悬索桥的测量技术.doc

悬索桥的测量技术悬索桥是近年来兴起的一种新型桥式，主要由锚碇、主塔、主缆、主梁四部分组成，其优美的线型已为大众赞许，本文将结合汕头海湾大桥（主154+452+154M）、西陵长江大桥（主跨900M）简要介绍悬索桥的测量控制工作。一、 控制网的建立大部分悬索桥均为特大桥，施工控制网应建立专门的独立控制网，这项工作是在设计院提供的控制网（点）的基础上进行的，网型的布置一般采用双大地四边形，但设计院提供的点位不一定能满足施工要求，因此，施工单位应根据实际情况布设控制网。布设双大地四边形时应至少丈量两条基线边且分布在两岸。网形并不是绝对的，双大地四边形仅仅是相对来说较好的一种，其它网形如三角网、四边形、中点多边形等，均可作为选择，具体要看现场条件及设计、监理的要求来确定。 布设控制网时可按精密工程测量规范来实施，这个规范规定精密网的布设不受上一级网的精度控制，在局部布设精度较高的控制网。一般来讲，按国家有关控制测量的规定，即通常的一、二、三、四等控制网，原则上是由高到低逐级控制，但精密工程测量规范允许同级布设，甚至越级布设，其精度以相邻点位中误差Mi 来衡量 。相邻点位中误差Mi 可用以下两式计算： Mi =+（m2x +m2y ）1/2 m2x m2y 相对坐标增量中误差，mm Mi =+（m2s +(m *s/206265）2)1/2m2s 边长中误差,mmm 方位角中误差,()s 边长,mm 为确保控制网的精度等级以及施工方便，建议各观测站采用强制归心装置，并在后视点上安装后视觇标。控制网的复测精度见下表:桥跨(M)基线相对中误差桥中线相对中误差5001/800001/40000二、 桩基、承台施工放样（略）三、 塔柱施工测量悬索桥的主塔一般较高（海湾桥塔高93M，西陵桥塔高 120 M），大部分采用爬模施工。塔柱施工放样前，一定要在承台上对两岸的放样成果进行联测，以确保跨距及高程误差满足规范及设计要求。对于高塔柱，施工测量的主要任务是控制其平面位置、高度、几何尺寸，难点在于塔身垂直度的控制。若条件许可，可用全站仪直接测定模板顶面的48个点来控制其位置；也可直接用经纬仪控制模板垂直度；若塔身周围环境无合适的置镜点，可采用垂准仪法进行垂直度的控制。塔柱施工精度要求项 目允许偏差（mm）平 面 位 置+ 10 倾 斜 度塔高的1/3000，且不大于30断 面 尺 寸+ 20 系 梁 高 程+ 10垂准仪测站点一般离塔柱边线50cm，同时要在施工爬架上预留相应的观测孔。激光垂准仪的使用，大大提高了观测精度。使用激光垂准仪时，模板顶面采用透明的有机玻璃板接收激光束。 高程传递可采用三角高程法（必要时考虑地球曲率的影响），或用水平仪加鉴定钢尺进行传递、复核。高塔柱受日照、温度、风力等因素的影响会产生偏移，一般100M高的塔柱顶部最大偏移值在25mm左右（海湾桥24mm，西陵桥26mm），当然，偏移量的大小与塔柱的截面形式、外界条件是密不可分的，具体数值需要对塔顶进行连续不间断的观测，时间不少于48小时。从所获取的数据分析，塔顶在夜间的稳定性最好，偏移较小。因此，后期的许多测量工作均在夜间进行。塔柱封顶后，需对两岸的塔柱再进行联测，以确保测量成果的准确性。由于受地球曲率的影响，两座主塔处于径向并列而非平行，因此，在塔顶处的跨距比水平跨距增加了L，所以，在对塔顶跨距进行复核时应考虑这个因素。L =H*L/RH为塔高、L为跨距、R=6370Km为地球平均半径海湾桥L =7mm，西陵桥L =17mm。塔顶的设计中心里程应在猫道工程之前在夜间恒温条件下测量，以此作为鞍座的安装、预偏及以后进行测量主塔变位的依据。四、 锚锭施工测量 锚锭开挖完成后，可在锚锭基坑内部建立局部高精度控制网，以满足控制需要。整个锚锭施工测量的重点在于锚杆的安装调整，施工顺序为： 支架安装-后背梁安装-锚杆安装 支架作为后背梁、锚杆的支撑体，其安装精度要求是很高的，中心线偏位限差+ 10mm，平联高程限差为 mm。+2-5 后背梁与锚杆之间是用螺栓连接，因此，后背梁的安装更是直接决定了锚杆的精度。后背梁支承底座的位置、斜度和高程调整好后再安装后背梁，后背梁的各项几何参数必须经多次复核、检查无误后才能与支承底座焊接。 