蔡少云，李桂華

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司滬通長江大橋項目部，江蘇 南通 226361； 2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引 言

滬通長江大橋為我國最大跨徑的公路鐵路兩用橋，位于蘇通長江大橋上游44 km，北連南通，南貫張家港，橋位處江面寬約6 km，橋區(qū)兩岸地勢平坦，視野開闊?？鐧M港沙區(qū)段橋梁為21孔112 m簡支鋼桁梁橋，全長2 352 m。主梁采用帶豎桿的華倫式三片主桁架結(jié)構(gòu)，主桁中心橫橋向間距2×14.5 m =29.0 m，中桁中心桁高16 m，每跨縱橋向分10個節(jié)間，中間節(jié)間長11 m，端部節(jié)間長10.8 m?？缣焐酆降罉蛄簽?41.5 m+336.0 m+141.8 m=619.3 m剛性梁柔性拱橋，主梁采用帶豎桿的華倫式三片主桁架結(jié)構(gòu)，主桁中心橫橋向間距2×17.25 m=34.5 m，中桁中心桁高16 m，縱橋向節(jié)間距為14 m，全橋共44個節(jié)間。

滬通長江大橋是四線鐵路和六車道高速公路合建橋梁，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：① 鋼梁制造標(biāo)準(zhǔn)采用《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB 10212-2009)；② 質(zhì)量驗收采用《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10752-2010)；③ 測量采用《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TB 10601-2009)。

1 施工測量控制網(wǎng)

1.1 施工控制網(wǎng)坐標(biāo)系建立

滬通長江大橋施工平面坐標(biāo)系統(tǒng)為CGCS2000國家坐標(biāo)，中央子午線120°45′，投影面大地高20 m；高程為1985國家高程基準(zhǔn)。

為方便施工，在112 m簡支鋼桁梁橋和336 m鋼拱橋上分別建立橋軸坐標(biāo)系[1]。因336 m鋼拱橋全長619.3 m，橋面平均大地高65 m，按照控制網(wǎng)投影面大地高20 m計算，長度變形約5 mm，不利于鋼桁梁拼裝。為了減小投影差改正，在施工336 m鋼拱橋時，需將控制網(wǎng)投影面放在大地高65 m處，進(jìn)行投影面改化。而112 m簡支鋼桁梁橋控制網(wǎng)投影面長度變形<1 mm，無需進(jìn)行控制網(wǎng)投影面改化。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用四參數(shù)公式[2]。為避免縮放量集中在橋梁一端，CGCS2000坐標(biāo)與橋軸坐標(biāo)之間的尺度縮放應(yīng)相對于橋梁測區(qū)中心縮放：

(1)

式(1)中，x1，y1為CGCS2000坐標(biāo)相對于橋梁測區(qū)中心的坐標(biāo)增量；β為旋轉(zhuǎn)角；λ是縮放因子；a，b為坐標(biāo)平移量；x2，y2為橋軸坐標(biāo)。

1.2 施工測量控制網(wǎng)布設(shè)

平面控制網(wǎng)測量采用GNSS靜態(tài)相對定位技術(shù)[2](按鐵路一等GPS要求施測)結(jié)合常規(guī)導(dǎo)線測量技術(shù)方法。高程控制網(wǎng)測量采用EDM對向三角高程[3]及幾何水準(zhǔn)測量技術(shù)，按二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行。

鋼桁梁拼裝階段，施工控制網(wǎng)分兩次布設(shè)(圖1)：① 第一次布設(shè)10個平高控制點，均勻分布于線路東側(cè)，主要用于112 m鋼桁梁的拼裝測量；② 第二次布設(shè)2個平高控制點，位于336 m鋼拱橋鐵路層頂面，主要用于336 m鋼拱橋的鋼桁梁拼裝測量。為提高測量精度，所有點均為強制對中觀測墩結(jié)構(gòu)。

圖1 施工測量控制網(wǎng)點位布置圖

1.3 復(fù)雜施工條件下GNSS基線解算

基線解算采用徠卡LGO 8.4和GAMIT 10.6軟件[4]，網(wǎng)平差采用武漢大學(xué)研制的 “CosaGPS-GPS工程測量網(wǎng)通用平差軟件包(V5.20)”。

