某跨度150m的下承式钢管砼系杆拱桥主拱吊装测量控制.doc

主拱吊装测量控制

1.工程概况：
ZZ位于深圳市火车北站，其主跨为150米的下承式钢管砼系杆拱桥，与火车北站站场相交，一跨跨越站场，桥宽23.5米，为双向四车道，两端引桥为等高度预应力连续箱梁.
该桥主跨拱轴线采用悬链线，其设有2条竖向拱肋，每条拱肋由4根上、下弦钢管和上、下平联，腹杆焊接成四肢格构桁式截面，截面高度为3.0米，宽2.0米，两片拱肋的横向中心线距离为18.5米。
2. 建立拱肋线型测量模型
本桥主桥设计拱肋净跨经L=148米，矢跨比f=1/4.5，理论拱轴线为等高度悬链线，拱轴系数m=1.167,其方程为:y=229.828-196.939ch(0.570173-0.00770503x)；实际拱轴线为等高度悬链线，拱轴系数为m=1.167，预拱度按L/600设置，其方程为： y=1.72371-1.47705ch(0.570173-0.00770503x)。根据设计要求，加上预拱度后实际悬链线方程为：y=231.5517-198.4161ch(0.570173-0.00770503x)。
在施工控制及操作中，因中轴线为一虚拟线，无法直接观测，拱肋加工及安装对位需控制的点位为每钢管的上、中及下点。现以上、下管中线为例进行推导，中轴线同二者关系如右图：
EF为过P点水平线，AB为过P点切线，Ps-Px为AB线的法线。
则K=f′（x）=（dy/du）×（du/dx）
=1.528801617×sinhc0.570173-0.00770503X）
a=tg-1k
上管中线推导:设拱肋截面(中轴线方程为y=f（x）,对应四线K任一点的坐标P（x y）拱肋上弦管中轴线方程为：ys=f（xs），对应曲线上任一点坐标Ps（Xs，ys），则点P（x y）与点Ps（Xs ys）坐标之间的相对关系为：Xs=X-（1.5-0.75/2）sina；ys=y+（1。5-0。75/2）cosa，则方程ys=f（xs）=ys=f（x）+(1.5-0.75/2)cosa=f[xs+(1.5-0.75/2)sina]+（1.5-0.75/2）cosa，同上推导，设拱肋下弦管中轴线方程yx=f（X x），对应曲线上任一点坐标Px（Xx yx）则yx=f[Xx+（1.5-0.75/2）sina]-（1.5-0.75/2）cosa。通过以上公式推导可用CASiO-4500P计算四编制简单程序，建立拱肋线型模型，使工地测量简单便捷。
3．测量设计
3.1 思路：钢拱肋定位测量主要采用普通经纬仪与全站仪结合使用的办法，J2经纬仪与水平仪配合使用进行初定位，用全站仪复核及线型变化观测。
3.2 器配置：J2经纬仪2台，NiKon—DTM—450E全站仪一台，S2水平仪一台。
3.3 测量人员配置：钢拱肋上前视2人、后视1人、轴线观测2人、高程观测1人、全站仪测站2人，共计8人。
3.4 测量要求：因本工程需跨越铁路站场吊装，所有吊装时间均需同铁路部门联系、请点，为不影响广深线正常运行，吊装需在夜间进行，所以本次测量的显著特点为时间紧迫、光线不足。在施测过程中，需要善解决测量照明问题，争取在极短的时间内缩短测量时间，提高测量精度，保证吊装顺利进行。
3.5 测量操作：
3.5.1在4#、5#主墩帽梁第一次砼灌注完成后，即在帽梁上定出测量点位，建立拱肋控制方格网，要求达到一级建筑方格网精度，测角中误差±3″，边长相对中误差±3mm。
3.5.2在主桥范围内建立小范围工地相对三维坐标系统，以拱铰与线距中线交点为（0，0）点，以线距走向为X轴，以南北拱铰中心线为α轴。
3.5.3 拱肋吊装定位测量工艺流程为：施工准备 预埋钢板定位
拱铰定位 拱脚段定位（D段） C段定位 B段定位A 于段定位（合龙段） 合龙后拱型观测。
3.5.4拱肋吊装测量
拱肋轴线及标高初测控制供用端头法兰盘进行以西端第一节段为例说
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为第二段弧长，当主机吊钩不受力，且轴线标高符合要求后， 即焊接接头马板，使接头处于临时固接状态，加上钢丝绳扣索、保险、再次调整轴线及标高，使符合要求，摘吊钩，准备下节段吊装。吊二段吊装调整工艺流程为
测量第一、二段拱头标高及轴线

