織設計［Z］.