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自錨式懸索橋結構線形監控測量研究
2018-03-05 
   0 引言

    上部結構施工階段是懸索橋結構線形控制的關鍵時期,需要進行大量的施工測量及監控測量。通常為保證施工監控測量的精確及達到復核的目的,在施工測量控制網的基礎上,需要根據結構幾何形態參數監測工作的可實現性和現場操作便利性要求,進行局部控制網優化處理,為便于測量結果比較及應用,監控測量按與施工測量同網、同基準點的原則進行。

    線形測量包括塔頂偏位測量、主要構造實際位置成果測量、主纜安裝線形測量、索夾安裝位置測量、吊索張拉過程主纜和主梁線形測量。自錨式懸索橋結構如圖-1所示。

   

   1 塔頂變位測量

    由于主塔在施工和成橋狀態均通過吊桿和主纜承擔相當部分的荷載,在不平衡荷載和大氣溫差及日光照射下均會使主塔產生不同程度的變形,為不影響索力調整,須掌握主塔在自然條件下的變化規律。

    索塔復測工作前,應仔細查閱前期工程竣工測量資料,它是監控計算及監控測量的直接依據。同時,在后續施工階段中應跟蹤塔柱在主梁安裝及合攏過程中的變形,為主梁安裝控制提供參考數據。

    主塔變位測量包括順橋向和橫橋向二個方向變位值的測量,塔頂變位的監測采用高精度全站儀進行。為對塔頂變位提供參照,在塔頂及塔身均布置觀測點,以圓棱鏡做為照準目標,在塔壁四周中線處設置標記測點,測站點布置在橋梁軸線上適當位置。

    為監測日照溫差對主塔變位的影響,在架設貓道前選擇氣溫變化較大的一天,進行塔柱24~48小時變位測試。記錄時間-氣溫-位移曲線,了解塔柱隨溫度變化發生的縱橫橋向偏移規律,為后續施工過程測量提供參考。

    本階段的具體復測工作如下:

    (1)測量索塔的縱向位置控制點,并做標記,結合溫度測量,測定塔頂控制點處的位置和標高、主塔塔柱的平面位置,并與計算值比較,給出這些值的施工誤差。由于這些值直接影響后續施工,需要仔細測量。

    (2)因塔頂控制點不易觀測,為方便后續工況對主塔進行監測,需設計標記點在距塔頂最近、方便測量且不易被破壞的位置,后續工況測量時將此點作為塔頂位置及標高的代表點。當前工況需測量出此標記點相對于控制點的位置(X、Y、Z),便于以后通過測量標記點來求得橋塔的標高和縱向位置。

   2 貓道架設過程中的監控測量

    貓道為懸索橋施工中必備的臨時結構,為主纜架設、索夾和吊索安裝等提供了施工操作平臺,也是材料及工具的運輸通道。貓道作業全部為高空作業,受自然環境影響,貓道的架設難度大、危險程度高。為了使貓道施工的線形最大限度地接近設計線形,除較好地實測和控制貓道索的垂度外,應對該工況下橋塔水平位移進行復測,因為貓道的垂度與索塔、散索套間的距離有密切的關系。由于自錨式懸索橋貓道線形為空間線形,兩跨貓道索內力不同會導致橋塔偏位,而橋塔偏位又將影響貓道索的施工質量,因此必須對貓道施工時橋塔水平位移進行監測控制。

    貓道施工時橋塔水平位移的監測,可采用坐標進行監測,利用塔頂測量標記點。此項監測測點的初始值根據施工實際環境情況測量結果取用,實時測量坐標與初始值的差值即為該工況下塔頂水平位移量。

   3 主纜架設前橋塔、主鞍座、主纜錨固構造實際位置的成果測量

    貓道架設完畢后,塔頂標高和平面位置受溫度影響的靜態變形及其變形規律對懸索橋上部結構施工中的索塔偏位監測、跨徑變化監測、基準索股和主纜的垂度控制以及索夾放養等有著至關重要的影響。此時,貓道與索塔形成一整體結構,應對橋塔、主鞍座、主纜錨固構造進行測量,它是索股架設計算的直接依據,本階段具體的監測工作如下:

    (1)測量貓道引起的索塔水平位移及標高變化,并測量發生位移的溫度;取1個晚上的2次測量結果均值與裸塔結果進行比較以求得偏位值。

    (2)根據理論預偏量及貓道架設引起的塔柱縱向位移計算鞍座安裝預偏量。施工單位可根據此預偏量對散索鞍和主鞍座進行精確預偏,對實際的鞍座安裝預偏量由不同人員進行多次測量確認,然后加水平支承,限制其縱向滑動。