调整缆风、扣索拉力

测量各接头标高及轴线
调整缆风、扣索拉力
测量各接头标高及轴线

拉钢丝绳保险
焊接马板、临时固接
检查C、D拱头标高及轴线
松主索吊钩

未受力

符合要求

检查各接头段标高轴线

摘吊钩、测缆风、扣索张力、拱型监测

4.3第三段安装就位
第三段安装后同第二段一样，根据扣索受力计算，三段安装时，对一、二段扣索索力有一定影响，所以需对一、二段轴线及标高进行调整。
4.4合龙段安装就位
合拢段弦长为22米，工厂加工时每端预留20cm为切割余量，经精确测量后，给出合拢段长度，在现场进行切割，设计要求合拢温度<30℃,经过多次观测,8月份深圳地区在夜间0：00～7：00为27～29℃，即选择该时间段为合拢时间，测量合拢段长度时，时间也是选定在0：00～7：00，为保证测量数据可靠，采用以下措施：①将合拢口标高、轴线调整设计位置；②直接量测合拢段长度及当夜气温；③量测合拢口钢管内外 温度；④用钢尺直接丈量合拢口钢管端头间距；⑤组织两组测量人员使用全站仪测量合拢口特征点三维，经过数据分析得出合拢段下料长度。
表1各管距中心线距离
管别
东(M)
理论偏差(MM)
西(M)
理论偏差(MM)
南上
上
11.2814
3.4
11.2882
-3.6
中
11.2350
2.7
11.2404
-2.7
下
11.1887
1.95
11.1926
-1.95
北上
上
11.2816
4.65
11.2909
-4.65
中
11.2356
4.65
11.2449
-4.65
下
11.1896
4.65
11.1989
-4.65
南下
上
10.8428
2.7
10.8482
-2.6
中
10.7960
3.1
10.8022
-3.0
下
10.7493
3.4
10.7562
-3.4
北下
上
10.843
3.35
10.8497
-3.35
中
10.7956
3.6
10.8037
-3.35
下
10.7505
3.6
10.7577
-3.35
表2 合拢段放样坐标
测量时间：1999年8月1日 3∶30—6∶00 温度：℃
管别
东 端
西 端
X
Y
H
X
Y
H
南
上
管
上
85.2814
9.8689
52.2436
62.7118
9.8764
52.2427
中
85.235
10.2439
51.8714
62.7596
10.2514
51.8797
下
85.1887
9.8689
51.4993
62.8074
9.8764
51.4987
北
上
管
上
85.2816
8.6171
52.2432
62.7091
8.6216
52.242
中
85.2356
8.2421
51.8710
62.7551
8.2466
51.8697
下
85.1896
8.6171
51.4989
62.8011
8.6216
51.4984
南
下
管
上
84.8428
9.8638
50.0313
63.1518
9.8790
50.0306
中
84.796
10.2388
49.6593
63.1978
10.254
490.6584
下
84.7493
9.8638
49.2873
63.2488
9.879
49.2863
南
下
管
上
84.843
8.6126
50.0312
63.1503
8.6252
80.0303
中
84.7965
8.2376
49.6591
63.1963
8.2502
49.6580
下
84.7507
8.6126
49.2871
63.2423
8.6252
49.2862

表3 合拢段端口实测值同设计比较表
管别
东 端
西 端
上
中
下
上
中
下
南上管
-5
-3
0
0
0
0
北上管
-3
0
5
5
7
8
南下管
-9
-6
-3
-3
-1
2
北上管
-9
-5
1.5
-1.5
0
3
备注
符号“+”说明实测值长于设计值。
符号“-”说明实测值短于设计值。
表中数据单位为MM。
5.结论
5.1在每节段拱的吊装过程中，西侧运行时间为20～50分钟，对位60～120分钟，拉侧缆风及扣索120分钟，拱肋线型调整及松钩需120～180分钟，可见，以上时间段中，缩短线型调整时间，将减少整个吊装时间，这需要减少测量次数，掌握调整时标高及轴线变化规律。
5.2用悬挂钢尺测量拱头高度具有速度快、直观的优点，但受风的影响很大，误差范围随风力变化而变化，具有一定的不稳定性，只能用作开始调整时的初测。
5.3在本工程中，使用全站仪进行三角高程测量是成功的，用正倒到镜观测10组数据，高程测量中误差为1.4mm，能够满足精度要求。
5.4在设计合龙温度下，用多种方法合拢口端头坐标，距离运行观测，经分析、比较、确定合拢段下料长度，并在同温度下对钢拱切割位置进行划线的施工方法是成功的，保证了合拢一次成功。
5.5在主桥范围内建立相对三维坐标系统，能直接反映钢拱肋空间位置，使测量结果清晰，计算、分析简单、快速。