渭河特大桥转体施工测量技术

常运超

(中铁二十局集团第六工程有限公司 陕西西安 710032)

1 引言

转体施工是指桥梁跨越深谷、河流、铁路等障碍物时通过半跨结构偏离轴线位置施工，成型后通过转动体系将两个半跨结构同时旋转到位，在跨中合龙成桥的一种施工技术。全球范围内，从20世纪40年代出现这种施工工艺以来，采用转体施工建设的桥梁已不胜枚举，转体施工技术的理论与实践水平发展迅猛。我国从20世纪70年代开始研究转体施工技术，目前该技术已发展成为国内公路桥梁跨越铁路时的主要施工方法。由于桥梁转体施工测量定位精度要求高、转体施工受天窗时间影响大，因此如何进行转体关键部位的精确定位、如何快速准确地进行转体实时监测以掌握T构姿态直接关系到桥梁转体的成败。本文以陇漳高速转体施工测量技术为例，提出一种适用于快速进行转体测量定位，且安全行之有效的测量技术，为类似工程提供参考。

2 工程概况

陇漳高速公路全长38.79 km，设计速度80 km/h，为双向四车道，是国家两大高速公路主干线连霍高速和兰海高速的联络线，也是丝绸之路经济带道路互联互通工程重要项目。该高速公路通车后，对甘肃省融入“一带一路”倡议，促进“丝绸之路经济带”黄金段建设，改善区域交通运输条件，带动区域经济和旅游业发展具有重要意义。

陇漳高速渭河特大桥位于甘肃省定西市陇西县境内，起迄里程为K0＋739.12～K3＋521.12，全长2 782 m。该桥8＃～11＃墩上部为(41.4＋70＋41.4)m 连续梁，9＃、10＃墩梁体以 76°、78°上跨陇海铁路双线，设计为转体施工。陇海铁路6＃桥与渭河特大桥交叉处里程为K1539＋175～K1539＋225，渭河特大桥上跨既有陇海铁路梁底距离上行线轨面最小距离为10.05 m，距离下行线轨面最小距离为11.55 m。该转体单个T构重量为8 500 t，两跨T构梁体全长152.8 m，单个转体T构中线位置长度为66 m，桥面宽度为25.5 m，墩高18 m。该桥位于高严寒、高温差地区，冬季期间温差达20℃，有效施工时间短，距每日运行200多次列车的陇海铁路仅3 m，安全风险高、施工难度大，且紧邻渭河主河道，汛期河水极易倒灌。为此该桥9＃、10＃墩设计为转体施工，将极大减轻施工安全风险与施工难度。9＃、10＃墩T构分别顺时针旋转76°和78°，实现双向转体合龙。

3 转体关键部位测量

3.1 建立施工独立控制网

首先对设计成果控制点进行全线复测，使用符合四等精度要求的设计控制点作为起算点，利用4台R8-4天宝GNSS仪器建立渭河特大桥转体独立控制网，网型如图1所示。

图1 转体桥独立控制网网型布置

3.2 关键部位测量控制

渭河特大桥9＃、10＃墩从下至上结构形式为钻孔桩、下承台、球铰、上承台、墩身、梁体。其中最关键的施工部位为球铰中心的精确定位。球铰中心放样精度必须控制在1 mm以内[1]，使用TCRP1201全站仪采用极坐标法进行施工放样，采用莱卡小棱镜进行球铰中心定位[2]。滑道面高程相对误差控制在1 mm以内，采用DINI03电子水准仪进行标高控制。施工过程中，严格控制滑道平面位置上各点高程，使其误差控制在1 mm以内[3]。

