大跨度钢箱系杆拱桥拼装线形控制测量技术研究

孔令举

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250000）

1 项目概述

此桥为穗莞深城际松福路1 号特大桥主桥，在DK068+083.50—DK068+224.80 处跨越排涝河及规划松福路互通立交桥的C、E 匝道，桥位位于松福路排涝河公路桥的中央绿化带。排涝河公路桥为5～20m 空心板桥，左右两幅分建，中央绿化带宽15.0m 左右。结构形式采用1～140m 钢箱系杆拱桥，支座中心至系梁端部1.55m，至桥面板端0.55m，主桥长141.3m。

2 地质情况

场地地层主要为第四系全新统人工填土层、海冲积层、残坡基层，以及加里东期花岗岩、花岗片麻岩。人工堆填土层主要为素填土；海相冲积层主要为淤泥、粉质黏土；残积层主要为粉质黏土；加里东期花岗岩层主要为全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、全风化花岗片麻岩、强风化花岗片麻岩、中风化花岗片麻岩。

3 结构构造

3.1 系梁

此桥对应两榀拱肋设置两道钢箱系梁，系梁横向中心距离14.2m。系梁采用等高度箱形截面，内宽1.9m，内高3.0m。每道系梁划分为11 个梁段（不含梁拱接合段），梁段最大长度11.98m，最大重量40t。

3.2 拱肋

此桥采用两榀平行钢箱拱肋，拱脚与系梁固结，两榀拱肋横向中心距14.2m,计算跨度L＝140.0m，设计矢高f＝30.0m，矢跨比f/L＝1∶4.67，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程；设计拱轴线方程为Y=-3/490·X2+6/7·X 拱肋于拱顶设置最大0.1m 预拱度，施工矢高30.1m，施工拱轴线方程：Y＝-3/301/49000·X2+0.86·X 拱肋实际施工均采用施工拱轴线制作和拼装。

4 控制点测设

4.1 控制点选取

在系杆拱桥施工前，首先选取控制点，因此桥大小里程均为连续梁（已施工完成），结合现场实际情况，在已完成的桥梁支座固定端选取4 个控制点，间距约200m，通视条件好。控制点均为标准不锈钢预埋件，采用打孔配用植筋胶植入梁面，待控制点位稳定后方可进行测设[1]。

4.2 控制点测设

采用双频华测GPS 静态接收机6 台套，精度指标5mm＋1×Dppm，避开白天道路车流量大对仪器扰动的影响，选择夜间时间段测试。使用华测精密平差软件平差，得到平面坐标成果。由于桥面距离地面高达30m，桥面控制点高程由地面二等水准点采用三角高程引入。

4.3 控制点固定

由于在系梁和拱肋在拼装过程中，螺丝孔洞都是提前预留的，拼装精度要求极高。因此，在使用过程中，要求采用两个固定控制点，尽量不要更换后视点，避免产生测量误差，另外两个控制点作为现场复核使用和备用。

5 系梁拼装

5.1 设计坐标

根据厂家提供的预拼装轴线控制点布置，控制点位置在距系梁端头10cm 位置，均位于钢印刻画凹圆点，以此为基准进行控制拼装。将厂家提供的控制点相对坐标转化为线路坐标。

5.2 系梁控制测量

测量方法采用全站仪极坐标放样，全站仪一台，型号徕卡TCRA1201＋，测量员两名。先在下方垫块上放出中线位置，系梁落上去后，实测系梁上控制点坐标，用手机上的测量员软件进行计算，得出里程和偏距，进行微调定位。

现场拼装下一节系梁时，一定要对上一节进行轴线实测，观察是否发生变化，及时做出调整。系梁定位时，保持三维坐标定位精度均在3mm 之内，方可固定。在合龙段时，一定先实测前后系梁三维位置，如出入较大及时调整。此外，现场系梁定位时，一定要把预拱度考虑进去。

6 拱肋拼装

6.1 设计坐标

同样根据厂家提供的预拼装轴线控制点布置图，将厂家提供的控制地标点转化为线路坐标。

6.2 控制点标识

现场根据厂家提供的预拼装轴线控制点，在拱肋起吊前，横截面轴线中心位置贴上反光片，反光片张贴时，一定要牢固，防止脱落。

6.3 拱肋控制测量

由于拱肋在拼装过程中，高度越来越大，在合龙段最大高度为30m，测量难度极大，技术性高，安全系数低。为解决这一难题，决定采用“激光定位免棱镜”技术。

徕卡TCRA1201 ＋自带免棱镜，测设范围300m，一名测量员操作即可，现场全站仪激光对中反光片，利用手机测量员APP，蓝牙连接机器人全站仪，使全站仪十字丝与反光片十字丝重合，实测三维坐标。测量员通过软件自动反算出实测里程和偏距，与设计值相比，计算偏差值，通知调整定位。现场拱肋拼装如图1所示。

