马鞍山长江公路大桥主缆施工线形控制技术

周亚军 许雄飞

摘 要：马鞍山长江公路大桥悬索桥主缆架设施工中，空缆线形控制精度尤为重要，是桥面线形是否满足设计要求的基础。为此需要设计相应的测量工装，确保施工中测量技术的顺利实施，制定专项测量方法，保证测量精度的准确性，结合施工中线形监测数据分析结果，指导主缆线形调整。重点介绍主缆架设中线形测量的方法，测量工装介绍，监测数据分析和主缆线形调整方法等全过程控制技术。

关键词：悬索桥;基准索;线形监测;控制技术

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0149-04

1 工程概况

马鞍山长江公路大桥主桥桥型方案为主跨2×1080m三塔两跨悬索桥，设计车速100km/h。

主缆两主跨跨度均为1080m，矢跨比为1/9，背缆跨度均为360m，中、边塔顶处主缆JD点高程均为+178.3m，主缆理论散索点高程均为+30.0m，两根主缆横桥向的中心间距为35m（如图1）。主缆长约3045.53m，重约7115.26t，由154股91丝预制平行索股组成。索股用定型捆扎带绑扎而成，使其断面成正六边形，两端设热铸锚头。主缆索股经成型调整按一定的排列置入散索鞍、主索鞍鞍槽内固定。索股经过紧缆而形成主缆结构。

2 塔锚联测

上部结构安装工程已完成索鞍及门架系统安装，即将进入猫道施工阶段。为了采集整个悬索桥上部结构索塔、锚碇的初始相对位置与几何状态数据，同步实施初始监测。为了模拟实际主缆线形，需要采集塔锚在裸塔狀态下的初始数据。测量内容主要包括散索鞍基准位置测量、碇沉降和位移监测、顶高程传递、塔索鞍测量与索塔变形监测的联测、塔跨度测量、塔沉降监测。

索鞍定位需要在各塔上横梁建立2个强制归心加密点。待温度恒定，风小的夜间，后方交会法使用全站仪TCA2003结合CPⅢ操作手簿自动观测，三塔加密同时进行，保证坐标系统的统一性。索鞍定位后，直接在边塔索鞍中心架设仪器，测量中塔索鞍中心平距，经过投影改正后与索鞍定位实测坐标反算平距进行对比，同时对比利用三塔加密点直接测定个点之间平距（经过投影改正）换算后的跨径，确保系统的统一性。因为在以后索股测量时观测跨径过程中，由于索股的收放都是在索鞍区域内进行，索鞍中心不易架设仪器。利用塔顶加密点间平距变化量来代替跨径变化量非常方便，容易操作。

塔锚联测塔顶高程传递采用天顶距法，将地面高程引测至塔顶加密点，控制索鞍安装高程，从而确定初始塔高。温度变化产生塔柱混凝土竖向变形，需要定期测定塔高变化量，增加实测人员工作量。利用塔偏观测点，全站仪测量北塔承台水准点高程及上横梁水准点高程，计算高差变化量等同于塔高变化量。因为三角高程最大影响因素为折光系数，距离跟观测精度成正比，同一观测环境下这一主要测量误差可以相互抵消。测量精度得到保障，观测效率明显提高，人员及仪器得到精减。

索塔偏位监测是为了后续施工中索塔位置状态发生变化修正监测模型，通过在地面控制点建站，采用全站仪三维坐标法测量。监测点采用预埋套管+焊接10cm杆件装配微棱镜方式，布设于塔顶边角上。其他工况下监测均采用第一次的设站及定向方式，保持数据的延续性。由于中塔距离边塔塔偏监测点较远，单向定位待测点平面位置精度底，连续观测值浮动大。导致测量中塔塔偏结果不可靠。中塔塔偏利用跨径变化量和边塔偏移量推算，较好完成三塔监测且相对几何关系统一，有利于监控建模。但是夜间理想观测时段为12：00～4：00，导致观测时多次建站，效率不高。中塔监测棱镜可用于钢箱梁吊装时索塔偏位监测，此时观测精度要求不高，使得监测方便快捷。

3 主缆架设

悬索桥空缆线形基本决定了成桥状态桥面线形及主缆线形。空缆线形主要取决于基准索股及一般索股架设精度。基准索股线形测定是至关重要的。基准索股垂度测量方法是绝对高程法，一般索股是参照基准索股进行垂度调整。

基准索股经过双线往复式牵引系统牵引完成后，相应经过横移、整形、入鞍、入锚等工序，初步完成架设。此过程可以在白天完成。索股上相应于散索鞍处、边跨跨中、主索鞍处、主跨跨中以及两端锚头附近共设置了十三个标志点，做为索股垂度调整参考点，并作了特定标记。调索前将索股的主索鞍处特定标志点对准中塔主索鞍上相应的标志点，利用南北塔顶卷扬机收放索股，实现调整索股跨中垂度的目的。

基准索股跨中垂度测定方法主要采用单向三角高程法，测量精度主要受大气折光和外界环境因素的影响。结合本桥特点，跨度较大，根据单向三角高程测量原理及误差传播规律。高程测量误差与距离成正比。因此折光系数的测定至关重要。利用业主提供中塔跨江水准点与岸侧水准点测量两点高差反算折光系数k，输入仪器并验证k值的准确性。测区k值范围为：0.17～0.23。

外界环境因素主要包括温度、风速、天气情况等条件，其直接影响到测量方案的布置。根据监控单位方面的要求，索股稳定的条件是：长度方向索股的温差ΔT≤2℃，断面方向索股的温差ΔT≤1℃;没有雨雾;风速不大于7.9m/s;观测时段为夜间12：00-3：00。

