重庆菜园坝长江大桥提篮钢箱拱安装测量控制

重庆菜园坝长江大桥提篮钢箱拱安装测量控制

摘要：提出一种大跨度精确放样三维坐标的测量方法，解决了动态施工对测量外业影响条件下空间结构物的精确定位，成功的实现了重庆菜园坝长江大桥主桥提篮钢箱拱的准确合拢。

关键词：长江大桥；提篮钢箱拱；测量控制

一、 工程简介

重庆菜园坝长江大桥主桥采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的组合结构。系杆拱桥主跨420m，对称布置的边跨和侧跨分别为102m及88m，主桥全长800m。主拱结构为提篮式钢箱拱，跨度320m，矢高约56.44m，主拱肋内倾角为10.67°，拱肋箱型截面尺寸为2.4m×4.0m。两片拱肋通过6道钢箱横撑连为一体，上、下游拱肋沿着桥轴立面内水平线，分为23个节段。其中包括：起拱段、标准段（分有横撑及无横撑两类）、合拢段。(见附图)

二、 钢箱拱安装工艺流程框图及测量控制内容

（一）钢箱拱安装工艺流程框图

施工准备

钢箱拱节段，工厂整体预拼（双榀），解体

钢箱拱节段装船，运输至桥位指定起吊处缆索吊吊装起拱节段、安装定位

灌注钢混结合部位砼

起吊第二节段（单榀）

第1、2节段栓接、吊机松构，挂扣索

钢箱焊接

安照上述步骤，南北两岸同步吊装其余节段。

吊装拱顶合拢段，对接焊接

调整扣索索力，主拱合拢 定位船就位

起吊第二节段（单榀另一侧） 安装临时横向缆风

第1、2节段栓接、吊机松构，挂扣索

安装临时横撑 线形调整

调整扣索、裸拱线型，监控拱脚标高 （二）测量控制内容

1、 钢箱拱吊装对接过程中，空间位置测量（粗测）；

2、 钢箱拱安装锚索，线型调整，拱的空间位置测量（精测）；

3、 拱段跨中合拢前，各拱段受日照、温度等因素影响的变形观测；

4、 扣索塔架、起重塔架塔顶位置观测（偏移量）；

5、 后锚位移观测。

三、测量控制点的布设

钢箱拱安装时主桥Y型刚构及边侧跨钢桁梁已安装完毕，对其定位放线的控制点就只有选在大桥两岸的实地上或在边侧跨钢桁梁两侧引桥的混凝土梁面上，而大桥两岸的

实地至钢箱拱的距离都有800至1000多米；引桥均是连续刚构，受气温影响的伸缩变形也不确定，且距离拱的中点位置也有400米左右，对提篮钢箱拱这样的三维结构物的精确定位是不能保证的，尤其是起拱段的精确定位；在施工中若有障碍物的影响则完全不能对钢箱拱的控制了。（见菜园坝桥施工图）针对菜园坝桥的地形及施工现状，一方面保

证钢箱拱安装的正常工期，另一方面要确保钢箱拱的安装精度及准确合拢，我们采用了动态布点与变形监测相结合的测量基准点对拱的安装进行控制。

钢箱拱安装时，主桥两侧引桥混凝土梁面已成形，通过反复计算与论证，我们采用轴线控制，在混凝土梁面（如上图P15、P20桥墩）的梁轴线上布设两控制点（含纵横坐标与高程），同时在梁底部单向限位支座上作上标记，便于量测梁面控制点的变形位移量。测站点则安置在钢桁梁梁面的轴线上，通过后视引桥梁面上的两控制点并根据支座上标记量测的位移量进行调整测站点的坐标，对整过钢箱拱的安装进行测量定位。

(一)钢箱拱平面控制点

利用全站仪(TCA1800)复测设计院提供的控制网点DQ3、DQ4、DQ6、DQ7,任选两点作为起始点进行平差,取与设计提供的坐标差值较小的坐标值,然后进行内插出P15、P20墩轴线上控制点作为全桥桥轴线控制的依据,并与钢桁梁轴线保持一致。钢箱拱的控制点则通过P15、P20两轴线点测出轴线上能通视的位置进行观测，并对该测站点进行实时观测后视点、贯通桥轴线进行校核。