    橋塔、主鞍座、主纜錨固構造測量后,結合最新的結構恒載數據重新計算索鞍的預偏量和基準絲股的架設控制線形,設計溫度下的計算值應提交給業主指定單位復核確認。檢查新計算的預偏量是否與已設置的預偏量一致,如有變化,調整索鞍預偏量。

   4 基準索股架設過程中的監控測量

   基準索股架設前,需對索鞍預偏量進行復測,確認位置精確無變化。索鞍預偏完畢后,即可進行主纜基準索股的架設。影響基準索股線形的參數有溫度變化、橋塔偏位。本階段具體的監測工作如下:

    (1)確定基準索股絕對垂度監控測量方法

    基準索股垂度測量采用單向三角高程測量,在數據處理時考慮當地大氣折光系數的改正和地球曲率的改正,而當地水面大氣折光系數的獲取,可根據對向三角高程測量試驗的方法,在當地不同氣候條件下經過試驗獲取,所獲得的大氣折光系數具有一定的代表性,可對觀測的垂直角進行改正,最后采用改正后的垂直角計算待測點的高程,此法運用得當的話,在500~1000m的范圍內,絕對垂度的測量可達到±1.0~1.5cm的精度,可滿足基準索股垂度測量的精度要求。

    (2)監測橋塔邊跨一側基準索股和主纜間相對垂度

    基準索股相對高差的測量,也擬采用此測量方法進行測量,首先采用液體靜力水準測量即聯通管水準測量的方法,在風小、夜間溫度變化較小和索股穩定的時候,直接測量上下游基準索股間的相對垂度,再用三角高程中間法復核上下游基準索股的相對垂度;上下游主纜間的相對高差,也采用這種方法實施監控。此項監控項目在虎門大橋、江陰大橋、海滄大橋實施中情況較好,兩種測量方法的較差一般在±5mm以下,能滿足特大型懸索橋施工監控的精度要求。

    (3)基準索股架設完畢、穩定觀測階段的監測

    在基準索股調整好之后,要對基準索股進行至少3天的穩定觀測。在每天晚上3次測量各跨索股的跨度變化量和索股跨中標記點的縱向位置、頂部標高。監控人員將根據各次復核結果確定基準索股的架設精度,如不滿足要求,將需重新調整基準索股。

   5 一般索股架設過程中橋塔變形、梁端位移的監控測量

    在一般索股的牽引和溫度、線形誤差等因素的影響將使作用在索塔上的水平力發生變化,從而導致索塔的變形和梁端的位移,而為控制索股和主纜的線形,從監控角度確保索塔安全,必須監測索塔的變形和梁端的位移。

   在一般索股架設過程中,索塔變形和梁端位移一般是一維變量,主要的變形方向為順橋向,所選擇的變形監測方法應簡潔、快速、可靠、高效且易于實現,才能有效配合施工。在虎門大橋、海滄大橋、潤揚長江大橋南汊橋懸索橋上部構造施工中,均采用測距儀或全站儀“距離差監測法”,監測上部構造施工各工況的索塔變形和梁端位移,取得了較好的監測效果。

   6 主纜架設完成后的成果復測

    在主纜緊纜之后,要對空纜線形加以精確測量。測量的方法與基準索股架設期間的監測方法相同。在進行空纜線形測量之前,解除散索套處的臨時支承對縱向的約束,以得到真實的空纜線形。

    空纜狀態線形測量要素如下:索塔塔柱頂的縱橫坐標、高程、各跨平均溫度、主纜跨中位置及標高、散索鞍轉動量及錨跨溫度。應在夜間氣溫穩定的情況下測量3次空纜線形。

    測量成果將用于在施工監控仿真分析系統中計算主纜的架設精度情況以及根據橋塔幾何形態和實測空纜線形反算主纜無應力長度并計算對成橋主纜線形的影響量。

   參考文獻:

   [1]楊德燦,孫杰,胡榮根.大跨度懸索橋的施工程序及技術要點分析[J].交通科技,2004.

   [2]李江樂.懸索橋的施工控制綜述[J].山西建筑,2008.

   [3]蔡峰,王磊. 自錨式懸索橋橋面線型控制技術研究[J].橋梁技術,2011.

   [4]王鵬,吳迅,石雪飛. 自錨式懸索橋施工控制[J].結構工程師2008(01).

   

   作者簡介:劉戰(1986--),男,長安大學公路學院碩士研究生,橋梁與隧道專業。

   
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