大橋線路上的橋梁工程測量工作基點一般布設(shè)于線路兩側(cè)，少數(shù)點受施工條件限制，布設(shè)靠近橋梁主體結(jié)構(gòu)。如本工程的GPS1點，靠近墩身，GNSS信號遮擋嚴(yán)重，用隨機(jī)解算軟件LGO 8.4做基線數(shù)據(jù)處理較為困難。而利用GAMIT 10.6軟件可用衛(wèi)星多、自動修復(fù)周跳等特點，基線處理可獲得最優(yōu)結(jié)果。處理時，使用者要根據(jù)需要設(shè)置衛(wèi)星系統(tǒng)、采樣率、電離層模型、對流層模型等解算策略。

2 工廠制造精度管理

工廠制造精度(規(guī)范要求桿件各栓孔間距制造偏差不大于0.8 mm)直接影響鋼桁梁橋位拼裝的順利程度。滬通大橋鋼桁梁由3家廠家制造，地域、季節(jié)、工藝均不相同。針對以上特點，需采取3種措施，確保精度符合拼裝要求：① 明確鋼桁梁桿件制造基準(zhǔn)溫度為20℃；② 對3家廠家所用鋼尺統(tǒng)一比對標(biāo)定；③ 采用全站儀三維坐標(biāo)法(TS30全站儀配合球棱鏡，精度優(yōu)于0.4 mm)定期檢測鋼桁梁孔群相對位置及節(jié)點板平面度。

3 高墩變形影響及應(yīng)對措施

滬通長江大橋墩身高大，高度53～63 m，鋼桁梁橋位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。造成墩身變形主要因素包括：① 溫度、風(fēng)等外界條件；② 上部結(jié)構(gòu)不均衡施工荷載。為此，通過觀測對其進(jìn)行定量分析，用以指導(dǎo)施工測量。

3.1 均衡荷載下的墩頂變形觀測

均衡荷載下的墩頂變形受墩身結(jié)構(gòu)、溫度、風(fēng)等外界條件影響。觀測時，選擇標(biāo)段內(nèi)墩身高度最高的正橋25#墩為觀測對象，設(shè)置TS30全站儀于相鄰墩承臺頂面，在25#墩承臺和墩頂設(shè)置固定棱鏡，采用全站儀差分法[1]進(jìn)行墩頂變形觀測(圖2)。

圖2 墩頂變形過程圖

3.2 不均衡荷載下墩頂變形觀測

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)施工實際情況分析，墩身在縱橋向受不均衡施工荷載影響。觀測時，沿橋軸線布設(shè)觀測點，設(shè)置TS30全站儀于相鄰墩承臺頂面，在墩頂設(shè)置固定棱鏡，選擇溫度恒定的時間段，采用距離差分法進(jìn)行墩頂縱向變形觀測。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，墩頂受溫度等外界環(huán)境條件影響最大變形為3.8 mm，受不均衡施工荷載影響最大變形為6.8 mm?？紤]高墩變形復(fù)雜性，本工程采取避讓墩頂水平變形、修正墩頂豎向變形的應(yīng)對措施，即在墩身溫度恒定、施工荷載平衡時，將鋼桁梁拼裝的測量基準(zhǔn)引測至墩身頂面(墩頂高程均進(jìn)行溫度基準(zhǔn)改正)。

4 TS30全站儀三維坐標(biāo)法測量

考慮施工條件，滬通橋鋼桁梁每一根桿件都在工廠制造，橋位處采用75 t吊機(jī)逐件拼裝，橋位連接方式為高強度螺栓連接(圖3)。

圖3 桁架結(jié)構(gòu)布置圖

鋼桁梁各桿件間的空間幾何距離在制造廠家已嚴(yán)格控制(≤0.8 mm)，整體空間姿態(tài)在制造廠家已基本確定。橋位處鋼桁梁拼裝測量工作主要有對首節(jié)間鋼桁梁絕對位置定位和在拼裝過程中對鋼桁梁監(jiān)控兩方面，以微調(diào)鋼桁梁的空間姿態(tài)。

鋼桁梁拼裝主要測量精度指標(biāo)為：平面點點位中誤差±3.0 mm，相鄰點相對點位中誤差±1.5 mm；高程點點位中誤差±3.0 mm，相鄰點高差中誤差±0.6 mm。

