椭圆形人行天桥钢箱梁分段吊装定位技术研究

龚 政，冯 涛，蒋少武，闫学冲，刘鑫章，毛汉平

（中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 十堰 442000）

随着城区人口的增多和车辆保有量的增加，城市道路早已不堪重负。人行天桥是现代化都市中协助行人穿过道路的一种建筑，修建人行天桥可以使穿越道路的行人和道路上的车辆实现完全的分离，保证交通的通畅和行人的安全，使市区交通压力得到有效缓解。为保证与城市的自然环境及历史条件的特色相结合、相协调，同时为满足人们对美感和其视觉欣赏的需要，人行天桥的结构设计也是种类繁多。但这样却给施工带来了一定的难度，因此需要提前规划，选择合适的施工方案。

本文简要介绍了十堰市邮电街口人行天桥椭圆形钢箱梁分段吊装精准定位的施工过程，为后续类似工程施工提供参考。

1 工程概况

如图1 所示，十堰市邮电街环形天桥位于十堰市人民北路五堰片区与邮电街路、东山路的十字交叉口，考虑用地相对局促、人流量大、树木保护等因素，采用椭圆环形天桥方案，上部结构采用钢结构箱梁，平面造型为邮电街-东山路长轴48m，人民北路短轴39.5m，桥梁中轴线全长137m，主桥宽4.8m，主桥重约227t。

图1 天桥效果图

2 工程特点

邮电街是十堰市主要的电子产品销售中心，邮电街口所在的人民北路五堰片区是十堰市商业中心，人流量极大。该地段处于十堰市商业及交通枢纽地段，人车冲突大，对道路交通影响极大。新建人行天桥对缓解该区域交通压力至关重要。

该天桥位于十堰老城区，两侧房屋密集，人行道内树木高耸，从设计和施工都需考虑对房屋和树木的保护，而这也是设计成椭圆环形的直接原因。

该天桥体量大，结构复杂，无法进行整体吊装，只能采用现场搭设临时胎架分段拼装的方式进行。考虑运输及吊装需求，工厂在加工时共分成了13 段，如图2 所示。

图2 钢箱梁分段示意图

考虑现场拼接需要，加工厂在加工单个节段时会多出2～3cm 方便现场根据需要进行切割，导致每个分段按设计图纸提取的坐标与实际加工的每个分段边角点不能完全地吻合，因而其精准的平面位置比较难以确定。受此影响，当单个节段采用边角定位时，现场精准度难以控制，一旦定位错误，轻则使圆弧不够平顺，影响桥梁美观，重则将使桥梁整体偏离设计轴线，后期调整纠偏难度大。

因此选择正确的节段定位方案成了影响天桥施工成败的关键。

3 定位方案的选择

由于节段加工时留有一定的富余，其具体富余长度不规则，且各节段之间的富余有差距，无法做到与设计节段的完全吻合，因而实际加工节段的4 个角点坐标与设计图纸上的4 个角点坐标存在不一致的情况，而且节段划分属于施工时的临时措施，加工时分段位置精度不高，故安装时按照每个分段的角点进行定位难以保证安装精度，极易出现安装偏差。

研究该天桥结构的特性，虽然每个节段的分段位置在加工时出现了偏差，但每个节段的内外弧与设计图纸的内外弧是一致的，且由于椭圆形的特点，相邻节段的内外弧曲率不同，故安装时调整实际加工节段的内外弧与设计图纸保持一致即保证了桥梁安装轴线，也就实现了节段安装精准定位。

据此，确定定位方案如下。

1）粗略定位根据节段编号、现场参照物和加工时的标记，确定单个节段的大致位置。

2）精准定位在确定大致位置的基础上，通过吊装时节段实际圆弧与图纸设计圆弧相拟合的方式进行节段微调，以实现精准定位，保证安装精度。

3）焊接固定在精准定位复核无误后，对已完成节段进行临时焊接固定，防止后续节段对已安装节段的扰动。

4）合拢段精准切割合拢段吊装前根据椭圆弧拟合的方法在桥下预先对合拢段多余长度进行精准切割，可实现快速吊装到位。

5）焊接焊接成整体，拆除临时焊接及胎架等后续工作。

4 吊装过程

4.1 首段的吊装

首段精准定位是本桥梁安装成功的关键，一旦首段定位出现偏差，将严重影响后续节段的安装精度，其后续纠偏难度大，进而影响整个桥梁的线性，甚至使支座偏移设计位置，影响主体结构的安全。