图1 拱肋现场拼装图

6.4 拱肋合龙段

第6 段为拱肋合龙段，在第5 段和第7 段拼装完后，先测出三维位置。实测数据与设计对比表如表1所示。

表1 拱肋合龙段实测数据表

由此可知，合龙段第5 段轴线最大偏差为3mm，线形整体可控，可以合龙。现场根据前后合龙段数据，对第六段的拱肋长度进行测量，切割多余部分，确保长度与第5 段和第7 段吻合，吻合后方可吊装合龙。

7 变形监测

7.1 支架监测

支架观测采用的技术是利用反光片与全站仪相结合的技术。在每个支架的中间高度位置贴上反光片，为了容易找到目标，反光片尺寸大于4×4cm，并用强制胶和透明胶带粘牢。全站仪分别架设在线路左右两侧，利用地面上的四个控制点，进行观测，观测时间尽量选在早上或者傍晚，统一时间并避开强太阳时段。

观测频率：施工期间每天进行观测，停止施工时可放宽观测频率，遇有异常情况需加大观测频次，及时将数据统计上报。因此桥处于直线上，可利用坐标反算出里程偏距，更直观地反映出位移变化情况。

经现场实测数据分析，最大变化值7mm，位于拱脚接合段处，因拱脚结合段最重，支架位移相比其他节段偏大，其余节段位置变化较小，支架整体受力稳定、可控。

7.2 系梁监测

系梁在每一节拼装完成后，需进行观测，观测的位置选取系梁拼装控制点，拼装控制点位于每节系梁端头20cm 位置。使用反光片观测看不到，可采用人工立杆的方式[2]。

系梁拼装完成后即取得初始数据，可在每日早、晚各进行观测一次，并将坐标数据转化为里程偏距格式，形成报表。

经实测数据分析，变化较大值分别在第8 节段17mm 和第10 节段15mm。在拼装过程中，因系梁还未整体受力，拼装节段和相邻节段是不稳定的，受影响较大，需加强观测，及时分析数据[3]。

7.3 拱肋监测

拱肋在每一节拼装完成后，要对每一节拱肋进行观测，观测的位置选取系梁拼装控制点，拼装控制点位于每节系梁端头20cm 位置，观测方式采用反光片与全站仪结合方式。现场系梁拼装施工如图2所示。

图2 现场拱肋拼装完成

拱肋拼装完成后即取得初始数据，可在每日早、晚各进行观测一次，并将坐标数据转化为里程偏距格式，形成报表，经监测数据进行分析，最大变化值4mm，位于跨中位置，整体位移量较小，拱肋整体受力稳定。

7.4 桥面监测

在系杆拱系梁、吊杆、拱肋、桥面横撑全部施工完后，支架拆除前后、运梁车通过前后、无砟轨道施工前后，都要进行桥面高程监测。通过监控数据，为后续的道床施工提供高程参考依据，为同类系杆拱桥施工提供经验。在底座板施工完后，桥面的跨中位置实测高程比设计低了5mm，证明系杆拱桥设计预拱度值与实际施工是相吻合的，在道床板施工时，进行高程调整。

经现场实测数据分析，最大累计沉降值左侧33mm、右侧39mm，与设计预拱度值相符，位于跨中位置，荷载对梁面的影响较明显，高程在道床板施工时予以调整。

7.5 CPIII 成果影响分析

因系杆拱桥140m，跨度较大，在施工无砟轨道之前务必对CPIII 的平面高程进行复测，可分为以下几个阶段：第一，架梁完成后；第二，底座板左右幅各施工完成后；第三，道床板左右幅施工完成后。荷载对其影响较大，要及时对CPIII 成果进行更新，把更新后的成果用于道床施工，有效控制施工质量[4]。

8 注意事项

第一，在使用“激光定位免棱镜”时，尽量避免大太阳高温时段，尽量选取同一个时间段进行。

第二，观测基点的三维坐标，一定要与线路控制网进行联测。

第三，在构件起吊前，将反光片粘贴到位，避免吊装后粘贴困难。反光片在粘贴时一定要牢固，可结合高强度胶和透明胶带一起加固，防止雨水冲洗脱落。

第四，固定人员、仪器，进行观测，尽量减少人为误差，另外，全站仪需使用遮阳伞，减少阳光对仪器的影响。

第五，拼装测量中采用的控制点，做好保护措施，不得随意更换，减少测量误差。

第六，系梁和拱肋上的控制点位，应采用厂家预拼装时标记好点位。

9 结语

结合此工程实例，在整个系杆拱桥拼装过程中，阐述了线形控制测量技术和变形监控技术，提供了一些实测数据，在拼装过程中采用“激光定位免棱镜”技术解决了部分测量技术难题，大大提高了工作效率，节省了人力。现场灵活运用手机蓝牙连接全站仪功能，将线路坐标转化为里程、偏距，方便、快捷，对同类工程有一定的参考意义。