獨塔雙索面斜拉橋索導管的定位工法應用

徐登紅 王雷 賈濤 劉旭

摘 要：結合六安市前進大橋施工測量工程，對獨塔雙索面斜拉橋塔索導管和預制主梁索導管的定位工法進行介紹，該方法有效地保證了定位和放樣精度。

關鍵詞：斜拉橋;索導管;定位工法

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A

0 引言

隨著橋梁建設的發展，斜拉橋以其良好的結構性能和跨越能力以及優美的建筑造型在現代橋梁中占據著重要地位，而斜拉橋主塔索導管的定位則是其施工過程中一項精度要求很高、工作難度極大、對成橋質量影響顯著的測量工作。本工法適用于斜拉橋索導管定位、懸索橋索導管定位以及類似索導管之類的管道施工定位，能為斜拉橋索導管定位測量工作帶來積極的推動作用。

1 工程概況

前進大橋位于安徽省六安市前進路與淠河總干渠的交叉位置，其主橋為獨塔雙索面斜拉橋，橋梁全長為457.88 m，全寬為35.5 m，主梁全長約為210 m，跨度布置為90+120 m;

西、東兩側引橋分別為2×（3×30）m、2×30 m預應力混凝土簡支組合小箱梁;其中邊孔長89.86 m，主孔長119.86 m，主孔劃分20個節段，邊孔劃分11個節段。主塔采用“劍梭形”橋塔，由兩道塔柱組成，兩塔柱呈平行布置，橋面以上塔柱高69.8 m，距離橋面約56.3 m處設置上橫梁。塔柱截面近似橢圓，內部為空腔，橫橋向尺寸為3.5 m，按等厚度設置;順橋向尺寸在一定范圍內漸變，于橋面處為6.0 m，漸變段塔中部最大截面對應為8.0 m，塔頂對應為3.0 m，塔柱豎向漸變段對應為圓弧曲線段。本橋單索面布置18對斜拉索，拉索呈扇形布置，橋梁外觀如圖1所示。

2 高塔柱索導管的測量定位

目前，主塔索導管的定位方法較多，主要有間接測量定位法。斜拉橋隨著跨度的不同，塔柱高度亦不同，索導管的埋設也不同。為了這些密集而龐大的物件一次性達到設計規定的精度要求，保證眾多索導管口的中心位于同一坐標平面內，確保空間點的三維坐標，采用三維空間極坐標法;利用斜拉橋施工專用控制網，配以高精度全站儀進行空間三維極坐標測量，直接測定索導管錨墊板中心和塔壁外側索導管中心，從而進行定位調整。在索導管定位時，采用可編程計算器，提前將索導管空間線型模型進行編程，測量時可進行實時測量計算，它將以高精度、高速度提供放樣點，同時克服施工干擾給測量帶來的困難，提高工作效率。

2.1 高塔柱索導管的布置及定位精度要求

斜拉索是連接主塔和主梁的紐帶，而索導管是將纜索兩端分別錨固在主塔和主梁上的重要構件，為了防止纜索與索導管口發生摩擦而損壞纜索，影響工程質量，以及保證對稱主塔兩側的各斜拉纜索位于同一設計平面上，防止錨固點偏心而產生的附加彎矩超過設計允許值，對索導管錨墊板中心和塔壁外側套筒中心的三維空間坐標位置提出了很高的精度要求，按大型斜拉橋設計規定，一般要求纜索、錨具軸線偏差小于±5 mm。纜索通常采用扇形布置，主塔上的索導管均勻布置在主塔的上塔柱段，它們分布密集，傾角變化大，在順橋向，岸側和河側索導管近似對稱于墩中心線。索導管的長度和塔柱形狀、施工方法、張拉作業的空間布置和傾角等因素有關。前進路淠河總干渠橋各布設18對索導管，其傾角最大63.422 8°，最小31.198 8°，索導管最長6.06 m，最短3.8 m，一般情況，索導管越長，體積越大，重量越重，則相應的定位難度越大。結合大型斜拉橋設計要求和施工工藝。在靜態狀態下，由于纜索拉力的作用點位置偏差而產生的附加彎矩不得超過某一設計值;而施工中纜索中心和索導管中心不同心的最不利影響也不得因管口中心偏差而與纜索發生摩擦，以至于影響纜索的使用壽命。綜合以上因素，目前較多采用索導管口中心三維坐標偏差小于±5 mm的精度要求。

