金桥大道跨铁路斜拉桥塔梁同步施工测量技术
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摘要：主要介绍斜拉桥塔梁同步施工的测量技术
关键词：斜拉桥；塔梁同步；测量
Abstract: this paper mainly introduces cable-stayed bridge tower beam simultaneous construction measuring technique
Keywords: cable-stayed bridge; Tower beam synchronization; measurement
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
武汉市金桥大道跨京广铁路桥，全长260m，为一座主跨138m的独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥。其主要内容包括：2个主塔墩及其基础、2个辅助墩及其基础、4个边界墩及其基础，260 m主梁、斜拉索及部分桥面工程等。
本标段位于直线段，跨度结构为(138m+141m+81m)，50#墩与竹叶山立交桥相接，桥面宽从K2+177.5~K2+284.9为线性变宽段，自K2+284.9~K2+437.5为等宽段。
本工程为斜拉桥，共有斜拉索20对，共80根。主跨138m混凝土梁，其中2～16#采用挂篮悬臂施工，1#、17～21#采用支架现浇施工。边跨122m采用支架现浇施工。
斜拉索采用扇形双索面，全桥共20对斜拉索，计80根。斜拉索采用φ7mm镀锌涂层高强平行钢丝，外挤双层PE，内层为黑色，外层为彩色，钢丝标准强度fpk=1670Mpa。斜拉索规格共7种，即：187Φ7、211Φ7、241Φ7、265Φ7、283Φ7、313Φ7、337Φ7，对应索道管内径分别为301mm、325 mm、347 mm、359 mm、359 mm、380 mm、402mm ，索道管最长6472.1 mm，最短1992.7mm，斜拉索在主梁处最小倾角约26.0°，最大倾角约59.8°。
为满足施工工期要求：中横梁施工完毕后可进行1-3#索挂设；上塔柱爬模施工至18#节段、上横梁施工未完成前，可进行4-5#索挂设。本工程(主梁MB2～MB5)施工时采用塔梁同步施工方法。塔梁同步施工不同于常规采用的先施工主塔，后施工主梁，相互分离的施工方法，它是在主塔施工没有完成以前，就开始主梁节段的悬臂施工，塔梁施工同步进行，在此过程中同时进行斜拉索的逐步挂索及张拉。
二、塔梁同步施工阶段测量控制
1.施工流程
本项目51#索塔分20节段逐节施工,其中第12节段中横梁以下为常规施工阶段。当中横梁施工并张拉完毕后同步进行主梁MB2～MB5节段施工，以及1～5#斜拉索逐步安装和张拉工作。当索塔封顶以及相关张拉工作完成以后,继续进行主跨箱梁剩余节段施工。在塔梁同步施工时，索塔在监控单位的指导下应始终保持竖直状态。
2. 测量控制总体思路
采取塔梁同步施工时，由于主塔两侧主梁重量不完全相等、桥面临时荷载偏载、张拉斜拉索控制索力的油压表以及张拉系统的误差等因素，导致索塔受不均匀水平力，索塔出现暂时性偏位，对于后续主塔节段的施工空间位置控制造成很大的困难。当已施工的索塔节段因不平衡受力出现偏位时（主要是纵向偏位），待浇节段也随之偏离主塔设计里程，立模设计数据及索道管数据发生了变化，必须进行修正才能保证索塔偏位复位以后的竣工位置。
为解决这一问题：利用高精度全站仪架设在主塔两侧的观测点上，对埋设在已施工索塔节段侧壁上的监测棱镜对索塔偏位进行实时观测，根据观测结果模拟出已施工节段偏位的斜率，依据斜率推算出待浇节段定位的修正数据，从而完成针对塔梁同步施工阶段对塔柱及索道管定位的测量控制。
3. 控制重点
理想状况下，索塔处于铅垂状态，当索塔受不平衡水平力的作用时，其产生水平变形。在斜拉索受力点以下部分呈曲点变形状态。在受力点以上呈直线自由状态。通过监测受力点以上自由状态部分的塔柱倾斜度推算待浇节段的预偏值。
4. 监测点的埋设
方式一:监测点由棱镜和觇牌组成的一套固接在已浇筑节段外侧壁的观测棱镜装置。在塔梁同步施工时塔柱纵桥向受力点为索塔第11节段1#斜拉索锚固点至第13节段5#斜拉索锚固点，初始监测点由下至上布设在第8节、10节、和11节段塔柱侧壁上，在中横梁以上每节均埋设一层监测点，每层埋设4套监测点，便于在主塔南北两侧均能监测到主塔的变形情况。监测点埋设力求稳固、不易被破坏，且通视条件良好。
方式二:监测点布设位置同方式一,埋设装置可采用反射片来代替棱镜装置。
优缺点比较:
使用棱镜作为监测点，测量精度高。埋设点比较多埋设成本较大，并容易被现场工人破坏。且主塔竣工后回收困难。
5. 对监测点进行观测
塔柱变形观测采用当代最先进的智能型全站仪TS30 ,其标称精度为0.5″, ±(0.6mm + 1×10-6D) 。它可以实现自动寻找和精确照准目标,由于它不需要人工照准、读数、计算,有利于消除人差的影响、减少记录计算出错的几率,特别是在夜间也不需要给标志照明。
