鋼管混凝土拱橋吊裝過程線形監(jiān)測方法

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現(xiàn)代橋梁建設中，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)濟上表現(xiàn)出的優(yōu)勢，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，拱橋的線形通過實測每節(jié)鋼管拱的標高及拱軸線位置并借助扣索實施動態(tài)調整來保證。為確保主拱按預期線形合攏，吊裝過程中的監(jiān)測監(jiān)控工作尤為重要。位于長江三峽境內牛肝馬肺峽對岸的九畹溪大橋，屬庫區(qū)移民交通復建配套工程，該橋主跨160m，由15節(jié)鋼管先經(jīng)地面預拼、后空中吊裝再法蘭盤焊接成形。這里山勢陡峭，施工條件極其惡劣。因此，選擇合理的監(jiān)測方法且不受施工因素干擾是控制好線形的關鍵。
    1、橋梁監(jiān)測控制測量
    大橋的線形監(jiān)測工作分為拱軸線和標高控制兩部分，與施工測量完全獨立。根據(jù)橋長、橋跨及跨越的結構形式，選定平面監(jiān)測網(wǎng)為三等獨立三角網(wǎng)，各控制點均砌水泥觀測墩。邊長采用LeicaDII600測距儀（標稱精度為3mm±2×10－6D）往返測量，水平角采用WildT3經(jīng)緯儀，高程控制選用北京測繪儀器廠的DS1精密水準儀施測Ⅱ等水準。為保證高程精度一致性，九畹溪兩岸的水準點做到聯(lián)測。網(wǎng)的各項精度指標為：測角中誤差±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
    為做好大橋監(jiān)控工作，確保大橋施工質量，每節(jié)鋼管拱吊裝完，監(jiān)測工作開始實施并及時上報監(jiān)測數(shù)據(jù)。針對實際工作環(huán)境，為測到每段拱肋的拱軸線和標高，采用雙經(jīng)緯儀作前方交會，可實現(xiàn)橋梁施工三維監(jiān)測的同步化。拱肋上的監(jiān)測點，事先在法蘭盤或拱背其它通視良好部位做標記。
    2．1　拱軸線的監(jiān)測
    已知點A、B的坐標為XA、YA和XB、YB，在A、B兩點設站，測出水平角a和b，按下式計算未知點P的坐標：
    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　拱肋標高的監(jiān)測
    測定拱肋標高的原理是三角高程測量。
    Q，Z控制點高程為HQ、HZ，P點高程為HP，Q、Z點上經(jīng)緯儀儀器高為iQ、iZ（用游標卡尺量?。?
，Q、Z到P點的水平距離為DQP、DZP，a，r為豎直角。根據(jù)三角高程測量原理有：
    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）兩式計算標高取平均值，若計算值與設計值相等，則表示拱肋標高已調整到位。
    3、線形監(jiān)測的精度估計
    3．1　拱軸線監(jiān)測精度估計
    根據(jù)前方交會精度估計公式，P點的平面位置精度mP為式中　m″———為測角中誤差；
    ρ″＝206265；
    DAB———為A、B點間的水平距離；
    3．2　標高監(jiān)測精度估計
    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P點精度mHp為：
    mHp＝±mH2＋mi2＋mf2＋tg2δm2D＋D2m″2δ?（ρ″2cos4δ） （7）
    式中　δ———為豎直角；
    mδ″———為其觀測誤差；
    mH———為Q點或Z點高程誤差；
    mD———為邊長的測量誤差；
    mf———為球氣差誤差；
    mi———為儀器高測量誤差。
    4、工程應用
    在九畹溪大橋的吊裝過程中，由于對每一工況實施監(jiān)測監(jiān)控，并使之達到預抬的標高，從而減小了鋼管拱合攏前調整拱肋的整體控制難度，保證了鋼管拱的順利合攏。結果表明：前方交會方法運用合理，測量方便，數(shù)據(jù)結果合乎精度要求，達到了監(jiān)控目的。
    為節(jié)省篇幅、說明問題、簡化表格，表1特給出了交會角與豎直角相等時點位精度。交會角a、b在30°～40°時具有較高的平面監(jiān)測精度，豎直角在40°以內時標高測量精度較高；表2監(jiān)測數(shù)據(jù)表明測量值與設計值存在誤差，主要反映在一方面測量有誤差，另一方面整個鋼管拱存在著徐變。