轉體橋測量監控技術

李 凱

(中鐵十四局集團第二工程有限公司,山東 泰安 271000)

1 工程概況

國道338線原平市過境改線上跨韓原鐵路立交橋項目位于山西原平市。橋梁設計位置在原平站—薛孤貨運站區間，上跨鐵路橋體施工，T構主墩為10號墩，設計里程為K136+187.554。橋梁路線平面位于R=3 500 m的圓曲線上，左偏；路線縱斷面處于2.15%及-1.99%坡段上，豎曲線半徑R=20 000 m。橋跨布置均為68 m+68 m，合龍段4 m，轉體長度為64 m，梁體全寬為12 m，設計為順時針轉體79.12°就位。橋梁設計與韓原線位置關系如圖1所示。

根據規范和設計要求，梁體就位精度要求比較高，它的精確就位，對保證安全和質量以及后續的順利合龍具有重要的意義[1-2]。

2 測量控制網布設

施工前，結合現場實際在10號墩兩側布設控制網，布設控制點時，應保證轉體前后有多余的控制點用來置鏡。

2.1 平面控制網布設

由于線路跨越鐵路，鐵路兩側的控制點不能直接通視，采用GPS靜態測量的方式進行控制網測量，按照四等GPS測量精度，采用6臺雙頻GNSS接收機，每測站觀測一個時段，時段長度不小于60 min，衛星高度角不小于15°，GPDP值不大于6。平差時其最弱點點位中誤差不得大于±5 cm，最弱相鄰點相對點位誤差不得大于±3 cm,最弱相鄰點邊長相對中誤差不得大于1/35 000，將已知點YP04,YP05,YP06作為約束點，對未知點JM01～JM05進行二維約束平差。控制點網形圖見圖2。

2.2 高程控制網布設

3 轉體橋數據計算

原平轉體橋位于半徑3 500 m的圓曲線上，為了保證梁體橫橋向重力平衡，故設計時將旋轉中心向曲線內側偏移8 cm。即轉盤中心線與橋墩中心線不同軸，計算轉體系統結構物坐標時應將轉盤中心線作為中心線，計算橋墩、梁體時應將橋墩中心線作為中心線。系統側面圖如圖3所示。

3.1 結構物平面坐標計算

計算平面坐標時，應先計算轉體完成后的坐標，待復核無誤后，將球鉸上盤以上結構物以球鉸中心為旋轉基點按照設計的旋轉角度，反向旋轉至轉體前的位置。可將線路中心線一并旋轉至轉體前位置，利用新的曲線要素來計算各結構物坐標。

3.2 結構物高程計算

結構物高程的計算按照自下而上累加的方法，從樁底高程按照結構物尺寸累加至路面高程，并與設計路面高程核對，梁體在轉體前后高程不發生變化。

4 轉體系統安裝精度測量控制

轉體系統由上下轉盤、撐腳、球鉸、環形滑道、轉動牽引系統等組成，其中環形滑道、球鉸、撐腳安裝精度是測量控制的重點。

4.1 環形滑道數度控制

環形滑道安裝時，應先在底面定位出滑道內外邊緣點，用來控制滑道支架的位置，待滑道拼裝好后，需要對滑道鋼板的位置和平整度進行校正。滑道鋼板的位置校正采用全站儀進行校正，內外邊緣距旋轉中心的距離偏差應控制在±5 mm以內；滑道鋼板的平整度采用電子水準儀進行校正，3 m長度內的平整度應不大于1 mm，徑向對稱點高差應不大于滑道直徑的1/5 000。滑道校正完成后，應將滑道固定牢固確保滑道在澆筑過程中不發生位移。

4.2 球鉸安裝

球鉸安裝時，采用全站儀精確定位球鉸中心，其相對設計位置允許偏差應控制在5 mm以內，豎向垂直度應小于1/1 000；球鉸頂面平整度應采用電子水準儀進行控制，頂面各角相對高差不大于1 mm。

4.3 撐腳安裝

撐腳安裝時，先用全站儀定位出每個撐腳的四角位置，與旋轉中心的距離偏差應控制在5 mm以內，撐腳底距離滑道鋼板的高度應嚴格按照設計值采用鋼尺或塞尺來控制，高度允許偏差應控制在2 mm以內。

4.4 牽引反力座施工

在轉動牽引系統中的牽引反力座施工時，應注意復核其牽引方向線與轉盤是否相切，復核上轉盤與牽引反力座之間的位置關系，確保上轉盤在轉動時與牽引反力座不發生沖突。

5 轉體前準備工作

5.1 轉體前梁體結構物復測

轉體前應復核梁體軸線位置、梁面高程、梁體尺寸等數據，根據實測數據繪制梁體平面圖，再根據各個梁體中心點擬合出一條實際梁體軸線，擬合后的梁體軸線應通過旋轉中心，且線形與設計軸線一致，如圖4所示。對比擬合后梁體軸線與設計軸線之間的偏差，若軸線偏差小于10 mm，轉體時按照設計旋轉角度進行轉體；若軸線偏差大于10 mm，應以擬合后軸線與轉體就位后設計軸線之間的水平夾角作為轉體角度進行轉體。