锚杆的安装顺序是由下而上进行，每根锚杆的位置、高程、倾斜度都是不同的，一般根据设计资料计算出锚杆顶面中心线的空间线性方程，以锚杆顶端中心为基准进行调整。 锚杆对其各相应主体座板偏差：5mm. 锚杆顺直度：拼接处矢高5mm，无折线和扭曲现象。五、 主缆线形调整猫道是悬索桥施工中必不可少的施工脚手,一般低于主缆中心1.5M，面宽4M。猫道索的架设是先通过封航将导索牵引到位，再以导索为承重索进行施工。1、 鞍座安装鞍座分主塔鞍座和散索鞍座。鞍座由底板、座体、压板锚栓等主要部件组成，其精度主要由底板的安装精度决定。底板安装精度要求为： 中线偏差 +2mm 高程偏差 +2mm同一平面内四角高差 2mm扭转 +1mm 鞍座座体安装时应按设计要求进行预偏。海湾桥主塔鞍座向岸侧预偏1.169m，散索鞍座向锚跨预偏0.069m。2、 主缆线形调整1）、测站的选择中跨控制时，原则上应将测站布置在上下游主缆中心线正下方的主墩承台上，上、下游分别布置，也可将测站点布置在桥中线上，同时对上下游主缆进行观测（见图三）。边跨可将高程传递到边墩顶上，直接用水平仪观测调整。2）、标准索的调整标准索是主缆架设的基准索，其调整方法为绝对高程调整法。测点位置为中跨跨中里程点C、边跨为边墩墩中心里程点D。（图四）对于边跨测点位置的选择，应根据设计提供的线形资料，可以选在边跨跨中处，也可以选在斜率变化最大处。调整基准索时，先放样出跨中位置，再在索上悬挂棱镜，用三角高程法测量棱镜高程，再推算基准索实际高程M，并与设计高程M0比较。用三角高程法时，需考虑地球曲率的影响 h=L2 /（2R）、大气折光的影响r=0.08L2/R。 边墩上的基准索测点先用垂球或经纬仪将里程点投影到索上，用水平仪直接测定其高程M，并与设计高程M0比较。调整量s的确定： s=K *（MM0）M为实测高程值M0为在温度T时的设计高程值K为常数，边跨、中跨不同 海湾桥中跨K=0.4397，边跨K=0.2344，西陵桥中跨K=0.4577，北边跨K=0.1520，南边跨K=0.1417在基准索的调整过程中，必须同时记录温度，并对塔顶进行偏位观测，以校正设计的绝对高程。必须注意的是，主缆在不同的位置温度是不一致的。以上的调整工作，必须在温度变化最小的夜间进行，即凌晨0：006：00，以减少温度变化对观测结果的影响。调整顺序为先中跨后边跨。必须注意的是，以上的工作一般不是在设计的温度下进行的，所有的计算资料都要考虑温度的影响。温度对线形的影响可用下式进行计算： fc =k *t cm/。Ck为常数，海湾桥中跨控制点k =1.25，边跨控制点k =1.33。基准索调整好后，必须对其进行连续3天以上的观测（同时记录温度），每天保证3个测回的有效数据，确保测量的正确性和精度要求。标准索调整的偏差：+20-0高程 mm 上下游高差20mm在主缆架设过程中，要经常对基准索进行监控观测，特别是在主缆架设1/3、1/2、2/3时，应仔细观测，并做好记录进行比较。3）、一般索的高程调整 标准索以外的各索称为一般索，一般索的高程调整采用相对高程调整法。其原理是在各跨高程调整点以相对高程测量卡尺测出待调索与标准索的相对高差，将实测高差与理论高差比较，得相对高差变量f，由此计算调整量s.s=K*f f=(H-D)-dik为常数，中跨、边跨不同H、h见图五，D为钢索高度（H-D）为待调索与标准索的实测高差di 为待调索与标准索的理论高差 相对高差测量前，应将待调索的高程抬高200300mm，使其处于自由悬挂状态。即使是在夜间，各钢索的温度也不同，当钢索架设到一定程度形成束群时，束群平均温度与待调整索的温度存在显著差别，计算s时应考虑这一因素的影响。一般情况下，索群温度高于单索温度，因此，即使单索的线形调好后，单索与索群间仍然存在间隙，只有经过温度的循环改变才能使单索的温度逐渐与索群温度一致，使它们成为新的索群。在索群内部，各单索之间处于似挨非挨的状态，相互靠在一起，但相互间没有应力。测温工作由专门的监测人员利用测温感应片提供。六、 索夹位置的放样索夹位置放样时，一般将仪器置于塔顶主缆中心线上，后视对岸塔顶的主缆中心，直接放样索夹中心，并根据每个索夹的设计长度向两侧量划出索夹的边缘线，放样时应注意修正温度的影响。