金塘大桥主墩钢套箱拼装测量控制

黄 维

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北武汉 430050)

0 引言

金塘大桥连接金塘岛与宁波市，是舟山大陆连岛工程的第五座跨海特大桥，起于金塘岛上雄鹅嘴，接在建西堠门大桥，经化成寺水库、茅岭、沥港水道和灰鳖洋海域，止于宁波镇海老海塘，接宁波连接线，全长26.54 km。其中:金塘侧接线长5.511 km，金塘侧引桥长1.007 km。跨海大桥长18.27 km，镇海侧引桥长1.752 km。

其主通航孔主墩承台采用实体钢筋混凝土圆端形构造，采用钢套箱施工工艺，且钢套箱设计为永久性结构兼做承台的防撞设施，其尺寸为:外长60.88m，外宽38.12 m，钢套箱为双层结构，壁厚2.0 m，总高度9.858 m，总重1 623 t。钢套箱的浮平台拼装是本工程的一大特色，钢套箱浮平台底板拼装是测量控制的要点，其相对平整度是影响整个钢套箱尺寸是否满足设计要求的关键。采用的测量仪器有:全站仪一台，经纬仪一台，水准仪一台，50 m钢尺一个(经鉴定合格，测量时需加入尺长改正数)，5 m卷尺2个，3 m或5 m水准塔尺2把。

根据设计及现场情况，钢套箱加工决定采用工厂内分片制作、水上浮平台上总拼、大型起重船整体安装的工艺。即在陆上合适场地设置加工车间，在临近金塘大桥的合适水域设置浮平台，防撞钢套箱陆上分块制作后，运至浮平台上拼装成整体，利用大型起重船套放下水，浮运至现场，再利用大型起重船整体吊装。

钢套箱制作拼装测量控制分为以下两部分。

1 陆上分块制作

底板分块制作在加工现场组拼台架上进行，台架应坚固，在施工中不得有较大的沉降，同时台架必须有足够的刚度，避免在使用过程中变形。先对加工场地进行处理，使地基承载力和平整度满足使用要求。然后在完成的加工场地上，根据底板大小，制作底板台座。台架制作前，用水准仪精确抄平台座底标高与顶标高，台座4角相对高差控制在2 mm以内，平整度控制在2 mm以内，以确保钢套箱的制作精度。

侧壁制作根据起重设备性能及运输要求，拟将侧壁分为16个～20个节段，壁板分块制作应首先在制作平台上将内、外壁板，水平框架隔舱板制成平面分段，然后在组装台架上组装。每个节段按照侧壁分块示意图编号，并用油漆标记。

2 浮平台上钢套箱拼装

2.1 浮平台准备

选用2艘3 000 t甲板驳，编组驻位后，采用压舱方法调整驳船干舷高度，使2艘驳船顶面平齐，并用型钢将其连成整体。型钢要有足够的强度和刚度，确保钢套箱拼装过程中两艘驳船同时受力。

2.2 底板拼装

在浮平台上设置底板拼装台座，可用型钢焊制，为保证钢套箱的拼装质量，首先就要确保台座顶面控制在同一平面上，而台座顶面不一定平行于水平面(测量上称为大地水准面)。由于浮平台受海水风浪等影响，虽台座平面可以始终保持在一个平面上，但该平面在空间的位置不一定是固定不变的。

常规的测量方法是借助测量仪器上的水准器(或水泡)，将仪器竖轴安置为垂直于大地水准面。当望远镜垂直于竖轴并保持垂直角不变，而绕仪器竖轴转动时，望远镜的视准轴始终平行于大地水准面，由此来确定一个平面，而这个平面也只能与大地水准面平行。

台座顶面不平行于大地水准面，更何况该平面在测量过程中相对于大地水准面是动的，所以用常规的测量方法来确定它是否是一个平面是很困难的。

本次检查台座顶面的思路建立在下面几点基础上:

1)几何理论告诉我们，空间内任何不在一直线上的三个点可以确定一个平面。我们在台座顶面上选择适当的三个点作为依据，用它作为我们的台座顶面平面，再检查浮平台底板拼装台座的其他点的顶面，是否在这三点所确定的平面上。

2)建筑上检查平整度常采用靠尺。用靠尺靠在被检查的面上，而靠尺所靠被检查面一条线上的所有点与靠尺的距离就反映了该线的平整度，由于浮平台很大，现实生活中很难有这样长的机械靠尺。测量仪器望远镜视准轴是一条直线，我们称它为光学靠尺。在上述1)中确定台座顶平面的三个点中任选两个点，架设经纬仪使仪器的望远镜视准轴通过这两个点上空，转动望远镜的竖直角，使该两点与望远镜视准轴的距离相等，这样测量仪器望远镜的视准轴平行于这三点确定的平面，这时固定望远镜竖直角。这样再检查校正该两点连线上台座顶面是否在1)中选定三点所确定的平面上。