3.3 球铰上部位置坐标计算

该桥转体部位线路位于R＝830 m的右偏曲线上，球铰中心与墩中心之间在线路横向设计偏心距为12 cm。因此，球铰以上部位施工时，需要考虑球铰中心横向偏心的影响。球铰中心为从墩中心位置偏向线路右侧12 cm的位置。由于桥梁转体是以球铰中心为旋转中心，因此，上承台、墩身及悬浇梁计算坐标时，需要在CAD图上按照设计线路曲线要素画出承台、墩身、梁体的坐标位置，再以球铰中心为圆心逆时针旋转76°(78°)即为 9＃、10＃墩转体前施工时的承台、墩身、梁体的坐标位置。该步骤需要反复验证，确保承台、墩身、梁体坐标计算无误后才可放样；否则，坐标计算错误时，转体后梁体将无法合龙[4]。

4 转体前测量准备

4.1 监测控制网布设

转体前，建立监测控制网，对转体过程中T构姿态进行监测[5]。

如图2 所示，JM02、JM02-1、JM04、JM04-1 为监测控制点，分别控制9＃、10＃墩T构中线位置。L1、L2、L3、L4为设置在T构梁面的中线监测点，当转体转至设计位置时，JM04-1、L1、L2、L3、L4、JM02-1 将处于同一直线上[6]。可以通过穿线检查是否转体到位。9＃、10＃墩平面控制点及球铰中心坐标如表1所示。

图2 转体监测控制网

表1 控制点及球铰中心坐标

中线控制点转体前后坐标如表2所示。

表2 中线控制点坐标

4.2 称重配重

提前进行T构实际质量称重，测试转体部分的不平衡力矩、偏心距、摩擦力矩及摩阻系数等参数，达到安全施工、平稳转体的目的。梁体T构实际称重及配重时，使用全站仪对N1～N8坐标及高程数据进行实时测量，为T构称重、配重提供梁体姿态指导数据，确保称重、配重工作顺利进行。

4.3 粘贴度盘刻度

在上转盘上粘贴度盘刻度(见图3)，使用激光仪指示刻度，方便技术人员实时掌握T构实际旋转角度。

图3 度盘及弧长刻度尺

4.4 验证间隔度数

验证9＃、10＃墩T构转体的间隔度数设置是否合理。 设计为10＃墩先转25°，9＃墩再与10＃墩同时转动。转动时两墩间隔度数越大越好，设想一个墩先转体至一合适位置，另一个墩再转至最有利的情况，不会发生碰撞。受既有线运营影响，天窗时间非常宝贵，必须计算并反复验证最少用时。以设计为准，在CAD图上以实际T构梁端坐标数据模拟转体过程中的碰撞问题，测试转体时是否发生碰撞。经 10＃墩先转 25°，9＃、10＃墩再同时转动模拟后，两T构梁端在距离最近时的间隔为1.023 m。如图4所示，可以保证两T构转体顺利进行。

图4 两T构转至最近位置时平面关系

4.5 安置梁面棱镜

出于安全考虑，转体时梁面上不允许站人，因此，需提前将棱镜安置在梁面位置。在10＃、9＃墩梁面上 N2、N3、L1、N6、N7、L3 位置架设棱镜，将棱镜对中整平后，架腿用膨胀螺丝及铁丝固定在梁面上，安装360°棱镜。 其中 N2、N3，N6、N7 位置的棱镜在梁面上对角线位置安装，用于转体时监测高程变化情况；L1、L4为转体时跟踪测量10＃、9＃墩 T构中线位置。

4.6 试转测量

为了确保准时、安全转体成功，在正式转体前需进行试转，对转体的启动力、转动力及设备性能等情况进行记录和观察，为正式转体提供数据参考。通过试转检验牵引系统是否正常可用，明确转体实际牵引力、测试转动体系在转体过程中是否稳定、测试转体速度与设计值是否吻合、确定转动体系的点动速度参数，为转体准确顺利就位做好准备。

本桥采用的千斤顶角速度不大于0.02 rad/min，桥体悬臂端线速度不大于1.5 m/min。先设定千斤顶线速度为5.83 m/h，即0.097 m/min，则转动单元的角速度为:ω＝V1/r1＝0.097/5.4＝0.018 rad/min。

本连续梁T构总长66 m，端头转动线速度为:

