東平大橋轉(zhuǎn)體施工測量控制
2017-08-21
1 工程簡介
東平大橋位于佛山市禪城區(qū)南部，跨越東平河，是佛山市中心組團(tuán)新城區(qū)的重要橋梁，是連接?xùn)|平河兩岸的重要交通樞紐，是中心城區(qū)向南拓展的重要通道，同時(shí)也是佛山市中心組團(tuán)南北連接將來文化、體育中心的重要通道。全橋長1427.2 m，其中主橋?yàn)?3.5+95.5+300+95.5+43.5 m共578 m的副拱拱肋線形為直線—— 主拱懸鏈線的組合線形的連續(xù)梁—鋼拱協(xié)作體系三拱肋拱橋，主孔跨徑300 m，主橋邊跨為混凝土連續(xù)梁—— 鋼箱拱肋組合跨徑95.5 m，主橋橋?qū)?8.6 m。主拱肋為凈矢跨比1/4.55、拱軸系數(shù)為1.1的懸鏈線拱，橋面以上拱肋截面高3.0 m，橋面以下拱肋截面高3.0～4.0 m，寬1.2 m，拱頂段主、副拱肋合并，截面高7.2～4.0 m，肋寬1.2 m；拱肋采用箱形截面。
東平大橋主橋采用了低支架臥拼豎轉(zhuǎn)再平轉(zhuǎn)合龍的先進(jìn)工藝。即先在兩岸的低支架上按照設(shè)計(jì)圖將半跨拱拼裝成整體，然后采用同步液壓提升技術(shù)將臥拼拱肋豎轉(zhuǎn)提升至設(shè)計(jì)位置，使結(jié)構(gòu)形成一個(gè)三角自平衡體系，然后牽引整個(gè)結(jié)構(gòu)平轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)橋軸線合龍。東平大橋的拱形鋼結(jié)構(gòu)合攏是目前國內(nèi)同類橋梁難度最大的工程，其中兩岸拱肋豎轉(zhuǎn)角度均為25°，禪城岸拱肋平轉(zhuǎn)角度104.6°，順德岸拱肋平轉(zhuǎn)角度180°。兩岸豎轉(zhuǎn)重量均約3000 t，平轉(zhuǎn)重量達(dá)14100 t。
2 轉(zhuǎn)體施工測量控制的主要內(nèi)容
轉(zhuǎn)體施工是大橋工程施工中的核心部分，必須通過可靠的技術(shù)措施，保證轉(zhuǎn)體施工安全、順利地實(shí)施。而轉(zhuǎn)體觀測又是確保著大橋轉(zhuǎn)體施工過程按設(shè)計(jì)要求安全、準(zhǔn)確地實(shí)施的一項(xiàng)重要工作。整個(gè)轉(zhuǎn)體施工過程分為四階段：豎轉(zhuǎn)、豎轉(zhuǎn)合攏、平轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)合攏。整個(gè)豎轉(zhuǎn)最后是由頂升點(diǎn)處標(biāo)高來控制，所以重點(diǎn)對該點(diǎn)位標(biāo)高變化值實(shí)行跟蹤觀測，作為提供調(diào)整的依據(jù)。通過轉(zhuǎn)體過程的跟蹤測量控制，為計(jì)算分析轉(zhuǎn)體施工各階段主要結(jié)構(gòu)線形變化情況，把握提升的速度以逐漸提升至控制標(biāo)高，確保各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
3 轉(zhuǎn)體施工測量控制的準(zhǔn)備
施工測量控制數(shù)據(jù)是提供決策性的技術(shù)依據(jù)，是東平大橋轉(zhuǎn)體成敗的關(guān)鍵。為了能使轉(zhuǎn)體安全順利地進(jìn)行，轉(zhuǎn)體前根據(jù)對轉(zhuǎn)體施工測量控制的可行性和現(xiàn)場操作的便利，制定出切實(shí)有效的測控方案，確保轉(zhuǎn)體施工各階段的測控需要。
3.1 測點(diǎn)布置
在轉(zhuǎn)體中要確保整個(gè)拱肋的線形以及合攏符合設(shè)計(jì)要求，全面有效的反應(yīng)拱座應(yīng)力變化，使提升塔安全的實(shí)施提升，布置以下測量點(diǎn)位。
?。?）主拱肋。為了能反映主拱肋線形，測點(diǎn)主要布置在頂升支架處（與拱肋1/8截面合并）、拱肋1/4截面處、拱肋3/8截面處、提升索吊點(diǎn)處、拱肋1/2截面處（即拱肋最前端）。
?。?）邊拱肋。為了能反映邊拱肋線形，測點(diǎn)主要布置在邊拱肋1/4截面處、邊拱肋1/2截面處、邊拱肋端口（即端橫梁上）。
?。?）合攏口。為了使合攏滿足設(shè)計(jì)要求，對合攏口位置均布置測點(diǎn)，即主拱肋豎轉(zhuǎn)鉸合攏口、系桿箱合攏口、副拱合攏口。
?。?）拱座。反映拱座應(yīng)力變化的特征點(diǎn)位。