3)在所选的三个点及其连线在一个平面的基础上，再利用2)中所述原理和方法，检查浮平台底板拼装台座上任何一处的顶面，是否在这三点所确定的平面上。

4)此方法的关键环节是望远镜竖直方向等高仪器视线高，并锁定水平方向，利用平行四边形原理判断两条边平行，否则所测数据失去意义。

具体方法如下(分别见图1，图2):

1)在浮平台拼装台座顶面如图 1选择 A，B，C，D，E，F点，将A，B，C三点所在的平面作为台座顶面的平面，利用上面所述原理来检查其他的点和它在底板上的连线是否在该平面内。

2)检查时将经纬仪架在A点，读取仪器高在B点立尺读数，使望远镜照准塔尺上的仪器高处，再检查校正AB连线上的点是否在A，B点所在的平面上。

图1 钢套箱底板示意图

图2 经纬仪观测示意图

3)在A点置镜检查、校正AB线和AC线上的点是否在A，B，C三点所确定的平面上，在B点架仪器检查和校正BC线上的点是否在A，B，C三点所确定的平面上。

4)再依据AB，BC，AC三边上的两个点来检查和校正图1中的点和线。

5)同样的方法依次分别测量三角形BDC，DCA，CAB的三边的视准轴方向读数，依此判断该三个三角形是否在同一平面上。

6)因所测四个三角形，分别重叠测量了另一个三角形的一个边，这样，整个钢套箱底板所要控制的六条边各自分别测量了两次，而且每条边的测点数都是三点，这样就可以保证测量中的偶然误差。

拼装台座控制在同一平面后，进行底板拼装。拼装台座如果要求增加，可根据以上方法进行布设。

2.3 侧壁拼装

侧壁与底板为“底托帮”装配形式，采用焊接连接。在拼装完成的底板上勘画壁板安装轮廊线及装配定位线，并用油漆标记每个节段安装线，注明节段号，拼装时严格按安装线进行节段就位。在拼装侧壁的过程中为确保侧壁与底板各方向的垂直，利用钢卷尺采用勾股定理进行侧板的调整(见图3)。

图3 侧板测量控制示意图

1)侧板立好后用钢卷尺如图3测得三条边长分别为a，b，c。2)利用勾股定理计算侧壁与底板是否垂直。3)如果不垂直就调整侧板，重复做以上工作，直至侧板与底板垂直。4)侧板调好后加焊临时支撑，再套装下一块壁板，重复以上工作。

2.4 钢套箱整体尺寸控制

采用拉钢尺法，分别采用鉴定过的长钢尺(50 m钢尺)多次测量，并加入尺长改正进行校正测量误差。

2.5 钢套箱底口开孔测量

根据钢护筒施工现场实测坐标，将其换算成以钢套箱横桥轴线为X方向，纵桥轴线为Y方向，以钢套箱下游内侧中点E点为坐标原点的相对坐标(见图1)。

测量时，置镜E点，以EF轴为零方向，分别放样底板的42个钢护筒孔位，在钢套箱底板划上记号，依此作为钢护筒底板开孔的施工依据。

2.6 钢套箱拼装完成后的全面质量检查

钢套箱在加工现场整体拼装完成后应进行全面检查，检查合格后方可浮运到工地施工现场。全面质量检查主要对其测量控制轴线的理论位置线、结构线、外观几何尺寸、表观平整度等进行检查。出厂前还应对其钢护筒开孔位置做最后检查，通过全站仪相对坐标测量，检查其是否符合所提供的开孔数据要求，发现有开孔位置不对时，及时纠正，重新修孔，确保每个孔位符合施工现场钢护筒实测偏差要求。

金塘大桥主通航孔主墩防撞钢套箱的拼装测量控制中，在浮平台上拼装底板是测量控制的难点，也是整个钢套箱制作安装控制的关键工序，经过施工单位与监理按照上述方法严格控制，钢套箱拼装完成后，底口平面误差:长度方向+28 mm，宽度方向+16 mm;顶口平面误差:长度方向+24 mm，宽度方向+11 mm;垂直度偏差:0.7%;底板钢护筒开孔位置最大误差:－65 mm;钢套箱外表平整度:±5 mm。其结构误差均满足设计要求，为钢套箱顺利安装奠定了基础。

［1］JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］张坤宜.交通土木工程测量［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［3］金塘大桥测控实施规程［Z］.

［4］金塘大桥测钢套箱施工组织设计［Z］.