东平大桥转体施工测量控制
2017-08-21
1 工程简介
东平大桥位于佛山市禅城区南部，跨越东平河，是佛山市中心组团新城区的重要桥梁，是连接东平河两岸的重要交通枢纽，是中心城区向南拓展的重要通道，同时也是佛山市中心组团南北连接将来文化、体育中心的重要通道。全桥长1427.2 m，其中主桥为43.5+95.5+300+95.5+43.5 m共578 m的副拱拱肋线形为直线—— 主拱悬链线的组合线形的连续梁—钢拱协作体系三拱肋拱桥，主孔跨径300 m，主桥边跨为混凝土连续梁—— 钢箱拱肋组合跨径95.5 m，主桥桥宽48.6 m。主拱肋为净矢跨比1/4.55、拱轴系数为1.1的悬链线拱，桥面以上拱肋截面高3.0 m，桥面以下拱肋截面高3.0～4.0 m，宽1.2 m，拱顶段主、副拱肋合并，截面高7.2～4.0 m，肋宽1.2 m；拱肋采用箱形截面。
东平大桥主桥采用了低支架卧拼竖转再平转合龙的先进工艺。即先在两岸的低支架上按照设计图将半跨拱拼装成整体，然后采用同步液压提升技术将卧拼拱肋竖转提升至设计位置，使结构形成一个三角自平衡体系，然后牵引整个结构平转至设计桥轴线合龙。东平大桥的拱形钢结构合拢是目前国内同类桥梁难度最大的工程，其中两岸拱肋竖转角度均为25°，禅城岸拱肋平转角度104.6°，顺德岸拱肋平转角度180°。两岸竖转重量均约3000 t，平转重量达14100 t。
2 转体施工测量控制的主要内容
转体施工是大桥工程施工中的核心部分，必须通过可靠的技术措施，保证转体施工安全、顺利地实施。而转体观测又是确保着大桥转体施工过程按设计要求安全、准确地实施的一项重要工作。整个转体施工过程分为四阶段：竖转、竖转合拢、平转、平转合拢。整个竖转最后是由顶升点处标高来控制，所以重点对该点位标高变化值实行跟踪观测，作为提供调整的依据。通过转体过程的跟踪测量控制，为计算分析转体施工各阶段主要结构线形变化情况，把握提升的速度以逐渐提升至控制标高，确保各项指标均满足设计要求。
3 转体施工测量控制的准备
施工测量控制数据是提供决策性的技术依据，是东平大桥转体成败的关键。为了能使转体安全顺利地进行，转体前根据对转体施工测量控制的可行性和现场操作的便利，制定出切实有效的测控方案，确保转体施工各阶段的测控需要。
3.1 测点布置
在转体中要确保整个拱肋的线形以及合拢符合设计要求，全面有效的反应拱座应力变化，使提升塔安全的实施提升，布置以下测量点位。
（1）主拱肋。为了能反映主拱肋线形，测点主要布置在顶升支架处（与拱肋1/8截面合并）、拱肋1/4截面处、拱肋3/8截面处、提升索吊点处、拱肋1/2截面处（即拱肋最前端）。
（2）边拱肋。为了能反映边拱肋线形，测点主要布置在边拱肋1/4截面处、边拱肋1/2截面处、边拱肋端口（即端横梁上）。
（3）合拢口。为了使合拢满足设计要求，对合拢口位置均布置测点，即主拱肋竖转铰合拢口、系杆箱合拢口、副拱合拢口。
（4）拱座。反映拱座应力变化的特征点位。
（5）提升塔。为了使竖转提升的安全，对提升塔进行纵向和横向位移观测，其点位主要布置在平衡索上锚点所在的钢管上。
3.2 测量控制点加密
由于周边环境的影响和拱肋、提升塔的自身因素，已有的控制网是无法满足转体测量要求，根据拱肋转体测点的分布，分析与计算各种状态下这些测点适合的观测位置及公况，最终确定加密平面控制网和高程控制网的点位，使得在竖转、平转过程中对整个拱肋线形的测点进行全面性的观测，为转体提供了完整的测量控制数据。
4 施工测量控制方法