在一节塔柱的施工周期内，对监测点的分五种工况下进行观测：①斜拉索挂索张拉前；②斜拉索张拉后；③劲性骨架安装定位；④索道管检查定位塔；⑤塔柱模板安装。对塔柱监测点的观测要根据每一工况的实际需要，有选择性地对塔柱监测点进行观测。
6. 推测待浇段修正数据
将实时观测的监测数得出索塔自由端倾斜率，利用编写的程序即可瞬时计算出出待浇节段定位的修正数据。
7. 对修正数据的监控
在塔梁同步施工时，索塔因不平衡受力产生临时性轻微塔偏,工程竣工后，索塔应回到铅垂状态。在同步施工过程中若出现塔偏观测结果较大，则建立的数学模型的改正数也会偏大，此时需要对索塔偏位进行重复观测验证，若测量结果经重复观测验证无误则证明主塔所受的水平不平衡力偏大。采取适当措施(如调整锁力,或其它方法)纠正较大不平衡力状态。
在此过程中监控单位提供警戒索塔偏位以指导现场施工。并通过适当措施保证索塔水平不平衡力较小，使索塔偏位在施工过程中处于安全范围以内。
8. 索塔施工测量步骤
(1) 劲性骨架安装测量
因劲性骨架角点特征不明显并存在加工误差，采用对劲性骨架4条边进行分中，控制其轴线位置以达到理论位置。
(2) 索道管安装测量
对索道管顶口及底口进行测量并实时调整，最终达到控制目标。
(3) 对索塔合模位置进行放样
在待浇节段合模高程处的劲性骨架上加焊钢筋头，在钢筋头上放出此处的合模位置。现场工人根据此位置进行合模。尽量避免合模以后再对模板位置进行调整。
(4) 待浇节段索塔模板安装完毕后，对模板位置进行检查。若存在超过规范要求的偏位，仍需对模板位置进行调整以达到要求。
塔梁同步施工阶段时。此流程中均需对索塔偏位进行监测，以便对测量控制数据进行即时修正。
9. 主梁架设线形控制测量
塔梁同步施工对主梁的影响远小于对主塔的影响。在斜拉桥主梁架设的实际施工过程中，由于各种结构参数不可避免与设计值存在差异，导致施工产生结构内力及变形结果与设计预期值存在偏差。主梁架设线形测量控制的实质就是一个主梁梁段施工周期内，测量部门获取准确的主梁架设过程中的各工况的线形数据反馈给监控部门，由监控部门对测量的线形数据进行分析判断，并对偏差提出控制方法，对施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
主梁挂蓝施工测量流程如下:
(1) 张拉前高程测量
(2) 张拉后高程测量
(3) 根据1,2得出前端位移并报监控
(4) 根据监控指令及挂蓝变形计算预抬值
(5) 根据计算报告控制现场挂蓝高程
①给施工队提供高程后视点,及高程控制数据
②施工队调整底模完毕后，检查模板高程并复查后视点高程
③报检完毕后,布设底模高程监测点4个,主桁高程监测点2个,并同时复测已浇节段的高程监测点。
(6) 混凝土浇筑前在待浇节段前端面板新布设高程监测点，并复测已浇节段高程监测点，以及索道管。
(7) 混凝土浇筑完毕后测量主桁变形(根据前端变形及支点变形得出综合结论),底模沉降,所有高程监测点。
10. 主梁施工索道管定位测量
斜拉桥索道管的定位质量决定了斜拉索的空间位置，直接影响着主梁的线型。为了保证主梁索道管与主塔索道管的相对位置关系，要求主梁与主塔索道管的定位必须以同一基准为依据。根据主梁施工自身结构的前端变形并结合监控指令，对边主梁的索道管测量定位坐标必须予预先修正，使得成桥后索道管位置满足设计要求。
索导管定位安装坐标预修正步骤如下：
(1) 施工单位向监控单位提供已浇筑节段的主梁特征点线形数据，以及主塔偏位数据。
(2) 监控单位根据现有工况及相关测量数据计算并提供下一节段箱梁立模高程，由此得出立模高程改正参数。
(3) 监控单位根据现有工况及相关测量数据计算并提供下一节段索道管安装位置的改正参数。
(4) 挂蓝悬臂施工在混凝土灌注过程中存在自身结构的前端变形。综合考虑计算结果以及静载试验成果。确定索道管安装坐标的修正值。
(5) 根据(2) 、(3)、(4)得出索导管坐标改正参数，并计算出索导管实际施工安装坐标。
三、注意事项
由于两侧主梁重量不完全相等、桥面临时荷载偏载、张拉斜拉索控制索力的油压表以及张拉系统的误差等因素可能产生不平衡荷载，将会对索塔的偏位造成主要的影响。通过对索塔监测点的实时观测，由模拟数学模型推算出的待浇节段定位数据，从而完成塔梁同步施工阶段的对索塔的测量控制。但这种方法前提是主塔偏位不能超过一定的限制，否则主塔偏位线性更加复杂，主塔偏位越大，由此推算出的待浇节段定位数据精度越低。因此对于塔梁同步施工，严格控制不平衡荷载将显得尤其重要。建议在施工控制时必须对主塔两侧的斜拉索索力引起格外的关注，尽量控制使两侧索力基本一致，同时对主梁部分梁段进行索力调整或临时性压重等纠偏手段来消除不平衡荷载对索塔的偏位造成的影响，使施工期间的整个过程中，索塔的稳定性得以保证，且使索塔始终处于基本竖直或轻微变形的弹性工作的安全状态。
参考文献:
[1] 王世杰、姚德新, 大跨度斜拉桥施工监控测量技术研究,交通科技,2007,04:21-23.
[2] 孙高, 浅谈斜拉桥施工监控测量技术, 江苏科技信息,2009,02:45-46.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。