大跨度鋼箱桁架拱橋拱肋定位測量控制技術

徐勝泉　蔣思君　陳俊明

摘要：本文針對大跨度鋼箱桁架推力拱橋，在深水、陡峭山區地質環境下，對其主拱肋定位的測量控制技術，實現了主拱線形的精度控制。

關鍵詞：鋼箱桁架拱；拱肋安裝；線形控制；測量技術

一、引言

5月22日，在長江與香溪河交匯的西陵峽口，由中鐵大橋局承建的香溪長江公路大橋，完成主拱合龍施工。本文以香溪長江大橋拱肋安裝為工程背景，研究探討了大跨度鋼箱拱橋拱肋安裝定位測量控制技術。

二、工程概況

（一）主橋整體布置

湖北香溪長江大橋橋址位于長江兵書寶劍峽峽口處，主橋為531.2m全推力中承式鋼箱桁架拱。主橋拱肋采用空間變截面桁架式結構，主桁下弦桿中心線凈跨徑為508m，下弦中心矢高為127 m，矢跨比為1/4。主拱軸線采用懸鏈線線，拱軸系數為2.0。桁架拱采用雙片主桁，上、下游兩榀主桁平行布置，主桁的橫向中心距為25.3m。全橋拱桁安裝采用節段整體吊裝方案，兩個主桁節間（含上下弦桿、整體節點、腹桿）組成一個整體吊裝節段，在整體吊裝情況下，拱肋整體剛度很強，不宜發生變形。全橋共有44個整體節段、8個拱腳節段及2個合龍段。

（二）測量控制網布設

香溪長江公路大橋采用1954北京坐標系和1956黃海高程。長江大橋兩岸已有控制點4個，在主橋兩側1#、4#承臺上布置四個加密控制點，組成控制網（見圖2），經過復測，平面控制網、高程控制網等級均達到二等精度要求，滿足現場施工測量要求。

三、施工過程中的定位控制方案

（一）施工流程

（二）拱肋預拼檢查

為確保鋼箱拱加工及安裝精度，香溪長江大橋鋼箱拱在出廠前按照“3+2”進行了分段預拼，預拼精度滿足要求。

1.在預拼場地建立精密測量控制網，平面按照四等導線精度布設，高程按照四等水準精度布設，經復測控制網精度滿足規范要求。

2.主拱肋測點布置。主拱箱型桿件制造時，在拱肋節點內外側、節段接頭處四面中軸線距離端頭150mm位置做好標記點，點位用沖釘沖眼并噴紅漆做標記，檢查其相對關系，確保點位無誤。

考慮到后期現場安裝時，高空作業的風險，為了提高主拱線形測量效率，在每節段拱肋節點附近布置4個測量棱鏡，以直接測量棱鏡點控制主拱的線形。圖2為拱肋加工檢查測點布置圖。

3.全橋拱肋節段采用在胎架上進行臥式預拼，胎架應嚴格水平，拼裝前先對預拼拱肋節段的控制點（設計線形）在地面上進行放樣（地標點），在預拼過程中使用吊垂線的方法檢查鋼箱拱拱頂和拱底的控制點是否與地標點吻合，再用水準儀對拱肋腹板的高度以及平整度進行水準測量，高差反映出拱肋預拼的軸線偏位情況[4]。

4.節段預拼完成并驗收線形滿足設計要求后，測量每個節段拱肋的測量控制點和棱鏡點的坐標數據。

（三）坐標轉換計算

預拼測量完后，需要將每節段拱肋的測量控制點和棱鏡坐標，轉換為現場設計安裝坐標。把拱肋整體抽象為由測量控制點、棱鏡點組成的空間骨架結構，以廠內實測的Ai、Ai+1、Bi+1三個拱肋節點坐標為基準點，通過平移、旋轉拱肋整體，將三個基準點匹配到現場設計安裝對應節點坐標，使得拱肋整體結構在設計的安裝位置。

（四）拱肋安裝定位及線形調整

拱肋在工廠組拼好后，通過船運至橋位處定位，利用纜索吊機從水上起吊安裝，安裝定位以線形控制為主，索力控制為輔[6]。

1.安裝定位控制。拱肋安裝定位采用三維坐標法，將全站儀架設在岸側控制點上，觀測拱肋上棱鏡的三維坐標，得出拱肋在里程、橫向和高程方向的偏差值，結合監控指令調整拱肋線形，調整過程中持續進行線形的測量監控，并及時反饋測量數據，直至線形滿足監控指令和規范要求。

2.高程精度控制。在拱肋安裝過程中的高程測量采用單向三角高程測量，為了減少日照、溫差和風力等不利因素對鋼結構的影響，觀測選在溫度相對比較低，而且相對穩定的夜間進行。考慮到夜間大氣折光對三角高程測量精度的影響，需要對觀測結果進行氣象改正，江面的大氣變化非常復雜，以往的經驗值不能使用，我們通過現場實測，計算夜間各個時間段準確的大氣折光系數K值，選擇大氣折光系數最為穩定的22：00～5：00時段進行拱肋線形測量。

使用高精度全站儀測量對岸側控制點高程H，計算高程差值Δh=H-H0，則ΔK=2RxΔh/，式中R為地球曲率半徑，S為兩點間斜距，ΔK為大氣折光系數差，計算ΔK值并在全站儀里進行K值修正[2]。由于拱肋安裝時視線所通過的大氣環境與后視大致相同，可以基本消除球氣差對高程測量的影響。施工過程中若遇到天氣條件突然改變，須重新測定大氣折光系數，若天氣不利于觀測，必須停止施工。

四、控制成果

與傳統的控制手段相比，采用上述的安裝定位方法，有效的保證了鋼箱拱節段安裝精度，表1為香溪長江大橋主拱合龍前線形偏差表，主拱線形里程最大偏差為+11mm，拱軸線最大偏差為-8mm，高程最大偏差-12mm，符合《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF801-2004）及設計要求。且主拱平順，具有良好的成橋線形狀態，而且操作更為便捷，提高了施測效率，大幅度縮短了鋼箱拱吊裝定位施工時間。

五、結語

香溪長江大橋為世界最大跨度鋼箱桁架推力拱橋，所處位置地質條件復雜，峽口常年強風，施工控制難度大，需要綜合考慮控制點的選用、結合施工工藝選用合理的測量方法及控制手段、確保測量精度的有效控制最終實現主拱線形的精確控制及精準合龍。

參考文獻：

[1]孔祥元，梅是義.控制測量學[M].武漢：武漢大學出版社.

[2]魏浩瀚，鄧加柱，王子君，白新宇.夜間江面大氣折光系數的變化規律[A] 河南焦作供電公司 ， 焦作

[3]周旭.極坐標法放點的精度分析.陜西煎茶嶺鎳業有限公司， 略陽

[4]胡鋒，詹志文 .贛州市章江大橋鋼管拱定位技術. 江西省基礎測繪院. 南昌

[5]JTG_TF50-2011，公路橋涵施工技術規范

[6]吳波，孫石超.豐化江大橋雙肢拱肋安裝精度控制[B] 寧波通途投資開發有限公司 ，寧波