3.1 温度测量系统

索股线形主要受温度及跨径的影响较大，影响参数见表1。

索股温度的测量用接触式温度计，精度0.1度。采用MINI_SCADA软件测量索股表面温度，Enview软件以短信的形式与测温软件MINI_SCADA进行通信，采集各测点索股温度，测点沿长度方向布置为：边跨跨中、塔顶、跨中、散索鞍处共9个断面;测点沿断面方向布置为：索股上缘及下缘。测点布置见图2。塔体温度测量：分别在南、北塔及中塔上、下横梁处测量塔体的外表温度。

3.2 测量方法

整个索股线形观测时对外界条件要求苛刻，同时测量的有效时间很短，每天夜间测量所需观测数据量大，所以在保证测量精度的前提下，方便快捷、高效、经济是优化测量方法的原则。

（1）索塔塔偏监测：索塔水平位移及扭转状态的监测，贯穿于整个上部结构安装施工过程。其测量精度直接影响到桥塔建模精确度。索塔偏位主要表现在受猫道和索股荷载不平衡和架梁及索鞍顶推时发生顺桥向偏移。测量控制点布置在后锚桥轴线处，观测测量站点至镜点平距，推算索塔水平位移及扭转。此时观测上横梁监测点可以消除定向误差，提高测量精度。

（2）散索鞍偏移监测：利用塔偏测量点观测散索鞍动态，采用简单三维坐标观测散索鞍监测点变化量。由于距离很小，清晰度高，可以得到较高精度。

（3）跨径测量：利用塔顶加密点间平距变化量（经投影改正后换算至索鞍中心距离）来代替跨径变化量。由于采用较高精度测量仪器（徕卡TCA2003）观测距离精度高±（1mm+ 1ppm）;完全满足设计要求，且操作方便，效率高。

（4）索塔塔高变化量测量：由于首次塔锚联测时已经测定索塔高度，在以后的每一次主缆线形监测时，采用初始测量模型（天顶距法）测定塔高变化量或者测定塔顶、塔底水准点高差来反算塔高变化量。后者简捷，快速。

测定基准索股时索股处于自由状态，索股截面为正六边形。测定索股中心高程时，索股处于扭转且受微风影响小幅度摆动。采用常规测量方法无法架立监测棱镜。特制测量工装见图3。

将测量工装安装于索股跨中位置，在岸侧控制点建站，单向三角高程法测量工装上下对称棱镜中心高程，正倒镜6测回為一组观测数据，其中出现波动较大的应剔除补测，取其平均值作为最终测量结果。该方法消除索股倾斜和摆动时带来的不确定误差。

在中塔下横梁顶面中心位置建立一个专用控制点见图4，受猫道面网遮挡视线，在工装下增加1.5m长度的特制连接杆。利用此控制点一次建站，可对两主跨上下游四个跨中点分别进行垂度观测，避免了由于多次建站带来的测站间误差;另外，该控制点到两主跨上下游四个跨中点的水平距离基本相等（约540m），天顶距也基本相等，因而对四点的测量中误差也基本相等，确保了四点相同的测量精度。

两种方法互为校核，增加了多余观测，提高了观测可靠度，观测精度得到有力保障。

基准索股垂度调整好后，须进行至少3天稳定观测，确认索股线形完全符合稳定要求后，其中主跨绝对高程允许误差为（+40，-20mm），边跨为（+50，-30mm），上下游高差为（+10，-10mm）如全部结果都未超过允许偏差的范围，第一根索股的垂度即调整完成。将连续3天观测数据经算术平均后作为基准索股最终线形。

3.3 作业安排

基准索股线形测量是覆盖马鞍山大桥主桥全线观测，涉及测量内容广，作业面多，参与人员及仪器数量多。建立现场指挥办公部门，统一调度指挥，主要组成为：施工单位测量负责人员，监控单位线形计算及测温人员，监理及业主第三方测量负责人员。通过对讲机通讯指挥前场观测工作、现场施工调索工作和统计外业数据。使得索股线形测量时有序可循，外业观测和内业计算耗时最小化，处理现场突发事件灵活。

一般索股垂度的测量以基准索股或相对基准索股为基准，用水平尺及游标卡尺测定基准索股与待调一般索股的高差来调整实现（如图5）。一般索股的相对垂度测量精度控制在5mm以内。采用游标卡尺按以下两种方法测定索股垂度调整量：

（1）用于基准索股与待调相对基准索股调整高差的测量，Δh=h1-d0/2-d1;（2）用于相对基准索股与待调一般索股调整高差的测量，Δh=h1+d0/2-d1。

4 索股线形测量数据分析

基准索股跨中垂度按照监控计算线形调整好后，由于多种因素的影响，线形可能会发生变化，应在其后满足索股线形测量要求的情况下进行多次监测，共采集连续三个夜间索股线形数据，均在监控允许范围内，确认线形符合要求。将连续三个晚上观测数据经算术平均后作为基准索股最终线形。使用液体静力水准测量即连通管测量方法检核三角高程法测量上下游高差如表2所示。

表3中各组数据高程最大互差：20.4mm;上下游各跨三天稳定观测数据之间对比，每天最大互差：16.1mm;上下游最大高差：南边跨8.0mm;基准索股稳定观测结果满足设计及监控指令要求，属于稳定状态。

在一般索股架设期间，应根据监控要求，定期复测基准索股的绝对垂度，以检查基准索股的垂度是否在后续索股架设中发生变化，在必要时增加基准索股的测定。

5 结论

在主缆架设中，按照制定的测量方法实施观测，工装的制作保证索股中心高程的准确;结合长达七天的调索过程和最后三天的稳定性监测;充分反映该套技术能够吻合线形模拟系统，通过缆索线形数据分析，温度、跨径、塔偏等综合变化因素具体影响参数，对类似工程施工具有指导意义。

参考文献

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