2.2 工法原理及三維坐標系的建立

索導管的定位精度包括兩個方面：一是錨固點空間位置的三維允許偏差±5 mm;二是索導管軸線與斜拉索軸線的允許角度偏差﹤5’。根據兩方面的要求和斜拉索的結構受力特性，索導管的定位應優先保證其軸線精度，其次才是錨固點位置的三維精度。索導管軸線與斜拉索軸線的相對偏差主要由索導管兩端口中心的相對定位精度決定。

橋梁建設通常建立以橋軸線方向為X軸的平面橋梁獨立坐標系和以某高程系為基準的高程值來表達工程結構物的位置。為了溝通索導管空間圖形與數組之間有序的聯系，以達到簡化計算和方便實際操作的目的，需要建立索導管空間圖形的數學模型，使空間圖形與數組對應起來。而建立這個數學模型前要先建立空間直角坐標系，通常以主橋直線段橋軸線為X軸（縱軸）、在水平面內與X軸垂直的軸為Y軸（橫軸）、而通過平面坐標系原點的鉛垂線則是Z軸。索導管特征點與特征軸線的尋找：

（1）首先放樣錨固鋼套管的粗略位置于勁性骨架上，使之基本就位。

（2）索導管常規定位采用索導管的頂面線或底面線進行定位，但是受索導管上附著物影響，上下特征線將不方便或不能夠準確尋找。為了解決索導管的定位問題，根據索導管的尺寸以及外形特征對索導管的錨固處以及出塔處設計加工了專門的定位板，如圖2所示。使用時，錨固處定位板直接放置在錨墊板上，直接觀測定位板中心即錨固點中心坐標，進行錨墊板位置的調整定位;將出塔處定位板放置于索導管開口處，注意使定位板的半圓弧與圓桿下側同索導管的內壁同時緊貼后，觀測定位板中心即索導管出口處中心坐標，對索導管出口位置進行調整定位。

（3）由控制點上的全站儀直接測量錨固鋼套管的錨墊板中心，并將錨墊板中心調整到設計位并檢測。

（4）直接測量管口中心，并將管口中心調整到設計位并檢測，然后計算實測點位至斜拉索軸線的垂距（偏差值）。

（5）由于調校管口時可能引起錨墊板移動，故應復測錨墊板中心并再次調校。

（6）重復（3）～（5），直至滿足定位精度要求。

2.3 定位過程中要解決的問題

（1）在進行索導管定位時由于索塔砼受到日照、索塔砼內部溫度不均、風力等因素影響，上塔柱位置發生隨機的變化。在進行索導管高精度定位時，要選擇合適的測量時間，在沒有日照、沒有3級以上大風、并且空氣溫度及索塔溫度變化不大的時段里進行索導管高精度定位。因此一般情況下宜選擇在夜里10點到第二天早上5點進行測量定位作業，以減弱索塔變形對索導管定位精度的影響。

（2）由于在定位測量時很難做到對向觀測，用三角高程內差法測量傳遞高程時要盡量消除球氣差對高程的影響。

（3）平面控制點在平差時已經投影到某高程了，塔柱測量時也應該消除投影對距離的影響，因此在上塔柱施工高程到一定時，還要進行將距離歸算到高程投影面的投影改正，提高塔柱的位置和索導管的定位精度。

