大跨度斜拉橋施工測量控制的探討

武文斌

（中交一公局廈門工程有限公司, 福建 廈門 361021）

1 工程概況

椒江二橋及接線工程是浙江省及臺州市公路“十一五”建設規劃中的區域干線公路75 省道改建跨越椒江的重要通道,是臺州市椒江區規劃建設的“三橋一隧”中的一座特大橋,也是連接頭門港、海門港、龍門港的重要集散疏遠道路,椒江二橋總長約3702m，主橋布跨：70+140+480+140+70m，為雙塔斜拉橋，索塔總高152.76m。

2 測量控制原理

斜拉橋施工過程中，重點控制三種坐標：一是塔柱塔座中心與塔頂中心的垂直度；二是索導管的平面位置和高程；三是鋼錨梁的定位；四是主梁中跨合攏縱橫向的精度控制。根據特大型橋梁施工技術規范及設計要求，主塔施工測量主要以保證塔柱、鋼錨梁、斜拉索預埋管等結構的外形尺寸和空間位置正確。

斜拉橋施工控制測量根據施工進度分階段實施。前期主要依據設計單位提供的首級控制點進行施工測量控制點的加密工作，利用主塔周圍的控制點來完成；隨著塔柱的增高，用主塔周邊控制點進行控制，仰角會隨之增大而不利于測量觀測，因此要進行第二階段平面控制網的加密復測，用以提高定位精度。

平面控制網采用靜態模式，網型為環形網，按邊聯式擴展聯測。在布設GPS 網時，適當增加觀測期數可以有效提高GPS 網的可靠性；增加重復設站的次數，可以確保GPS 網的可靠性；在布設GPS 網時，點的可靠性與該點上所連接的基線數有關，連接數越多點的可靠性越高。

高程控制網采用三等水準測量結合EDM 三角高程測量的方法進行。主橋過江段兩岸河堤直線距離約2000 多米，直接一站跨越會嚴重影響測量精度。因此選擇在棧橋兩主塔位置各布設一個水準點進行EDM 三角高程測量，兩點距離約490m 左右。

高程測量采用對向觀測，用1"級高精度全站儀進行觀測，同步對向觀測用以消除大氣垂直折光影響；選擇地形氣候相近的觀測點進行建站觀測，最大限度地消除折光影響，使殘差值具有偶然性。

為提高觀測精度，避免作業環境影響降低觀測精度，宜選擇溫度氣候相對穩定的時間段；提高觀測效率，減少作業時間。

以上公式中i 為儀器高，v 為棱鏡高，α 為豎直角，S 為斜距，C 為球氣差系數。同理：

考慮1≈2，A-B≈B-A高差中值的計算式為：

根據規范，兩測站對向觀測高差不符值：±24√S。

為了提高工作效率，減少錯誤概率，便于結構物放樣，將主橋椒江獨立坐標系通過坐標旋轉、平移，轉化成以主橋軸線樁號遞增為X 軸方向，垂直橋軸線方向為Y 軸方向，高程遞增為Z 軸方向的施工獨立坐標系；建立起明確的放樣坐標與結構物對應樁號尺寸具有明確關系的坐標系統，其坐標系轉化按下式進行：

公式中α 為旋轉參數，b 為平移參數。

定位放樣時盡量在天氣、溫度、風力等條件影響較小的情況下進行；同時嚴格按設計、監控部門的要求，在主塔不同施工階段考慮基礎沉降、混凝土收縮、溫度應力和風力對主塔施工測量的精度影響，并及時進行預設值的調整。

3 施工定位實施

根據設計圖紙和施工組織設計方案，將主塔按節段劃分，通過建立數學模型，利用行業內成熟的數據處理軟件，計算主塔各階段的結構物三維坐標；鋼錨梁、斜拉索索導管的預埋和鋼箱梁的安裝定位等是測量控制階段難度最大、精度要求最高的部分。鋼錨梁、預埋管安裝定位采取以三維坐標定位為主，以極坐標法校核為輔的方法。

在主塔塔柱施工時同步施工相應位置的鋼筋混凝土牛腿，并在鋼筋混凝土牛腿頂面預埋鋼板。鋼錨梁牛腿是鋼錨梁的支承結構，鋼錨梁牛腿高程直接影響鋼錨梁的空間定位，要保證其施測精度，并嚴格按放樣結果進行施工，保證施工精度，由于鋼錨梁的安裝空間狹小，鋼錨梁牛腿混凝土結構外形尺寸必須精確，在施工時應注意模板位置的精確性，且需加強支撐措施，防止內模出現局部變形或位移[1-5]。

鋼錨梁的安裝與上塔柱的分段施工配合進行，鋼錨梁在相應節段塔柱混凝土工程施工完成后分節段吊入塔柱內安裝，斜拉索張拉過程中鋼錨梁和鋼錨梁牛腿之間可以相對滑動；鋼錨梁牛腿高程直接關系鋼錨梁空間位置的準確，在安裝鋼錨梁前需對牛腿頂表面進行復測。

斜拉索預埋管定位采用三維極坐標法，直接觀測預埋管進、出塔壁位置的中心點，通過反復觀測調整中心點坐標直至復核設計和規范要求。此方法操作簡單，施工速度較快，大大提高工作效率。

斜拉索預埋管安裝定位分兩次進行。第一次進行初步定位，根據預埋管設計坐標，在勁性骨架上放出坐標點，依據坐標點用水平尺、垂球、卷尺將預埋管初步安放好。第二次進行精確定位，根據拉索錨固中心坐標、預埋管斜率、預埋管實測長度，推算出預埋管上下口坐標，用全站儀檢測初定位置并進行調整，直至預埋管上下口三維坐標都符合誤差≤5mm 后，將斜拉索預埋管采用型鋼焊接固定在勁性骨架上，再進行一次復測，直至合格為準。

