鋼管混凝土拱橋吊裝過程線形監(jiān)測(cè)方法

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現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，隨著橋梁工藝的發(fā)展，鋼管混凝土拱橋以其在材料、施工和經(jīng)濟(jì)上表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，已越來越被人們所采用。目前，大跨度鋼管混凝土拱橋主要采用纜索吊裝—斜拉扣定施工新技術(shù)，拱橋的線形通過實(shí)測(cè)每節(jié)鋼管拱的標(biāo)高及拱軸線位置并借助扣索實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整來保證。為確保主拱按預(yù)期線形合攏，吊裝過程中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作尤為重要。位于長(zhǎng)江三峽境內(nèi)牛肝馬肺峽對(duì)岸的九畹溪大橋，屬庫區(qū)移民交通復(fù)建配套工程，該橋主跨160m，由15節(jié)鋼管先經(jīng)地面預(yù)拼、后空中吊裝再法蘭盤焊接成形。這里山勢(shì)陡峭，施工條件極其惡劣。因此，選擇合理的監(jiān)測(cè)方法且不受施工因素干擾是控制好線形的關(guān)鍵。
    1、橋梁監(jiān)測(cè)控制測(cè)量
    大橋的線形監(jiān)測(cè)工作分為拱軸線和標(biāo)高控制兩部分，與施工測(cè)量完全獨(dú)立。根據(jù)橋長(zhǎng)、橋跨及跨越的結(jié)構(gòu)形式，選定平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)為三等獨(dú)立三角網(wǎng)，各控制點(diǎn)均砌水泥觀測(cè)墩。邊長(zhǎng)采用LeicaDII600測(cè)距儀（標(biāo)稱精度為3mm±2×10－6D）往返測(cè)量，水平角采用WildT3經(jīng)緯儀，高程控制選用北京測(cè)繪儀器廠的DS1精密水準(zhǔn)儀施測(cè)Ⅱ等水準(zhǔn)。為保證高程精度一致性，九畹溪兩岸的水準(zhǔn)點(diǎn)做到聯(lián)測(cè)。網(wǎng)的各項(xiàng)精度指標(biāo)為：測(cè)角中誤差±0．6″，三角形最大閉合差1．2″，最弱邊精度1?440000。
    2、鋼管拱肋的線形監(jiān)測(cè)
    為做好大橋監(jiān)控工作，確保大橋施工質(zhì)量，每節(jié)鋼管拱吊裝完，監(jiān)測(cè)工作開始實(shí)施并及時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。針對(duì)實(shí)際工作環(huán)境，為測(cè)到每段拱肋的拱軸線和標(biāo)高，采用雙經(jīng)緯儀作前方交會(huì)，可實(shí)現(xiàn)橋梁施工三維監(jiān)測(cè)的同步化。拱肋上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，事先在法蘭盤或拱背其它通視良好部位做標(biāo)記。
    2．1　拱軸線的監(jiān)測(cè)
    已知點(diǎn)A、B的坐標(biāo)為XA、YA和XB、YB，在A、B兩點(diǎn)設(shè)站，測(cè)出水平角a和b，按下式計(jì)算未知點(diǎn)P的坐標(biāo)：
    XP＝[XActgb＋XBctga＋（YB－YA）]/[ctga＋ctgb]
    YP＝[YActgb＋YBctga－（XB－XA）]/(ctga＋ctgb) （1）
    若每段拱肋的YP值為一固定常數(shù)，則表明拱軸線正確，未發(fā)生偏移。
    2．2　拱肋標(biāo)高的監(jiān)測(cè)
    測(cè)定拱肋標(biāo)高的原理是三角高程測(cè)量。
    Q，Z控制點(diǎn)高程為HQ、HZ，P點(diǎn)高程為HP，Q、Z點(diǎn)上經(jīng)緯儀儀器高為iQ、iZ（用游標(biāo)卡尺量取）
，Q、Z到P點(diǎn)的水平距離為DQP、DZP，a，r為豎直角。根據(jù)三角高程測(cè)量原理有：
    HP＝HQ＋DQPtga＋iQ＋fQP （2）
    HP＝HZ＋DZPtgr＋iZ＋fZP （3）
    式中　
    fQP＝0．43D2QP?R，fZP＝0．43D2ZP?R，R＝6371km，水平距離DQP、
    DZP由下式求出：
    DQP＝（XP－XQ）2＋（YP－YQ）2（4）DZP＝（XP－XZ）2＋（YP－YZ）
    2（5）由（2）、（3）兩式計(jì)算標(biāo)高取平均值，若計(jì)算值與設(shè)計(jì)值相等，則表示拱肋標(biāo)高已調(diào)整到位。
    3、線形監(jiān)測(cè)的精度估計(jì)
    3．1　拱軸線監(jiān)測(cè)精度估計(jì)
    根據(jù)前方交會(huì)精度估計(jì)公式，P點(diǎn)的平面位置精度mP為式中　m″———為測(cè)角中誤差；
    ρ″＝206265；
    DAB———為A、B點(diǎn)間的水平距離；
    3．2　標(biāo)高監(jiān)測(cè)精度估計(jì)
    根據(jù)式（2）或式（3），利用誤差傳播定律，可得單經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)P點(diǎn)精度mHp為：
    mHp＝±mH2＋mi2＋mf2＋tg2δm2D＋D2m″2δ?（ρ″2cos4δ） （7）
    式中　δ———為豎直角；
    mδ″———為其觀測(cè)誤差；
    mH———為Q點(diǎn)或Z點(diǎn)高程誤差；
    mD———為邊長(zhǎng)的測(cè)量誤差；
    mf———為球氣差誤差；
    mi———為儀器高測(cè)量誤差。
    4、工程應(yīng)用
    在九畹溪大橋的吊裝過程中，由于對(duì)每一工況實(shí)施監(jiān)測(cè)監(jiān)控，并使之達(dá)到預(yù)抬的標(biāo)高，從而減小了鋼管拱合攏前調(diào)整拱肋的整體控制難度，保證了鋼管拱的順利合攏。結(jié)果表明：前方交會(huì)方法運(yùn)用合理，測(cè)量方便，數(shù)據(jù)結(jié)果合乎精度要求，達(dá)到了監(jiān)控目的。
    為節(jié)省篇幅、說明問題、簡(jiǎn)化表格，表1特給出了交會(huì)角與豎直角相等時(shí)點(diǎn)位精度。交會(huì)角a、b在30°～40°時(shí)具有較高的平面監(jiān)測(cè)精度，豎直角在40°以內(nèi)時(shí)標(biāo)高測(cè)量精度較高；表2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明測(cè)量值與設(shè)計(jì)值存在誤差，主要反映在一方面測(cè)量有誤差，另一方面整個(gè)鋼管拱存在著徐變。