滬蘇通長江大橋高墩身鋼桁梁精密測量技術

趙鵬飛

（中交二航局第四工程有限公司，山東 臨沂 273416）

滬蘇通長江大橋是我國跨徑最大的公鐵兩用橋，主要工程包括主跨336 米專用航道橋、跨橫港沙21×112米鋼桁梁橋，鋼桁梁在拼裝時精度要求較高，為了保證安裝精度滿足要求，分析了高墩身受溫度影響規(guī)律，選擇在合適時間段，用隨動短視線極坐標法與可移動觀測裝置配合測量的方法，減少了誤差累計，提高了測量精度。

1 高墩身受溫度影響及解決措施

滬蘇通長江大橋墩身高大，墩身高度50-65m。高墩身在溫度、日照、風等作用下會發(fā)生變形。鋼桁梁首節(jié)間拼裝施工以墩身為依托，因此必須考慮墩身變形對鋼桁梁精確定位的影響。

1.1 高墩身變形監(jiān)測

承臺和墩頂均布設變形監(jiān)測點，方便進行墩頂、墩底變形量的對比?？紤]到高大墩身可能存在縱橋向和橫橋向的變形，墩頂測點布設位置靠近墩身外側且位于墩頂?shù)臋M橋向軸線上。墩底測點布設在承臺上，為墩頂測點的投影點。測點布設情況，如圖1所示。

圖1 高墩身變形監(jiān)測點布設示意圖

設置徠卡 TS50 全站儀于相鄰墩承臺頂面，采用全站儀差分法，按照1 次/2h 的頻率對變形觀測點進行連續(xù)觀測。測量結果如圖2所示。

圖2 正橋10#墩墩頂變形過程圖

由圖2可知，高墩身在外界環(huán)境的影響下確實存在變形，且橫橋向變形量大于縱橋向變形量，最大變形量為3.7mm。

眾所周知，高大墩身受溫度影響存在熱脹冷縮現(xiàn)象。不同溫度條件下，墩身會有不同的伸長量（收縮量），使得墩頂?shù)慕^對高程出現(xiàn)變化。該變化量對鋼桁梁定位精度的影響程度，需要進一步分析研究。熱脹冷縮的變化量可用式1 計算：

綜上所述，在鋼桁梁的精密定位時，高墩身的變形是一個需要顧及的因素，需要進行修正和消除。

1.2 高大墩身變形的應對措施

考慮高墩變形復雜性，本工程采取以下措施修正和消除高大墩身變形對測量精度的影響：

1．2．1 消除墩頂水平變形的措施

由墩身水平位移連續(xù)監(jiān)測的結果可知，夜間23:00以后，墩身在水平方向上的變化極小?；谝陨险J識，提出了避讓墩頂水平變形的應對措施，即在墩身溫度恒定、施工荷載平衡時，將測量基準引測至墩身頂面，方便進行鋼桁梁拼裝。

1．2．2 修正墩頂豎向變形的措施

若此時墩頂控制點的高程為，修正后的高程應為：

2 鋼桁梁首節(jié)間安裝測量

鋼桁梁首節(jié)間鋼桁梁是后安裝鋼桁梁節(jié)段的基準，其空間位置是否準確，直接影響到鋼桁梁的空間姿態(tài)。所以，首節(jié)間鋼桁梁定位精度要求高，具體技術指標見表1所示。

表1 首節(jié)間鋼桁梁安裝主要技術指標

2.1 利用岸側控制點可行性分析

鋼桁梁首節(jié)間鋼桁梁安裝前，首先考慮了利用岸側控制點，采用極坐標法直接測量特征點坐標。放樣儀器選用徠卡TS50 全站儀，其主要精度指標為測角0.5″，測距精度0.6mm+1ppm。

2.2 隨動短視線極坐標法的應用

隨動短視線極坐標法是對變形體精密定位的一種方法。如懸索橋塔頂索鞍格柵定位時，格柵就是一個空間三維變形體，利用夜間，經(jīng)多次測量將布設在塔頂格柵附近的工作基點精確測出，然后架設全站儀，以極短的視線進行格柵定位，這種方法就叫做隨動短視線極坐標法。隨動短視線極坐標法具有如下特點：

2．2．1 工作基點與變形體的相對關系好

控制點是建立在高大墩身的墩頂，即控制基準是建立在變形體上。當利用該控制基準進行放樣時，控制基準與變形體可認為同步變化，放樣的點位與變形體之間的相對關系在此時應為最佳的匹配關系。

2．2．2 放樣視線短，定位精度高

測量定位主要誤差來源包括儀器自身精度、儀器對中誤差、鏡站置鏡誤差。

（2）鏡站置鏡誤差。棱鏡桿圓水準管氣泡精度為8′，采用鏡高為0.1m 的棱鏡測量，對點中誤差±0.3mm，量高中誤差±0.2mm。

根據(jù)上述分析，按照誤差傳播定律，算得徠卡TS50 全站儀三維坐標法測量精度為平面點位中誤差±0.8mm，高程點位中誤差±0.4mm。

綜上所述，利用隨動短視線極坐標法或基于自由設站的隨動短視線極坐標法能夠達到亞毫米級的定位精度。

3 實施效果

首節(jié)間鋼桁梁完成定位后，測量人員對其安裝狀態(tài)進行了全面復測，技術指標滿足設計和規(guī)范要求。具體結果見表2。

表2 鋼桁梁10-11#墩首節(jié)間安裝定位成果表

目前，滬通長江大橋鋼桁梁拼裝工程已結束，梁體首節(jié)間軸線偏差均不大于2mm，標高偏差均不大于2mm，整跨鋼桁梁拱度、奇偶連線偏差等各項技術指標均滿足規(guī)范及設計要求。

4 結論

通過對高大墩身在外界環(huán)境影響下的變形情況進行了定量分析，提出了避讓墩身水平變形、修正墩身豎向變形的解決措施；同時在鋼桁梁首節(jié)間定位采用了短視線極坐標法，該方法一次測量精度可達亞毫米級，放樣精度高，同時，又避免了結構變形對測量定位精度的影響；分析了傳統(tǒng)三腳架在鋼桁梁測量方面的不足，研發(fā)了一種可移動升降觀測裝置，解決特大橋梁鋼箱梁，鋼塔、鋼桁梁施工架設儀器穩(wěn)定性、安全性差的問題。結果表明，梁體首節(jié)間軸線偏差均不大于2mm，標高偏差均不大于2mm，整跨鋼桁梁拱度、奇偶連線偏差等各項技術指標均滿足規(guī)范及設計要求。