4.1 TS30全站儀三維坐標(biāo)法測量精度分析及應(yīng)對措施

根據(jù)實際情況，鋼桁梁拼裝測量選用TS30全站儀三維坐標(biāo)法[5-7]，即用TS30全站儀在工作基點上直接測得待定點三維坐標(biāo)的方法。TS30全站儀具有軸系自動補償、自動照準(zhǔn)、自動進(jìn)行大氣折光系數(shù)改正等功能，儀器主要精度指標(biāo)為測角0.5＂，測距0.6 mm+D·10-6m。經(jīng)分析，主要測量誤差來源有儀器自身精度、儀器設(shè)站對中誤差、鏡站置鏡誤差及鋼梁變形、顫動等所產(chǎn)生的誤差。

4.1.1 TS30儀器自身精度

施工測量時，現(xiàn)場無多余觀測條件，控制放樣視線長度不超過100 m，根據(jù)點位精度估算公式，可得一測回平面點點位中誤差為±0.7 mm，高程中誤差為±0.2 mm。

4.1.2 儀器設(shè)站對中誤差

工作基點均做成強制對中觀測墩[1]結(jié)構(gòu)，可確保儀器設(shè)站對中誤差不超過±0.2 mm，儀器高用解析法[6]測定，量高中誤差±0.2 mm。在條件允許情況下，全站儀自由設(shè)站法也是較好的選擇。

4.1.3 鏡站置鏡誤差

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

4.1.4 鋼梁變形、顫動影響

鋼桁梁大懸臂拼裝受日照、溫度、風(fēng)等外界環(huán)境條件的影響較大，此部分誤差量級較大且不易量化。因此，應(yīng)盡量選擇鋼桁梁梁體內(nèi)外溫差不大于2 ℃的時間段進(jìn)行測量，以消弱溫度引起的鋼梁變形；采用多棱鏡測量，以減少鋼梁顫動引起鋼梁變位誤差；再采用多測回觀測，以消除鋼梁顫動對儀器測量精度的影響。

根據(jù)上述分析，按照誤差傳播定律，算得TS30全站儀三維坐標(biāo)法測量精度為平面點位中誤差±0.9 mm，高程點位中誤差±0.4 mm，滿足要求。

5 首節(jié)間鋼桁梁拼裝測量

336 m鋼拱橋首節(jié)間鋼桁梁采用浮吊安裝。安裝前，先建立測量工作基點，具體如下：① 在墩頂上下游各建立一個強制對中測量觀測墩；② 觀測選擇在日落后4 h，觀測數(shù)據(jù)分2個晚上采集完成；③ 平面數(shù)據(jù)觀測按照四等附合導(dǎo)線技術(shù)要求進(jìn)行，高程數(shù)據(jù)觀測采用對向EDM三角高程按照二等跨江水準(zhǔn)要求進(jìn)行；④ 觀測時用點溫計測量氣溫和墩身表面溫度(在墩頂和墩底2個斷面采集)，用于高程的溫度基準(zhǔn)改化。

鋼桁梁拼裝測量采用TS30全站儀三維坐標(biāo)法直接測出測量標(biāo)示點的三維坐標(biāo)，與其相應(yīng)工況下的理論坐標(biāo)值相比較，判斷鋼桁梁架設(shè)姿態(tài)是否符合要求(圖4)。

圖4 照準(zhǔn)用棱鏡

6 結(jié) 語

(1)滬通長江大橋跨江主橋上部結(jié)構(gòu)全部采用鋼桁梁結(jié)構(gòu)，橋位鋼桁梁拼裝是其關(guān)鍵：① 通過對控制網(wǎng)的改造(將坐標(biāo)投影面改化到橋面)，能更好適應(yīng)高精度的鋼桁梁空間三維姿態(tài)測量；② 通過使用高精度基線解算軟件，順利處理了GNSS困難數(shù)據(jù)；③ 通過對高大墩身變形、全站儀三維坐標(biāo)法測量精度定量分析，選擇合理觀測時間，采取正確的觀測方法；④ 通過對鋼桁梁制造廠家的精度管理，保證鋼桁梁制造精度；⑤ 通過專用棱鏡制作，確保鋼桁梁的測量定位精度。

(2)目前，滬通長江大橋鋼桁梁拼裝工程已結(jié)束，梁體軸線偏差均不大于10 mm，墩頂節(jié)段標(biāo)高偏差均不大于5 mm，拱度、奇偶連線偏差等各項技術(shù)指標(biāo)均滿足《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10752-2010)要求。實踐證明，滬通長江大橋鋼桁梁拼裝測量技術(shù)合理可行。

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