独塔双索面斜拉桥索导管的定位工法应用

徐登红 王雷 贾涛 刘旭

摘 要：结合六安市前进大桥施工测量工程，对独塔双索面斜拉桥塔索导管和预制主梁索导管的定位工法进行介绍，该方法有效地保证了定位和放样精度。

关键词：斜拉桥;索导管;定位工法

中图分类号：U445.4 文献标识码：A

0 引言

随着桥梁建设的发展，斜拉桥以其良好的结构性能和跨越能力以及优美的建筑造型在现代桥梁中占据着重要地位，而斜拉桥主塔索导管的定位则是其施工过程中一项精度要求很高、工作难度极大、对成桥质量影响显著的测量工作。本工法适用于斜拉桥索导管定位、悬索桥索导管定位以及类似索导管之类的管道施工定位，能为斜拉桥索导管定位测量工作带来积极的推动作用。

1 工程概况

前进大桥位于安徽省六安市前进路与淠河总干渠的交叉位置，其主桥为独塔双索面斜拉桥，桥梁全长为457.88 m，全宽为35.5 m，主梁全长约为210 m，跨度布置为90+120 m;

西、东两侧引桥分别为2×（3×30）m、2×30 m预应力混凝土简支组合小箱梁;其中边孔长89.86 m，主孔长119.86 m，主孔划分20个节段，边孔划分11个节段。主塔采用“剑梭形”桥塔，由两道塔柱组成，两塔柱呈平行布置，桥面以上塔柱高69.8 m，距离桥面约56.3 m处设置上横梁。塔柱截面近似椭圆，内部为空腔，横桥向尺寸为3.5 m，按等厚度设置;顺桥向尺寸在一定范围内渐变，于桥面处为6.0 m，渐变段塔中部最大截面对应为8.0 m，塔顶对应为3.0 m，塔柱竖向渐变段对应为圆弧曲线段。本桥单索面布置18对斜拉索，拉索呈扇形布置，桥梁外观如图1所示。

2 高塔柱索导管的测量定位

目前，主塔索导管的定位方法较多，主要有间接测量定位法。斜拉桥随着跨度的不同，塔柱高度亦不同，索导管的埋设也不同。为了这些密集而庞大的物件一次性达到设计规定的精度要求，保证众多索导管口的中心位于同一坐標平面内，确保空间点的三维坐标，采用三维空间极坐标法;利用斜拉桥施工专用控制网，配以高精度全站仪进行空间三维极坐标测量，直接测定索导管锚垫板中心和塔壁外侧索导管中心，从而进行定位调整。在索导管定位时，采用可编程计算器，提前将索导管空间线型模型进行编程，测量时可进行实时测量计算，它将以高精度、高速度提供放样点，同时克服施工干扰给测量带来的困难，提高工作效率。

2.1 高塔柱索导管的布置及定位精度要求

斜拉索是连接主塔和主梁的纽带，而索导管是将缆索两端分别锚固在主塔和主梁上的重要构件，为了防止缆索与索导管口发生摩擦而损坏缆索，影响工程质量，以及保证对称主塔两侧的各斜拉缆索位于同一设计平面上，防止锚固点偏心而产生的附加弯矩超过设计允许值，对索导管锚垫板中心和塔壁外侧套筒中心的三维空间坐标位置提出了很高的精度要求，按大型斜拉桥设计规定，一般要求缆索、锚具轴线偏差小于±5 mm。缆索通常采用扇形布置，主塔上的索导管均匀布置在主塔的上塔柱段，它们分布密集，倾角变化大，在顺桥向，岸侧和河侧索导管近似对称于墩中心线。索导管的长度和塔柱形状、施工方法、张拉作业的空间布置和倾角等因素有关。前进路淠河总干渠桥各布设18对索导管，其倾角最大63.422 8°，最小31.198 8°，索导管最长6.06 m，最短3.8 m，一般情况，索导管越长，体积越大，重量越重，则相应的定位难度越大。结合大型斜拉桥设计要求和施工工艺。在静态状态下，由于缆索拉力的作用点位置偏差而产生的附加弯矩不得超过某一设计值;而施工中缆索中心和索导管中心不同心的最不利影响也不得因管口中心偏差而与缆索发生摩擦，以至于影响缆索的使用寿命。综合以上因素，目前较多采用索导管口中心三维坐标偏差小于±5 mm的精度要求。

2.2 工法原理及三维坐标系的建立

索导管的定位精度包括两个方面：一是锚固点空间位置的三维允许偏差±5 mm;二是索导管轴线与斜拉索轴线的允许角度偏差﹤5’。根据两方面的要求和斜拉索的结构受力特性，索导管的定位应优先保证其轴线精度，其次才是锚固点位置的三维精度。索导管轴线与斜拉索轴线的相对偏差主要由索导管两端口中心的相对定位精度决定。

桥梁建设通常建立以桥轴线方向为X轴的平面桥梁独立坐标系和以某高程系为基准的高程值来表达工程结构物的位置。为了沟通索导管空间图形与数组之间有序的联系，以达到简化计算和方便实际操作的目的，需要建立索导管空间图形的数学模型，使空间图形与数组对应起来。而建立这个数学模型前要先建立空间直角坐标系，通常以主桥直线段桥轴线为X轴（纵轴）、在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴（横轴）、而通过平面坐标系原点的铅垂线则是Z轴。索导管特征点与特征轴线的寻找：

