渭河特大橋轉體施工測量技術

常運超

(中鐵二十局集團第六工程有限公司 陜西西安 710032)

1 引言

轉體施工是指橋梁跨越深谷、河流、鐵路等障礙物時通過半跨結構偏離軸線位置施工，成型后通過轉動體系將兩個半跨結構同時旋轉到位，在跨中合龍成橋的一種施工技術。全球范圍內，從20世紀40年代出現這種施工工藝以來，采用轉體施工建設的橋梁已不勝枚舉，轉體施工技術的理論與實踐水平發展迅猛。我國從20世紀70年代開始研究轉體施工技術，目前該技術已發展成為國內公路橋梁跨越鐵路時的主要施工方法。由于橋梁轉體施工測量定位精度要求高、轉體施工受天窗時間影響大，因此如何進行轉體關鍵部位的精確定位、如何快速準確地進行轉體實時監測以掌握T構姿態直接關系到橋梁轉體的成敗。本文以隴漳高速轉體施工測量技術為例，提出一種適用于快速進行轉體測量定位，且安全行之有效的測量技術，為類似工程提供參考。

2 工程概況

隴漳高速公路全長38.79 km，設計速度80 km/h，為雙向四車道，是國家兩大高速公路主干線連霍高速和蘭海高速的聯絡線，也是絲綢之路經濟帶道路互聯互通工程重要項目。該高速公路通車后，對甘肅省融入“一帶一路”倡議，促進“絲綢之路經濟帶”黃金段建設，改善區域交通運輸條件，帶動區域經濟和旅游業發展具有重要意義。

隴漳高速渭河特大橋位于甘肅省定西市隴西縣境內，起迄里程為K0＋739.12～K3＋521.12，全長2 782 m。該橋8＃～11＃墩上部為(41.4＋70＋41.4)m 連續梁，9＃、10＃墩梁體以 76°、78°上跨隴海鐵路雙線，設計為轉體施工。隴海鐵路6＃橋與渭河特大橋交叉處里程為K1539＋175～K1539＋225，渭河特大橋上跨既有隴海鐵路梁底距離上行線軌面最小距離為10.05 m，距離下行線軌面最小距離為11.55 m。該轉體單個T構重量為8 500 t，兩跨T構梁體全長152.8 m，單個轉體T構中線位置長度為66 m，橋面寬度為25.5 m，墩高18 m。該橋位于高嚴寒、高溫差地區，冬季期間溫差達20℃，有效施工時間短，距每日運行200多次列車的隴海鐵路僅3 m，安全風險高、施工難度大，且緊鄰渭河主河道，汛期河水極易倒灌。為此該橋9＃、10＃墩設計為轉體施工，將極大減輕施工安全風險與施工難度。9＃、10＃墩T構分別順時針旋轉76°和78°，實現雙向轉體合龍。

3 轉體關鍵部位測量

3.1 建立施工獨立控制網

首先對設計成果控制點進行全線復測，使用符合四等精度要求的設計控制點作為起算點，利用4臺R8-4天寶GNSS儀器建立渭河特大橋轉體獨立控制網，網型如圖1所示。

圖1 轉體橋獨立控制網網型布置

3.2 關鍵部位測量控制

渭河特大橋9＃、10＃墩從下至上結構形式為鉆孔樁、下承臺、球鉸、上承臺、墩身、梁體。其中最關鍵的施工部位為球鉸中心的精確定位。球鉸中心放樣精度必須控制在1 mm以內[1]，使用TCRP1201全站儀采用極坐標法進行施工放樣，采用萊卡小棱鏡進行球鉸中心定位[2]?；烂娓叱滔鄬φ`差控制在1 mm以內，采用DINI03電子水準儀進行標高控制。施工過程中，嚴格控制滑道平面位置上各點高程，使其誤差控制在1 mm以內[3]。