?。?）提升塔。為了使豎轉(zhuǎn)提升的安全，對提升塔進(jìn)行縱向和橫向位移觀測，其點(diǎn)位主要布置在平衡索上錨點(diǎn)所在的鋼管上。
3.2 測量控制點(diǎn)加密
由于周邊環(huán)境的影響和拱肋、提升塔的自身因素，已有的控制網(wǎng)是無法滿足轉(zhuǎn)體測量要求，根據(jù)拱肋轉(zhuǎn)體測點(diǎn)的分布，分析與計(jì)算各種狀態(tài)下這些測點(diǎn)適合的觀測位置及公況，最終確定加密平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)的點(diǎn)位，使得在豎轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)過程中對整個(gè)拱肋線形的測點(diǎn)進(jìn)行全面性的觀測，為轉(zhuǎn)體提供了完整的測量控制數(shù)據(jù)。
4 施工測量控制方法
目前，橋梁施工定位主要采用常規(guī)的測量方法，平面位置主要控制軸線偏位，用經(jīng)緯儀測定，而高程則采用水準(zhǔn)儀測定。東平大橋是采用豎轉(zhuǎn)加平轉(zhuǎn)施工的橋梁而且是特大跨徑的鋼箱拱橋施工定位，根據(jù)橋型結(jié)構(gòu)，橋軸線在轉(zhuǎn)體過程中不通視，無法對橋軸線偏位用經(jīng)緯儀測定，而高程用水準(zhǔn)儀測定需要用倒尺法，由于橋梁高及其拱箱上難以控制，用水準(zhǔn)儀測定高程精度控制受到很大的限制，因此，本橋主要運(yùn)用全站儀三維坐標(biāo)法對全橋進(jìn)行施工測量控制，其具體方法如下。
（1）拱肋。由于兩岸低支架臥拼方向在大地坐標(biāo)系中不一致，因此，兩岸分別以主墩承臺中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，分別以拼裝方向和垂直于拱肋軸線方向?yàn)閮奢S建立本橋兩岸的獨(dú)立坐標(biāo)系和，根據(jù)大地坐標(biāo)系與本橋相對坐標(biāo)系編制特定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，用全站儀測定拱肋的大地平面坐標(biāo)，利用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成本橋獨(dú)立坐標(biāo)系中的獨(dú)立坐標(biāo)而得到橋梁的軸線偏位，而用全站儀測定拱肋的標(biāo)高即為控制標(biāo)高。這樣滿足了轉(zhuǎn)體施工的測量控制。
?。?）拱座。用全站儀測定拱座的平面位移，水準(zhǔn)儀測定拱座沉降。
?。?）提升塔。為了觀測直觀，在垂直于拱肋軸線方向上且與提升塔在同一直線上架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，觀測平衡索上錨點(diǎn)所在鋼管頂設(shè)置的三個(gè)水平標(biāo)尺，以確定提升塔的縱向位移；在拱肋拼裝方向架設(shè)另一臺經(jīng)緯儀，觀測另一水平標(biāo)尺，以確定提升塔的橫向位移。
5 施工測量控制實(shí)施
為了轉(zhuǎn)體過程中測量工作有條不絮、協(xié)調(diào)進(jìn)行，便于統(tǒng)一指揮，確保拱肋豎直提升及平轉(zhuǎn)施工順利實(shí)施。在轉(zhuǎn)體過程中利用三臺徠卡全站儀對拱肋進(jìn)行測控，并且每條拱肋上分別分配同型號的徠卡棱鏡，對三條拱肋進(jìn)行同步觀測和錯(cuò)綜觀測，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
5.1 豎轉(zhuǎn)階段 豎轉(zhuǎn)是利用同步液壓提升系統(tǒng)，對主拱肋進(jìn)行豎轉(zhuǎn)提升的一個(gè)過程，要求拱肋拱肋線形必須滿足設(shè)計(jì)要求，并且三條拱肋是同步提升，實(shí)施過程中，主要是通過測量拱肋三維坐標(biāo)控制線形，三條拱肋的同步性與豎轉(zhuǎn)的瞬時(shí)狀態(tài)則是利用提升索的伸縮量和吊點(diǎn)處的標(biāo)高進(jìn)行雙向控制。