隨著塔身逐漸升高，觀測視距也相應的變大，觀測過程中受日照、氣溫及風力等外界條件變化的影響也逐漸加大，索塔本身也處于一定幅度的擺動之中，索塔施工頂部會出現一定量的水平位移，在不同的觀測時段，位移量還會隨之變化，且這一變化隨著塔身升高而逐漸增大。因此，斜拉索預埋管施工測量時需選擇在相同或相近的氣溫條件下進行。

4 外界環境對定位精度的影響分析

在施工測量定位過程中，一是結構物本身容易受溫度影響熱脹冷縮，二是定位測量施測過程中受其影響，造成精度降低。塔、梁位移及纜索應力受溫度變化影響，在施工過程中，對溫度場及溫度變化帶來的影響進行周期性的持續觀測，根據溫度變化影響情況確定最佳施測作業時間，施工工序中控制階段的實際時間根據當日的溫度狀況作出具體調整。溫度測量結合應變測量進行。主梁、索塔、拉索等構件溫度場的測量采用模擬/數字混合式測溫傳感器進行測試。溫度傳感器系統采用模擬/數字混合式半導體溫度傳感器系統，因鋼材容熱性差,其對溫度變化十分敏感,科學觀測關鍵施工工序及施工測量數據采集的時間，分析應對減少溫度變化對施工控制精度的影響。

斜拉橋屬于超靜定結構體系，結構受力比較復雜，結構的精確定位是橋梁力的傳遞能否按著設計意圖進行的關鍵；如何預測溫度效應給施工帶來的影響，首要是給定結構溫度場的分布情況，大型橋梁溫度場分布很復雜，由于實際的溫度場并不是某種單一溫差引起的溫度場，而是不同溫差的有機組合，實際測試的標高、索力的改變量也是基于這種情況。

對已施工節段各部位在不同溫度條件下進行規律性觀測，用有限元方法分析觀測成果數據，計算其影響變化值，用多項式進行擬合，得到的溫度修正值，指導后期施工，并做好復測記錄。

椒江二橋斜拉橋主跨480m，屬于大跨度橋梁，施工過程中，結構自重、配重的平衡和線型的變化等會影響橋梁的穩定性。該型橋的穩定問題包含兩個方面：一為結構自穩，即靜力穩定；二為動力穩定，即風和地震等的影響。結構靜力穩定問題主要應考慮最大雙懸臂、最大單懸臂等狀態下的穩定，結構的不對稱性及施工荷載的隨機性很可能導致結構失穩。動力穩定問題，設計前應建造相應的模型，模擬現場環境條件，進行相應的實驗；施工階段，對結構的抗風穩定性進行有限元分析。通過對應力應變測點加強監測，在結構計算分析過程中，仔細考慮各種荷載組合帶來的負面影響，是可以防患于未然的。

5 影響精度的解決途徑

根據影響精度的原因分析，在施工過程中不斷探討、提高及改進，我部選擇在無風或微風的清晨進行測量，由于夜間氣溫變化相對平緩，長時間的熱傳導后，構件內的溫度梯度相對較小,，溫度分布也較均勻；在日出前完成，施工測量，避免外界環境因素變化太大引起溫度梯度變大。

提高定位精度的有效方法之一是對結構部位進行有目的性的監測，對采集到的數據分類整理，通過不同數學方法和幾何模型進行有效分析；施工階段實測得到的參數會和設計階段進行結構計算時對應的各參數不一致,因此通過對施工階段采集到的數據進行有目的性的分析,對設計參數進行識別與校正，可對特大型橋梁的后續施工提供安全技術保障，并能起到提前預測結構物的變化趨勢。參數修正是特大型橋梁施工階段提高橋梁穩定性的有效途徑。隨著工廠預制化生產水平的提高，其制作精度高，鋼箱梁在工廠內完成生產，結構物實際參數與設計參數很接近；在施工現場，由于混凝土的收縮徐變系數、幾何尺寸及自重等會引起與設計不符,故需要對這些參數進行采集、識別和修正。

6 后期施工檢查情況

椒江二橋于2011 年6 月1 日至2013 年6 月31 日止，從塔座至索導管預埋到全橋合攏，我部對每節段實體結構物逐一進行施工監測檢查，累計共檢查了200 段成品，通過在索導管錨固端高程調整后對索導管出口高程與順橋向位置的預調，待全橋合攏，梁體變形穩定后，索導管出口能基本上與設計位置吻合，有效保證了索導管的定位精度。其最大誤差僅為12mm，而且90%的索導管三維坐標都能保證在±5mm 以內，不僅完全滿足施工要求，而且從根本上控制了斜拉索的索面線形，為斜拉橋的施工質量提供了可靠的保證。

7 結束語

斜拉橋的結構特征是高次超靜定結構體系，結構柔性較大，是由主塔、梁和索組成的高次超靜定柔性結構體系，施工過程與成橋狀態具有相關性，對成橋線形提出很高的要求，結構物的任何一處坐標位置的變化都會影響結構內力的分配。為保證斜拉橋成橋線形符合圖紙和相關規范要求，從基礎、塔座、塔身一直到鋼箱梁成橋的全過程都要進行高標準、嚴要求的施工控制；其中結構物各結點應力、應變測量的力學控制以及結構物各結點的位置、線形控制尤為重要，如此才能保證斜拉橋成橋理想狀態。

由結構物成品檢查情況可以得出，在施工中經過反復論證，不斷改進，掌握了施工要點，也積累了一定的施工經驗，取得了良好的效果。我們將在以后施工過程中不斷總結經驗，強化質量管理，爭取實現高精度定位，為以后高標準、高質量、高效率箱梁預制、架設施工積累了經驗。