南北桥 轴 线P15P20DQ4DQ7DQ3DQ6

（二）高程控制

采用二等水准测量分别将南、北两岸的高程控制点ⅡQ2（▽190.933）、ⅡQ6（▽196.950）引测至P15、P20墩预埋的高程点上，通过P15、P20墩预埋的高程点测至两主墩前次横梁处的钢桁梁顶面上,再通过二等水准测量进行跨江联测,经过内业平差处理,保证两岸的高程统一。高程控制线路示意图如下所示:

P17墩前次横梁钢梁顶面P18墩前次横梁钢梁顶面桥 轴 线P15P20ⅡQ2ⅡQ6

四、钢箱拱安装定位测量

1、钢箱拱拱段在工厂制作预拼后，解体前，复核拼装线型，提供实测拼装线型资料。

2、拱段在制作场预拼解体前,在每个拱段上制作轴线标记点和两端四个角点坐标测量控制点,并提供相应的测量记录资料。注明拱段长度，截面尺寸的测量资料。 3、测量时,仪器置于桥面上能通视的导线点上,联测P15 、P20墩控制点,测点无误后,用棱镜置于拱段上的测量点进行观测。仪器置于南岸，观测北岸拱段。置于北岸桥面，观测南岸拱段。须保证控制网点完全通视,高程传递采用EDM三角高程测量。观测前，须进行跨距和高程复测。

4、拱座(S0)安装测量。在(S0)拱段上,前端截面四个角点设四个测量点，后端四个角点设四个测量点,共8个测量点；调整时，以前端截面角点观测值为控制基准，后端角点测量结果作为校核，后端点误差不作控制。控制S0拱段横向、纵向、竖向空间位置,确保S0拱段轴线方向偏移在规定的范围内、线型准确。

5、标准拱段安装测量。在S1拱段前端四角点，设置测量点。安装时,测量四角点的空间位置,与监控预期值比较(无扣索悬臂状态下的测量值)。后端控制，主要与前一拱段顺利对接为准。

6、在扣索安装、张拉过程中,观测拱段前端的四个角点空间位置变化，与监控预期值作比较。1）当监控提供的钢箱拱纵坐标与实测纵坐标不一致时，通过纵坐标较差换算该点的监控横坐标与高程，作为新的调拱坐标基准；2）由于钢箱拱端坡口切割不均匀或其它制造误差的影响，上端两点与下端两点在观测时，数据可能会有些矛盾，在这种状况下，以下端观测两点为调拱基准，上端两点进行校核。确保拱段轴线方向偏移在规定的范围内、线型准确。

7、在扣、锚索张拉时,严格控制塔顶张拉不平衡力的同时，测量主要是观测扣塔、缆塔的偏移值，始终控制在规定范围内(扣塔)。

测量方法:全站仪置于控制点上，棱镜置于扣塔或缆塔顶部，实测其空间位置的变化。通过测点空间位置变化，推算塔顶的前后偏位值。 8、在拱段安装过程中,通过各种气温、气压、日照条件下的观测，比较拱段钢结构、Y构桥墩，扣索结构等空间位置的变化值，为后续拱段合拢、线型控制提供可靠的依据。

9、合拢段观测。1）在合拢段前三段在同一个测站观测，调整时把两岸对应点误差控制在同一方向；2）合拢前进行拱段变形观测，绘制变形曲线表；

3）合拢段配切。在设计规定的温度场用钢尺丈量合拢节点长度，和全站仪观测数据对比，以钢尺丈量为准。再用同一把钢尺对合拢段配切。

五、 施工放样精度评定

1、 钢箱拱合拢位置高程测量精度评定

钢箱拱高程控制采用EDM三角高程测量，仅测出拱上测点与控制点的高差即可，这样可避免因丈量仪器高、棱镜高等操作误差以及大气折光等外界因素影响的误差。观测示意图如下：

