菜园坝长江大桥钢箱拱安装测量

重庆菜园坝长江大桥主桥钢箱提篮拱安装测量作者：郭波单位：中铁大桥局集团第五工程公司日期：2008年4月重庆菜园坝长江大桥钢箱拱安装测量郭波摘要：本文就重庆菜园坝长江大桥主桥提蓝式钢箱系杆拱安装工作的控制测量及施工测量方法作了论述。

关键词：钢箱拱控制测量施工测量一、工程概况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，主桥全长800m。

其中系杆拱桥主跨420m，对称布置的边跨和侧跨分别为102m及88m。

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（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、难点a)钢混结合段安装（精度高）；b)单榀吊装横向定位；c)高栓连接方式箱拱调整难度大；d)合拢段对位。

四、测量仪器及人员配置a)Leica TCA1800全站仪（标称精度 1mm＋2ppm，1″级）一台套b) Topcon GTS—332全站仪（标称精度 2mm＋2ppm，2″级）一台套c) 测量人员5人，其中技术员1人，测量技师1人，测量工程师1人。

五、平面、高程控制的建立根据现场的实际情况，经优化方案,分析决定针对钢箱拱的架设设立专项的平面及高程控制网，使得钢箱拱的架设始终由桥轴线控制点进行控制,保证钢箱拱架设控制的需要。

(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:ⅡQ2ⅡQ6P 20P 15桥 轴 线P 18墩前次横梁钢梁顶面P 17墩前次横梁钢梁顶面六、钢箱拱安装测量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桥轴线上的导线点上,联测P15 、P20墩控制点,如有偏差依据P15 、P20墩控制点的轴线位置及高程对置镜点进行校正，置镜点无误后,用棱镜置于拱段上的测量点进行观测。

仪器置于南岸桥面，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，观测过程中应不定时进行轴线及高程复核。

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。

七、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H A ＝H BS ＋△H ，△H ＝S ×tg α不考虑测站点及操作误差，边长按最长边长（160m ）计算，角度按最大角度（22º）计算则高程测量精度)))((cos )()((242222ραασ⨯÷⨯+⨯±=S m m tg m s h则高程测量精度m h ＝±√（（tg α）2×m s 2+ (m α2*s 2)/((cos α)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）＝±2.4mm2、 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 ＝X 0＋S ×cos α，Y ＝Y 0＋S ×sin α,纵横坐标精度为m x =±√(m x02+ m s 2*(cos α)2+ m α2*S 2×sin 2α/ρ2)，m y =±√(m y02+ m s 2*(sin α)2+ m α2*S 2×cos 2α/ρ2)；边长和角度按最不利的条件下计算（起算点按1mm 计）：m x =±√(m x02+ m s 2*(cos α)2+m α2*S 2×sin2α/ρ2)＝±√（1＋1×1）＝±1.4mm，m y=±√(m y02+ m s2*(sin α)2+ mα2*S2×cos2α/ρ2)＝±√（1＋1）＝±1.4mm。

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＋1.4^2）＝±2.4mm八、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墩轴线点不定期（每次进行钢箱拱架设前）复测跨距；由于P15、P20设置在混凝土梁面上为了避免混凝土梁受温度的影响照成的伸缩变形以至P15、P20两控制点纵向位移，在测设P15、P20两控制点的同时在P15、P20两点箱梁下的支座和支承垫石上分别做出P15、P20的位移观测点，并于每次架设钢箱拱前进行观测，根据观测位移值对P15、P20的纵向（里程）位置进行换算调整确保跨距无误，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。

6、严格作好测量记录，并进行复核；如实及时提交测量资料。

7、对钢箱拱测量人员进行技术交底，严格遵守测量操作规程。

8、制定钢箱拱架设测量工作细则，测量工作人员严格按工作细则进行测量操作。

（具体细则内容如下）《菜园坝长江大桥钢箱拱架设测量工作细则》测站人员工作细则：1、量测控制点（K15，K20）位移量；2、测定置镜点至控制点（K15，K2O）间水平距离及高差；3、根据测得的距离及高差推算出测站坐标，经复核无误后方可进行下一步工序；4、后视并复测k15、k20坐标；5、后视对岸高程并进行调整无误后开始钢箱拱架设观测；6、观测中不定时进行中线复核；7、认真作好观测记录，并及时计算出观测结果。

8、观测完毕再次复核中线及高程。

前点人员工作细则：1、量测控制点（K15，K20）位移量；2、往返测将高程引至前次横梁处，为全站仪提供高程后视；3、认真作好前点的对点工作，为观测提供可靠观测依据。

十、附件1、 Y构及拱的空间立体图2、拱段划分示意图结语：钢箱提篮拱桥由于结构新颖，造型美观，得到了人们的青睐，但给测量工作带来很大挑战。

我们通过严格按照制定的质量保证措施进行施工并针对架设过程中发现的不足之处对测量方法在实践中不断改良为重庆菜园坝大桥的钢箱拱架设划上了一个完美的句号。