式中:ω为转动体角速度，rad/min；V1为转盘转动线速度，V1＝0.097 m/min；r1为转盘半径，r1＝5.4 m；V2为梁端转动线速度；r2为梁体的旋转半径，r2＝33 m。

根据以上计算结果，转体角速度及梁端线速度均满足规范要求。

在C1、C2点架设两台全站仪分别对10＃、9＃墩进行观测。试转前先采集N3(10＃墩)、N7(9＃墩)两点初始坐标高程值。试转时千斤顶分别顶进10 mm、5 mm、3 mm各三次，使用两台全站仪分别测量每次顶进后N3、N7点的坐标高程数据各9次，与初始坐标值对比计算得出梁端移动弧长距离。试转测量数据计算结果如表3所示。

表3 试转结果记录

5 转体测量

5.1 平面控制

平面控制网按四等导线技术要求测量并平差计算[7－8]。 在 JM02-1、JM04-1 各架 1 台 1″级全站仪，JM04-1点上全站仪后视JM04，对10＃墩梁面上L1点坐标进行实时监测；JM02-1点上全站仪后视 JM02，对9＃墩梁面上 L4点坐标进行实时监测；梁面监测点上架设360°棱镜。

图5中:O为10＃墩球绞中心；B为L1点转体前位置。当OB绕球铰中心O点旋转至OC位置时，其转过的角度β为:

图5 转动角度计算

直线OC、OB的方向角α分别为:

直线OC、OB的方位角A2、A1根据以下条件进行判断:

(1)当x1－x0＞0时:

y1－y0≥0时，则OB(OC)方位角A＝α；y1－y0＜0时，则A＝α＋360°。

(2)当x1－x0＝0时:

y1－y0＞0时，A＝90°；y1－y0＜0时，A＝270°。

(3)当x1－x0＜0时，则A＝α＋180°

其转过的弧长:

根据式(1)、式(2)可计算出该点转过的弧长及角度。用秒表准确记录每次测量坐标时的时间，计算每次测量坐标时的时间增量及角度增量[9－10]。

根据式(3)、式(4)计算出该点的转动角速度及线速度，控制梁端线速度v≤1.5 m/min，且角速度ω≤0.02 rad/min。

5.2 高程控制

高程控制网使用原施工控制网的成果。转体过程中，架设在JM04-1、JM02-1上的两台全站仪对N1～N8点的高程进行观测来实时监测T构姿态是否稳定。通过监测，转体过程中两T构梁面N1～N8监测点高程在0～±5 mm之间浮动，转体过程中高程整体平稳可控。

正式转动后，每隔5 min全站仪采集一次数据，两台仪器记录人员依次报数，通知转动系统现场工作人员转动的角度。当转至最后8°时，每分钟采集一次数据，及时报现场指挥人员。

当转至最后3°时[11－12]，对中线检测点坐标连续测量，进行点动控制。当实测Y值与设计值相差在0.5 m以内时，减缓转动速度；当仪器视野中观测到L1、L2、L3、L4在一条直线上时，精确测量该四点坐标，与设计值进行比较，当坐标较差小于3 cm，停止点动，进行姿态调整。该桥转体测量技术经实际转体施工后，中线合龙误差为4 mm，梁面高程误差为3 mm，实现了精确对接。

表4为渭河特大桥10＃墩转体过程中实时监测坐标数据及由式(1)～式(4)计算结果。从表4可以看出，10＃墩T构转动过程中的角速度及梁端线速度均满足ω≤0.02 rad/min、v≤1.5 m/min的要求。

表4 陇漳高速渭河特大桥10#墩转体过程中线监测点L1测量记录

6 结束语

本文通过对陇漳高速渭河特大桥转体施工过程中的施工控制网建立、关键部位球铰定位和滑道水平控制、转体监测控制网布设、转体过程中平面及高程控制方面进行详细论述，解决了转体关键部位定位、转体过程监控等测量控制难点，为转体合龙后的平面及轴线位置、标高等满足设计及规范要求提供了技术保证，为今后类似桥梁转体工程测量控制提供借鉴。