投影改正值為：，在全站儀里采用對棱鏡常數進行修正的辦法修正測量距離。

（4）儀器具有的一些機械誤差可能會由于時間和溫度的變化而變化，因此在進行上塔柱和索導管的定位前要自己調校儀器的雙軸補償縱橫向指標差、垂直編碼度盤指標差、水平視準差、水平軸傾斜誤差等項目。

（5）三維測量的高精度要求棱鏡必須正對儀器，在對上塔柱和索導管定位時，傾角較大，如果無法準確找準棱鏡中心就會嚴重影響豎直角的觀測精度，同時由于儀器測距發射管的相位不均勻性以及飛旋標效應而影響測量精度。

3 梁體施工及索導管定位測量

在斜拉橋主梁的實際施工過程中，由于各種結構參數不可避免與設計值存在差異，導致施工產生結構內力及變位結果與設計預期值存在偏差，這類偏差如不進行控制和調整，則不僅影響到成橋后橋梁運營的效果，并且危及到施工中的結構安全。

3.1 梁體施工主要控制

主梁施工線形測量控制的實質就是一個主梁梁段施工周期內，測量部門獲取準確的主梁架設過程中的各工況的線形數據反饋給監控部門，由監控部門對測量的線形數據進行分析判斷，并對偏差提出控制方法，對施工的實時狀態進行控制調整，達到對施工誤差進行控制的目的。主梁標高及軸線對溫度變化非常敏感，為了消除日照溫差的影響，關鍵控制施工工序只能在夜晚進行，尤其是線形測量工作選擇在溫度相對恒定的凌晨（0：00-5：30）進行，在這個時間段內梁體相對較穩定，觀測前消除影響主梁線型的多余荷載，主梁的標高線形測量通常按幾何水準測量方法。

主塔偏位測量，初始值的觀測應在掛索前，選擇一天溫度變化較大的條件下進行連續36小時以上的位移觀測，編制塔柱的位移變化圖，初始值取變化最小的一段時間的平均值。同時可以確定塔柱“零”狀態的時間段。

在觀測主梁線型的同時，同步進行塔頂位移觀測，用固定在塔頂橫橋向兩側的棱鏡作為塔頂位移觀測點，用全站儀直接觀測三維坐標。

3.2 主梁索導管定位測量

斜拉橋索導管的定位質量決定了斜拉索的空間位置，也直接影響著主梁的線型。為了保證主梁索導管與主塔索導管的相對位置關系，要求主梁與主塔索導管的定位必須以同一基準為依據。

由于主梁施工時的施工線形與設計成橋線形有一定的預抬量，對主梁的索導管測量定位時必須考慮預抬量，使得成橋后索導管位置滿足設計要求。主梁索導管定位時，先根據設計部門計算的預抬量ΔZ，在平面位置保持原設計值不變的前提下，只是將主梁索導管在豎向整體抬高ΔZ，即可以解決預抬量對索導管定位的影響。

4 結語

六安市前進大橋索導管采用本工法進行測量，有效保證了斜拉橋索導管位置的準確性，確保了斜拉索的安裝和施工質量，是一種實用的測量控制技術，在其它類似的斜拉橋工程施工中具有廣闊的應用范圍。

參考文獻：

[1]曹明明，唐清寬，韓洋洋.采用鋼內導管的斜拉橋索導管精確定位技術研究[J].世界橋梁，2015（5）：36-39.

[2]董功海.獨塔單索面混凝土梁斜拉橋索導管定位方法[J].現代交通技術，2013（5）：30-32.

[3]劉長卿.斜拉橋主塔索導管安裝測量高精度定位研究[J].公路，2015（8）：75-78.

[4]廖輝軍，田克明.高塔柱斜拉橋索導管高精度定位方法研究[J].湖南交通科技，2012（2）：94-95.

[5]戴小松，周建鵬，郭位.斜拉橋高塔柱索導管精密定位測量方法研究[J].公路交通科技（應用技術版），2013

（10）：56-59.

[6]賈海軍.斜拉橋主塔索導管精密定位[J].北京測繪，

2016（3）：46-49.