索夹安装允许误差：纵向+10mm，横向扭转6 mm。索夹放样工作安排在夜间进行。七、 主梁的架设及线形调整海湾桥的主梁是混凝土箱形梁，西陵桥的主梁是钢箱梁，主梁是在专门的预制台座上（厂家）制作完成的，对于混凝土箱形梁，按设计要求需对其进行预平拼。1、 混凝土箱形梁的预拼1）、预拼的目的及精度要求主梁在吊装之前在制梁场进行预拼，预拼的目的是为了保证预应力孔道畅通，处理好纵向连接钢筋和纵向连接件，保证主梁架设后线形顺畅，确保在架梁高空作业时，顺利完成架设工作。预拼的精度要求为：单片梁调平误差：3mm相邻两片梁高差：5mm梁中心间距误差：3mm预应力孔道偏差：5mm纵向连接件误差：3mm2）、预拼的工作内容及顺序 预拼台座及测量台座的建立预应力孔道的检查纵向连接钢筋的处理拼接调平纵向连接件的处理在合适的场地上建立3对预拼台座（如图六），预拼的原则是以3片梁为一组，调平主梁，使其满足误差要求后，在吊索筒内壁上做水平面测量标记，然后移开前两片梁，留下第三片梁，并以第三片梁作为下一组预拼的基准。3）、线形的保证措施预拼质量的好坏，最直接的反映就是主梁线形是否顺畅。主梁调平后，由于各片梁支承板到梁面的高度不一致，所以就必须确定一个统一的基准面，这个基准面被称为参考水平面。由于上下游吊索筒的支承底板在安装、制造时有不规则的高差，且梁与梁之间的支承底板高差也不尽相同，因此，以支承底板为基准安装吊杆将造成架设后的梁面也有高差。而梁底模结构稳定，梁底板制造也较精确， 在其对应的两端设立水平控制点，当底板两端的高差相同时，该梁已经水平（如图六）。所以，在预拼时是以梁底板为调平基准面。4）、预拼的测量工作、在支承台座上放样出十字中心线。、在测量台座上放样出顺桥向控制线。8个测量台座在梁底的位置相同，在每个测量台座的顺桥向控制线上放样一个水平测量标记，8个台座上的12个标记在同一个水平面上。、横移三片梁至预拼台座上。、根据支承台座的十字中心线调整好梁的平面位置。测量从底板到测量台座标记的高差，根据所测结果调整梁的位置。当3片梁的位置存放正确，预应力孔道对应良好，且上述12个点的相对高差在2mm以内时，则认为3片梁已经调平。、置水平仪在梁顶面，后视梁底板中心，在3片梁的12个吊索筒内放出高于梁中心底板面2M的高程面，并作上标记，此标记面即为参考水平面。、第1组的3片梁预拼完成后，移走2片，留下1片，再横移2片未预拼的梁段到支承台座上。当这3片梁按步骤调好后，则后视第1组的第3片梁（即第2组的第1片梁）吊索筒内的测量标记，在第2组的另外2片梁的吊索筒内放出相同标记，不再重新后视梁底板中心。、按上述过程连续预拼后，则认为所有梁段吊索筒内的测量标记在同一水平面上，即所有梁段的参考水平面相同。参考水平面距梁底板中心垂距均为2M，但测量标记距吊索筒底板的高差不等。、每一组预拼完成后均要复核测量标记及底板高差。主梁经过预拼后，大大缩短了架设时间，并为穿索创造了良好条件，架设后主梁线形基本顺畅，达到了预拼的目的。2、主梁的架设主梁预拼完成后，按架设顺序移至下海码头，先采用船舶浮运至桥下相应位置（浮运铁驳的对位误差一般为1M），再借助缆载吊机垂直提升到位，并转挂于相应的吊索，已挂梁段间进行临时连接。在架设过程中，按设计规定分阶段将鞍座逐渐向跨中顶移，直到顶移至永久设计位置并锁定，再以两主塔为轴，主跨一片边跨一片对称架设。主梁在起吊过程中，应控制平稳同步，严格控制上下游吊点高差200mm。需要注意的是，吊索在安装之前需要在一定的张力下逐根进行复测，确保其长度的准确性。3、线形调整 架设过程中，梁面的线形调整采用在梁端的吊索锚板上安装支架和千斤顶拉动锚柱将梁顶起，调低或调高锚栓大螺母达到梁面线形平顺的要求。每个梁段的调整高度H是在调整前根据设计线形及参考水平面确定的，调整过程中大螺母与预定值的误差5mm。 主梁架设完成后，按设计要求在梁面上进行均匀压重，对全桥进行一次全面测量，每个梁段上布置7个测点（如图八），第一步测主横梁上A、B、C三点的高程，以这3点的资料绘制实际高程曲线，与设计线形比较，确定各梁段吊索的调整值并进行调整；第二步测1、2、3、4点的高程，确定相邻梁段的高差，并检查上下游的高差，确定调整值并进行调整。八、