（1）首先放样锚固钢套管的粗略位置于劲性骨架上，使之基本就位。

（2）索导管常规定位采用索导管的顶面线或底面线进行定位，但是受索导管上附着物影响，上下特征线将不方便或不能够准确寻找。为了解决索导管的定位问题，根据索导管的尺寸以及外形特征对索导管的锚固处以及出塔处设计加工了专门的定位板，如图2所示。使用时，锚固处定位板直接放置在锚垫板上，直接观测定位板中心即锚固点中心坐标，进行锚垫板位置的调整定位;将出塔处定位板放置于索导管开口处，注意使定位板的半圆弧与圆杆下侧同索导管的内壁同时紧贴后，观测定位板中心即索导管出口处中心坐标，对索导管出口位置进行调整定位。

（3）由控制点上的全站仪直接测量锚固钢套管的锚垫板中心，并将锚垫板中心调整到设计位并检测。

（4）直接测量管口中心，并将管口中心调整到设计位并检测，然后计算实测点位至斜拉索轴线的垂距（偏差值）。

（5）由于调校管口时可能引起锚垫板移动，故应复测锚垫板中心并再次调校。

（6）重复（3）～（5），直至满足定位精度要求。

2.3 定位过程中要解决的问题

（1）在进行索导管定位时由于索塔砼受到日照、索塔砼内部温度不均、风力等因素影响，上塔柱位置发生随机的变化。在进行索导管高精度定位时，要选择合适的测量时间，在没有日照、没有3级以上大风、并且空气温度及索塔温度变化不大的时段里进行索导管高精度定位。因此一般情况下宜选择在夜里10点到第二天早上5点进行测量定位作业，以减弱索塔变形对索导管定位精度的影响。

（2）由于在定位测量时很难做到对向观测，用三角高程内差法测量传递高程时要尽量消除球气差对高程的影响。

（3）平面控制点在平差时已经投影到某高程了，塔柱测量时也应该消除投影对距离的影响，因此在上塔柱施工高程到一定时，还要进行将距离归算到高程投影面的投影改正，提高塔柱的位置和索导管的定位精度。

投影改正值为：，在全站仪里采用对棱镜常数进行修正的办法修正测量距离。

（4）仪器具有的一些机械误差可能会由于时间和温度的变化而变化，因此在进行上塔柱和索导管的定位前要自己调校仪器的双轴补偿纵横向指标差、垂直编码度盘指标差、水平视准差、水平轴倾斜误差等项目。

（5）三维测量的高精度要求棱镜必须正对仪器，在对上塔柱和索导管定位时，倾角较大，如果无法准确找准棱镜中心就会严重影响竖直角的观测精度，同时由于仪器测距发射管的相位不均匀性以及飞旋标效应而影响测量精度。

3 梁体施工及索导管定位测量

在斜拉桥主梁的实际施工过程中，由于各种结构参数不可避免與设计值存在差异，导致施工产生结构内力及变位结果与设计预期值存在偏差，这类偏差如不进行控制和调整，则不仅影响到成桥后桥梁运营的效果，并且危及到施工中的结构安全。

3.1 梁体施工主要控制

主梁施工线形测量控制的实质就是一个主梁梁段施工周期内，测量部门获取准确的主梁架设过程中的各工况的线形数据反馈给监控部门，由监控部门对测量的线形数据进行分析判断，并对偏差提出控制方法，对施工的实时状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。主梁标高及轴线对温度变化非常敏感，为了消除日照温差的影响，关键控制施工工序只能在夜晚进行，尤其是线形测量工作选择在温度相对恒定的凌晨（0：00-5：30）进行，在这个时间段内梁体相对较稳定，观测前消除影响主梁线型的多余荷载，主梁的标高线形测量通常按几何水准测量方法。

主塔偏位测量，初始值的观测应在挂索前，选择一天温度变化较大的条件下进行连续36小时以上的位移观测，编制塔柱的位移变化图，初始值取变化最小的一段时间的平均值。同时可以确定塔柱“零”状态的时间段。

在观测主梁线型的同时，同步进行塔顶位移观测，用固定在塔顶横桥向两侧的棱镜作为塔顶位移观测点，用全站仪直接观测三维坐标。

3.2 主梁索导管定位测量

斜拉桥索导管的定位质量决定了斜拉索的空间位置，也直接影响着主梁的线型。为了保证主梁索导管与主塔索导管的相对位置关系，要求主梁与主塔索导管的定位必须以同一基准为依据。

由于主梁施工时的施工线形与设计成桥线形有一定的预抬量，对主梁的索导管测量定位时必须考虑预抬量，使得成桥后索导管位置满足设计要求。主梁索导管定位时，先根据设计部门计算的预抬量ΔZ，在平面位置保持原设计值不变的前提下，只是将主梁索导管在竖向整体抬高ΔZ，即可以解决预抬量对索导管定位的影响。

4 结语

六安市前进大桥索导管采用本工法进行测量，有效保证了斜拉桥索导管位置的准确性，确保了斜拉索的安装和施工质量，是一种实用的测量控制技术，在其它类似的斜拉桥工程施工中具有广阔的应用范围。

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