全站仪棱镜已知控制点（BS）拱上观测点（A）棱镜拱上观测点的高程HA＝HBS＋△H，△H＝S×tgα

不考虑测站点及操作误差，边长按最长边长计算，角度按最大角度计算

则高程测量精度mh＝±√（（tgα）2×ms2+ (mα2*s2)/((cosα)4*ρ2)）

＝±√（0.16×1＋（4×160000^2）/(0.9^4*206265^2)）

＝±2.0mm 考虑后视点误差为1mm，照准误差1mm，

则合拢高程测量全中误差为m＝±√（1^2+1^2+2.0^2）＝±2.4mm

2、 钢箱拱合拢位置纵横位置测量精度评定

钢箱拱纵横坐标测量公式为X＝X0＋S×cosα，Y＝Y0＋S×sinα,纵横坐标精度为mx=±√(mx02+ ms2*(cosα)2+ mα2*S2×sin2α/ρ2)，my=±√(my02+

ms2*(sinα)2+ mα2*S2×cos2α/ρ2)；边长和角度按最不利的条件下计算（起算点按1mm计）：mx=±√(mx02+ ms2*(cosα)2+mα2*S2×sin2α/ρ2)＝±√（1＋1×1）＝±1.4mm，my=±√(my02+ ms2*(sinα)2+ mα2*S2×cos2α/ρ2)＝±√（1＋2.4）＝±1.8mm。

假设对中误差为1mm，置镜点误差为1mm，照准误差1mm，则合拢位置测量点位横向（轴线方向）中误差为m＝±√（1^2＋1^2＋1^2＋1.4^2＋1.8^2）＝±2.9mm

六、 质量保证措施

1、 由于本桥结构的特殊性及河床两岸地形限制，考虑工程的进度及经济性，为确保测量的精度及钢箱拱的安装精度，根据实际的气候状况及荷载因素，对混凝土梁面上P15、P20墩轴线点定期（每10天一次）复测跨距；保证钢箱拱的定位坐标始终处于相对稳定的坐标系统下。

2、 钢箱拱的安装测量采用粗测及精测两次定位，粗测（拱处于悬臂状态）采用三角高程及悬空测量的方法进行，精测（拱的扣、锚索张拉过程中）采用TCA1800配合棱镜观测，并测其三维坐标进行定位；整个观测过程中由经验丰富的测量技师司仪，并采取严谨的复核制度进行约束。

3、 因钢箱拱受日照等环境因素影响，其变形较大，拱的精测定位严格按照监控要求在日照前进行，测量时间最迟不超过上午10：00点钟。 4、 对于S0、S1拱段的高程，采用水平仪进行复测，并与三角高程测量值进行比较，准确无误后再进行下道工序的测量工作。

5、 本桥钢箱提篮拱采用单榀吊装，每节拱段安装临时横撑，为保证拱轴线正确，在每道临时横撑安装后进行桥轴线贯通测量，配合小钢尺量距，使拱的安装严格按照桥轴线方向顺利延伸，保证钢箱拱的合拢精度要求。

七、 结语

重庆菜园坝桥钢箱提篮拱于2006年12月底在合适的温度下，不作任何调整的情况下精确合拢，表明了本工程中采用的测量方法及控制点的设置是合理的，在充分利用TCA1800全站仪的坐标放样功能的基础上，结合EDM三角高程的测量方法，保证了坐标定位的精度，对测站点的坐标换算工作也是本次测量的关键工序，解决了日照与环境因素等对测量的干扰，使观测点位始终处于相对统一的坐标下进行。这种测量方法及控制点的布设思路（动态布点，相对统一）的方式，完全可以作为类似工程中施工测量的借鉴。

参考文献：

[1]李青岳,陈永奇.工程测量学.测绘出版社.1995.6

[2]刘志德,章书寿,郑汉球,张学廉.EDM三角高程测量.测绘出版社.1996.2

[3]工程测量规范 GB50026—93