根據(jù)要求，豎轉(zhuǎn)過程中，測量工作主要是對主拱肋在各工況下的線形進(jìn)行測控，并及時(shí)準(zhǔn)確地將觀測結(jié)果上報(bào)技術(shù)組，通過技術(shù)組對觀測數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比較，通過分析的結(jié)論及時(shí)調(diào)整平衡索張拉力，為轉(zhuǎn)體施工的的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形提供控制依據(jù)，使結(jié)構(gòu)始終處于設(shè)計(jì)的受控狀態(tài)。提升塔位移對整個(gè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響很大，在轉(zhuǎn)體過程中，要時(shí)時(shí)對其位移進(jìn)行觀測，一旦發(fā)現(xiàn)有超限位移立即要求指揮組停止轉(zhuǎn)體，應(yīng)根據(jù)塔偏情況相應(yīng)調(diào)整提升索與平衡索的索力比例，使整個(gè)提升系統(tǒng)處于相對平衡狀態(tài)，才能繼續(xù)豎轉(zhuǎn)。
5.2 平轉(zhuǎn)階段
平轉(zhuǎn)過程中重點(diǎn)觀測兩岸對應(yīng)兩條拱肋的相對高差，整個(gè)拱肋屬于三角自平衡體系，在轉(zhuǎn)動狀態(tài)中，為了能保證任何時(shí)刻都能觀測，使用主拱合龍口的C1’和 S1’測控點(diǎn)（及拱肋L/2處），跟蹤測量高程值。拱軸線偏位觀測，使用全站儀測量測控點(diǎn)絕對坐標(biāo)偏差進(jìn)行判斷。
平轉(zhuǎn)到位時(shí)橋軸線需要精確的測量控制，由于橋軸線與大地坐標(biāo)系X軸夾角為零度，故拱肋轉(zhuǎn)體到位和拱肋軸線控制，直接以大地坐標(biāo)進(jìn)行控制。在X05、H05、01、04架設(shè)全站儀，相互后視，相互校核，確保成橋軸線精度滿足設(shè)計(jì)要求。
觀測拱肋特征截面高程及位移，重點(diǎn)是特征位置是高程及平轉(zhuǎn)到位時(shí)的控制，高程主要是平轉(zhuǎn)過程主、邊拱肋的相對高差，觀測結(jié)果都滿足誤差要求。平轉(zhuǎn)到位時(shí)測控很關(guān)鍵，一方面時(shí)保證成橋線形和橋軸線達(dá)到設(shè)計(jì)要求；另一方面是保證平轉(zhuǎn)施工的順利進(jìn)行，根據(jù)平轉(zhuǎn)牽引系統(tǒng)的工作原理，如果拱肋超轉(zhuǎn)則利用助推千斤頂頂回，而這樣安全系數(shù)不大，所以盡量不超轉(zhuǎn)，必須對平轉(zhuǎn)到位時(shí)的軸線進(jìn)行嚴(yán)格控制，運(yùn)用坐標(biāo)測量，直觀掌握拱肋軸線變化情況，另外在滑道上設(shè)置轉(zhuǎn)體限位卡梁，使用雙重保證措施施拱肋平轉(zhuǎn)到位時(shí)軸線核設(shè)計(jì)軸線允許誤差滿足精度要求。
5.3 平轉(zhuǎn)合攏
平轉(zhuǎn)到位合龍后，繼續(xù)以拱肋C1’～C27、S1’～S27控制點(diǎn)（及包括L/8、L/4/、3 L/8、L/2、L在內(nèi)的所有控制點(diǎn)位）作為橋軸線偏位測控點(diǎn)。觀測結(jié)構(gòu)特征截面的高程及位移，通過測控來提供結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形調(diào)整所需數(shù)據(jù)。
頂升主拱合龍口直至拱頂達(dá)到設(shè)計(jì)合龍標(biāo)高，并在其過程中對拱肋線形進(jìn)行再一次的調(diào)整。拱頂合龍口焊接完畢后，松開拱口頂升千斤頂，使整個(gè)橋體結(jié)構(gòu)成為兩絞拱狀態(tài)。
6 測控結(jié)果
東平大橋無論是在拱肋低支架臥拼，還是豎轉(zhuǎn)提升，最后到平轉(zhuǎn)合龍，各項(xiàng)測控目標(biāo)均得到了有效的控制，各項(xiàng)指標(biāo)也符合了設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，從而為大橋的轉(zhuǎn)體和建成起了重要的作用。
7 結(jié)語
近幾年轉(zhuǎn)體橋梁逐漸在我國推廣運(yùn)用，使得同類型橋梁的施工技術(shù)進(jìn)一步提升，而采用臥拼豎轉(zhuǎn)—平轉(zhuǎn)合龍施工的橋梁還為之少數(shù)，作為我國首座豎轉(zhuǎn)重量3000 t、平轉(zhuǎn)重量14100 t的東平大橋，不僅為以后同類型橋梁施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，而且還將成為新型轉(zhuǎn)體鋼箱拱橋的一個(gè)里程碑。