3.3 球鉸上部位置坐標計算

該橋轉體部位線路位于R＝830 m的右偏曲線上，球鉸中心與墩中心之間在線路橫向設計偏心距為12 cm。因此，球鉸以上部位施工時，需要考慮球鉸中心橫向偏心的影響。球鉸中心為從墩中心位置偏向線路右側12 cm的位置。由于橋梁轉體是以球鉸中心為旋轉中心，因此，上承臺、墩身及懸澆梁計算坐標時，需要在CAD圖上按照設計線路曲線要素畫出承臺、墩身、梁體的坐標位置，再以球鉸中心為圓心逆時針旋轉76°(78°)即為 9＃、10＃墩轉體前施工時的承臺、墩身、梁體的坐標位置。該步驟需要反復驗證，確保承臺、墩身、梁體坐標計算無誤后才可放樣；否則，坐標計算錯誤時，轉體后梁體將無法合龍[4]。

4 轉體前測量準備

4.1 監測控制網布設

轉體前，建立監測控制網，對轉體過程中T構姿態進行監測[5]。

如圖2 所示，JM02、JM02-1、JM04、JM04-1 為監測控制點，分別控制9＃、10＃墩T構中線位置。L1、L2、L3、L4為設置在T構梁面的中線監測點，當轉體轉至設計位置時，JM04-1、L1、L2、L3、L4、JM02-1 將處于同一直線上[6]?？梢酝ㄟ^穿線檢查是否轉體到位。9＃、10＃墩平面控制點及球鉸中心坐標如表1所示。

圖2 轉體監測控制網

表1 控制點及球鉸中心坐標

中線控制點轉體前后坐標如表2所示。

表2 中線控制點坐標

4.2 稱重配重

提前進行T構實際質量稱重，測試轉體部分的不平衡力矩、偏心距、摩擦力矩及摩阻系數等參數，達到安全施工、平穩轉體的目的。梁體T構實際稱重及配重時，使用全站儀對N1～N8坐標及高程數據進行實時測量，為T構稱重、配重提供梁體姿態指導數據，確保稱重、配重工作順利進行。

4.3 粘貼度盤刻度

在上轉盤上粘貼度盤刻度(見圖3)，使用激光儀指示刻度，方便技術人員實時掌握T構實際旋轉角度。

圖3 度盤及弧長刻度尺

4.4 驗證間隔度數

驗證9＃、10＃墩T構轉體的間隔度數設置是否合理。 設計為10＃墩先轉25°，9＃墩再與10＃墩同時轉動。轉動時兩墩間隔度數越大越好，設想一個墩先轉體至一合適位置，另一個墩再轉至最有利的情況，不會發生碰撞。受既有線運營影響，天窗時間非常寶貴，必須計算并反復驗證最少用時。以設計為準，在CAD圖上以實際T構梁端坐標數據模擬轉體過程中的碰撞問題，測試轉體時是否發生碰撞。經 10＃墩先轉 25°，9＃、10＃墩再同時轉動模擬后，兩T構梁端在距離最近時的間隔為1.023 m。如圖4所示，可以保證兩T構轉體順利進行。

圖4 兩T構轉至最近位置時平面關系

4.5 安置梁面棱鏡

出于安全考慮，轉體時梁面上不允許站人，因此，需提前將棱鏡安置在梁面位置。在10＃、9＃墩梁面上 N2、N3、L1、N6、N7、L3 位置架設棱鏡，將棱鏡對中整平后，架腿用膨脹螺絲及鐵絲固定在梁面上，安裝360°棱鏡。 其中 N2、N3，N6、N7 位置的棱鏡在梁面上對角線位置安裝，用于轉體時監測高程變化情況；L1、L4為轉體時跟蹤測量10＃、9＃墩 T構中線位置。

4.6 試轉測量

為了確保準時、安全轉體成功，在正式轉體前需進行試轉，對轉體的啟動力、轉動力及設備性能等情況進行記錄和觀察，為正式轉體提供數據參考。通過試轉檢驗牽引系統是否正?？捎?，明確轉體實際牽引力、測試轉動體系在轉體過程中是否穩定、測試轉體速度與設計值是否吻合、確定轉動體系的點動速度參數，為轉體準確順利就位做好準備。

本橋采用的千斤頂角速度不大于0.02 rad/min，橋體懸臂端線速度不大于1.5 m/min。先設定千斤頂線速度為5.83 m/h，即0.097 m/min，則轉動單元的角速度為:ω＝V1/r1＝0.097/5.4＝0.018 rad/min。

本連續梁T構總長66 m，端頭轉動線速度為:

式中:ω為轉動體角速度，rad/min；V1為轉盤轉動線速度，V1＝0.097 m/min；r1為轉盤半徑，r1＝5.4 m；V2為梁端轉動線速度；r2為梁體的旋轉半徑，r2＝33 m。

根據以上計算結果，轉體角速度及梁端線速度均滿足規范要求。

在C1、C2點架設兩臺全站儀分別對10＃、9＃墩進行觀測。試轉前先采集N3(10＃墩)、N7(9＃墩)兩點初始坐標高程值。試轉時千斤頂分別頂進10 mm、5 mm、3 mm各三次，使用兩臺全站儀分別測量每次頂進后N3、N7點的坐標高程數據各9次，與初始坐標值對比計算得出梁端移動弧長距離。試轉測量數據計算結果如表3所示。

表3 試轉結果記錄

5 轉體測量

5.1 平面控制

平面控制網按四等導線技術要求測量并平差計算[7－8]。 在 JM02-1、JM04-1 各架 1 臺 1″級全站儀，JM04-1點上全站儀后視JM04，對10＃墩梁面上L1點坐標進行實時監測；JM02-1點上全站儀后視 JM02，對9＃墩梁面上 L4點坐標進行實時監測；梁面監測點上架設360°棱鏡。

圖5中:O為10＃墩球絞中心；B為L1點轉體前位置。當OB繞球鉸中心O點旋轉至OC位置時，其轉過的角度β為:

圖5 轉動角度計算

直線OC、OB的方向角α分別為:

直線OC、OB的方位角A2、A1根據以下條件進行判斷:

(1)當x1－x0＞0時:

y1－y0≥0時，則OB(OC)方位角A＝α；y1－y0＜0時，則A＝α＋360°。

(2)當x1－x0＝0時:

y1－y0＞0時，A＝90°；y1－y0＜0時，A＝270°。

(3)當x1－x0＜0時，則A＝α＋180°

其轉過的弧長:

根據式(1)、式(2)可計算出該點轉過的弧長及角度。用秒表準確記錄每次測量坐標時的時間，計算每次測量坐標時的時間增量及角度增量[9－10]。

根據式(3)、式(4)計算出該點的轉動角速度及線速度，控制梁端線速度v≤1.5 m/min，且角速度ω≤0.02 rad/min。

5.2 高程控制

高程控制網使用原施工控制網的成果。轉體過程中，架設在JM04-1、JM02-1上的兩臺全站儀對N1～N8點的高程進行觀測來實時監測T構姿態是否穩定。通過監測，轉體過程中兩T構梁面N1～N8監測點高程在0～±5 mm之間浮動，轉體過程中高程整體平穩可控。

正式轉動后，每隔5 min全站儀采集一次數據，兩臺儀器記錄人員依次報數，通知轉動系統現場工作人員轉動的角度。當轉至最后8°時，每分鐘采集一次數據，及時報現場指揮人員。

當轉至最后3°時[11－12]，對中線檢測點坐標連續測量，進行點動控制。當實測Y值與設計值相差在0.5 m以內時，減緩轉動速度；當儀器視野中觀測到L1、L2、L3、L4在一條直線上時，精確測量該四點坐標，與設計值進行比較，當坐標較差小于3 cm，停止點動，進行姿態調整。該橋轉體測量技術經實際轉體施工后，中線合龍誤差為4 mm，梁面高程誤差為3 mm，實現了精確對接。

表4為渭河特大橋10＃墩轉體過程中實時監測坐標數據及由式(1)～式(4)計算結果。從表4可以看出，10＃墩T構轉動過程中的角速度及梁端線速度均滿足ω≤0.02 rad/min、v≤1.5 m/min的要求。

表4 隴漳高速渭河特大橋10#墩轉體過程中線監測點L1測量記錄

6 結束語

本文通過對隴漳高速渭河特大橋轉體施工過程中的施工控制網建立、關鍵部位球鉸定位和滑道水平控制、轉體監測控制網布設、轉體過程中平面及高程控制方面進行詳細論述，解決了轉體關鍵部位定位、轉體過程監控等測量控制難點，為轉體合龍后的平面及軸線位置、標高等滿足設計及規范要求提供了技術保證，為今后類似橋梁轉體工程測量控制提供借鑒。