按照椭圆弧拟合的思路，首段钢箱梁运输到现场后，先对首段①内外边各做3 个标记点，并编号，如图3 所示。

图3 首段①钢箱梁上做标记示意

然后起吊首段①落放到大致位置，由测量员采集该6 个标记点的实际坐标值（表1），根据实测坐标值在设计CAD 图纸上画出首段①的平面形状（图4），并标记出实测图形6 个标记点与设计图形椭圆弧的偏距。

表1 首段①初次实测坐标值及偏距

图4 首段①初步定位图

比较实测图形与设计图形的拟合情况，各点与设计椭圆弧都有一定偏移（表1），在CAD 图中按照偏移值对图形进行平移、旋转等调整，直至实测图形的两条椭圆弧与设计图形的内外边最大程度重合（图5），此时在CAD 图中拾取1、1＇、3、3＇四个点的坐标值（表2）。

图5 首段①拟合图

表2 圆弧拟合坐标值

根据图纸中提取的拟合坐标值反馈给现场，利用千斤顶、手拉葫芦等对首段①进行调整，直至1、1＇、3、3＇四个点的后续实测坐标值与拟合坐标值在误差范围内。

核对检查无误后，将首段①与墩柱Z1 及胎架临时固定成整体，防止后续节段吊装时对首段的扰动。

4.2 后续节段的吊装

首段①已经安装就位，节段②与首段企口连接，故节段②与首段①连接端的位置已经确定，只需确定另外一端的位置。此时根据分段图纸在节段②的内外弧各拾取一个坐标值，如图6 所示4、4＇两点。

图6 节段②拾取坐标示意图

现场起吊节段②，落在大致位置，并与首段①对齐，按拾取的2 个坐标值放点，确定是否在节段②的内外圆弧上，若不在，则对节段②进行微调，直至在误差允许范围内，然后与首段①进行永久固定，并与胎架临时固定。

按此方法依次完成后续节段的吊装，直至倒数第二节段①2，如图7 所示。

图7 后续节段安装完成示意图

4.3 合拢段的吊装

根据经验，合拢段加工时通常会比设计多出20～30cm，在现场合拢时根据实际情况再进行切割，以防止合拢长度不够时需要进行现场接长，而接长部分往往是受力薄弱位置，可能会影响结构安全。

为节约安装时间，先对合拢段一次性精准切割，然后一次性吊装到位，防止反复切割，具体如下。

第一步，由测量员现场采集已完成钢箱梁节段的4 个角点准确坐标，并反映到设计图纸中，如图8 所示。

图8 已完成节段4个角点实测坐标值

第二步，合拢段①3 运输到桥下，调整成设计坡度，实测出合拢段①3 的4 个角点准确坐标，然后在CAD 软件中画出合拢段①3 的实测图形，通过平移、旋转等操作对合拢段①3 进行拟合，并与第一步的4 个点位进行比较，确定合拢段①3 内圆弧需切割34.6cm，外圆弧需切割36.3cm，如图9 所示。

图9 合拢段①3拟合示意图

第三步，按照第二部切割要求对合拢段①3 进行现场切割。

最后，对切割完成的合拢段①3 进行吊装，定位并焊接。

5 结语

1）针对椭圆形钢箱梁分段有富余而难以准确通过角点进行坐标定位的情况，选取椭圆弧参照进行拟合的方法有效地解决了单一节段定位问题。

2）首段定位是关键，采用现场实测数据与设计图形相拟合的方法，保证了首段的精准定位。后续节段充分利用前一节段的定位情况，减少了拟合坐标数量，控制线性不偏离设计轴线的同时加快了吊装的进度。

3）节段吊装中注意现场实际测量数据与室内CAD 数据处理的密切配合，并将拟合情况及时反馈给现场以进行节段的微调，保证了安装精度和效率。

4）合拢段的吊装采用先拟合以确定切割长度的方法，保证了合拢段安装精度，同时大大节约了合拢的时间。