5.2 人員儀器配備

轉體前應配備充足的測量人員和儀器設備，確保轉體時能夠在大小里程側同時監測梁體姿態。具體人員配備見表1。

表1 測量人員、設備配備表

5.3 監測點和置鏡點布置

轉體時需要在梁體的大小里程側布置監測點，監測點布置在梁體中心線處，安裝360°棱鏡，棱鏡應安裝牢固，在轉體過程中不發生位移。

置鏡點應布置在能在旋轉范圍內觀測到棱鏡的位置，現場具備條件的，宜將置鏡點設置在蓋梁或梁體上。

5.4 監測點數據采集及準備

在梁體稱重后應及時采集監測點起始坐標，根據監測點坐標、旋轉中心坐標、旋轉角度計算剩余弧長。

L=α·π/180R-R·2arcsin(D/2/R);

R=√[(X1-X)2+(Y1-Y)2]；

D=√[(X1-X2)2+(Y1-Y2)2]。

其中，L為剩余弧長，m；R為旋轉半徑，m；α為旋轉角度，(°)；D為已轉弦長，m；X，Y均為旋轉中心坐標，m；X1,Y1均為監測點起始坐標,m；X2,Y2均為轉動過程中監測點坐標,m。

6 轉體過程測量監控

6.1 試轉體

在梁體正式轉體前需進行試轉體，通過試轉體獲取轉動參數。試轉前先測得監測點坐標，計算剩余弧長，試轉開始后，在轉體人員的指揮下分別實測點動30″,20″,10″,5″,3″的監測點坐標，根據實測坐標計算剩余弧長，再由相鄰兩次剩余弧長的差值得出各點動時間內的轉動弧長。

試轉監控的過程中，在每次點動停止后，梁體在慣性的作用下還會繼續轉動，應待梁體穩定后再采集監測點坐標。

6.2 正式轉體測量監控

梁體正式轉體測量監控，是決定梁體最終線形的關鍵一步，由于轉體操作一般安排在天窗點內進行，所以轉體過程的測量必須要精準控制，確保萬無一失。

6.2.1 儀器架設

轉體前應在大小里程側提前架設全站儀，設站完成后，實測對應監測點坐標，并與試轉完成后的監測點坐標對比，若較差過大，應分析是梁體受慣性繼續轉動的原因，還是設站的原因，若是設站的原因應重新設站。

6.2.2 連續轉動模式測量監控

正式轉動啟動后，第一階段為連續轉動模式，每轉動5°測量一次監測點坐標，并計算剩余弧長，測量指揮應指揮大小里程兩臺儀器同步測量，確保剩余弧長的一致性。

6.2.3 點動模式測量監控

當剩余弧長小于2 m時，進入點動模式，此時監測梁體姿態不再以剩余弧長作為控制指標，而是以監測點至梁體中心線的偏距來控制。第一次點動前，反算監測點到梁體中心線的距離，前期監測點距梁體中心線較遠時，可選用長時間點動，當監測點逐漸接近梁體中心線時，選用短時間點動，當監測點距離梁體中心線5 cm左右時，停止轉動，避免超轉。

6.2.4 梁體姿態精調

梁體點動結束后，應對梁體姿態進行最后的精調，測量梁體監測點坐標及梁面高程，此時梁體偏位為：小里程中線右偏60 mm、梁體頂面高程高于設計90 mm，大里程中線左偏48 mm，梁體頂面高程低于設計70 mm。根據規范要求(如表2所示)及大小里程梁體中線偏差和梁體頂面高程偏差合理分配梁體線形誤差，具備調整方案為中線右偏6 mm，梁面高程高于設計10 mm。

表2 轉體就位后梁體的允許偏差

調整步驟為：

1)先在大里程上轉盤底放置頂升千斤頂，頂升過程中連續監測梁面高程，待梁面高程接近高于設計10 mm時，停止頂升。

2)實測中線偏位，用連續千斤頂將梁體點動至右偏6 mm時，停止牽引。

3)反復通過頂升千斤頂和連續千斤頂來調整梁面高程和中線偏位，直至梁體允許偏差滿足規范要求時不再調整。

4)梁體精調到位后，應在千斤頂的支撐下立即鎖定梁體，防止梁體發生位移。梁體精調時，千斤頂安置位置見圖5。

7 轉體就位后線形復測

梁體就位后，應對梁體線形進行測量，經檢驗轉體后的梁體中線和頂面高程滿足規范和設計要求。線形數據見表3。

表3 轉體就位后梁體線形數據

8 結語

轉體橋測量監控技術是保證轉體橋順利就位的重要環節，在轉體過程中采用全自動測量設備進行實時測量監控，可以簡化監控流程，根據實測數據及時調整梁體姿態，大大提高轉體就位的精度。本文對轉體橋測量監控過程中各項重點工作進行歸納總結，為后續類似工程施工提供參考。