目前，桥梁施工定位主要采用常规的测量方法，平面位置主要控制轴线偏位，用经纬仪测定，而高程则采用水准仪测定。东平大桥是采用竖转加平转施工的桥梁而且是特大跨径的钢箱拱桥施工定位，根据桥型结构，桥轴线在转体过程中不通视，无法对桥轴线偏位用经纬仪测定，而高程用水准仪测定需要用倒尺法，由于桥梁高及其拱箱上难以控制，用水准仪测定高程精度控制受到很大的限制，因此，本桥主要运用全站仪三维坐标法对全桥进行施工测量控制，其具体方法如下。
（1）拱肋。由于两岸低支架卧拼方向在大地坐标系中不一致，因此，两岸分别以主墩承台中心为坐标原点，分别以拼装方向和垂直于拱肋轴线方向为两轴建立本桥两岸的独立坐标系和，根据大地坐标系与本桥相对坐标系编制特定的坐标转换程序，用全站仪测定拱肋的大地平面坐标，利用程序将其转换成本桥独立坐标系中的独立坐标而得到桥梁的轴线偏位，而用全站仪测定拱肋的标高即为控制标高。这样满足了转体施工的测量控制。
（2）拱座。用全站仪测定拱座的平面位移，水准仪测定拱座沉降。
（3）提升塔。为了观测直观，在垂直于拱肋轴线方向上且与提升塔在同一直线上架设一台经纬仪，观测平衡索上锚点所在钢管顶设置的三个水平标尺，以确定提升塔的纵向位移；在拱肋拼装方向架设另一台经纬仪，观测另一水平标尺，以确定提升塔的横向位移。
5 施工测量控制实施
为了转体过程中测量工作有条不絮、协调进行，便于统一指挥，确保拱肋竖直提升及平转施工顺利实施。在转体过程中利用三台徕卡全站仪对拱肋进行测控，并且每条拱肋上分别分配同型号的徕卡棱镜，对三条拱肋进行同步观测和错综观测，确保测量数据的准确性。
5.1 竖转阶段 竖转是利用同步液压提升系统，对主拱肋进行竖转提升的一个过程，要求拱肋拱肋线形必须满足设计要求，并且三条拱肋是同步提升，实施过程中，主要是通过测量拱肋三维坐标控制线形，三条拱肋的同步性与竖转的瞬时状态则是利用提升索的伸缩量和吊点处的标高进行双向控制。
根据要求，竖转过程中，测量工作主要是对主拱肋在各工况下的线形进行测控，并及时准确地将观测结果上报技术组，通过技术组对观测数据与理论值进行比较，通过分析的结论及时调整平衡索张拉力，为转体施工的的结构内力及线形提供控制依据，使结构始终处于设计的受控状态。提升塔位移对整个转体结构的稳定性影响很大，在转体过程中，要时时对其位移进行观测，一旦发现有超限位移立即要求指挥组停止转体，应根据塔偏情况相应调整提升索与平衡索的索力比例，使整个提升系统处于相对平衡状态，才能继续竖转。
5.2 平转阶段
平转过程中重点观测两岸对应两条拱肋的相对高差，整个拱肋属于三角自平衡体系，在转动状态中，为了能保证任何时刻都能观测，使用主拱合龙口的C1’和 S1’测控点（及拱肋L/2处），跟踪测量高程值。拱轴线偏位观测，使用全站仪测量测控点绝对坐标偏差进行判断。
平转到位时桥轴线需要精确的测量控制，由于桥轴线与大地坐标系X轴夹角为零度，故拱肋转体到位和拱肋轴线控制，直接以大地坐标进行控制。在X05、H05、01、04架设全站仪，相互后视，相互校核，确保成桥轴线精度满足设计要求。
观测拱肋特征截面高程及位移，重点是特征位置是高程及平转到位时的控制，高程主要是平转过程主、边拱肋的相对高差，观测结果都满足误差要求。平转到位时测控很关键，一方面时保证成桥线形和桥轴线达到设计要求；另一方面是保证平转施工的顺利进行，根据平转牵引系统的工作原理，如果拱肋超转则利用助推千斤顶顶回，而这样安全系数不大，所以尽量不超转，必须对平转到位时的轴线进行严格控制，运用坐标测量，直观掌握拱肋轴线变化情况，另外在滑道上设置转体限位卡梁，使用双重保证措施施拱肋平转到位时轴线核设计轴线允许误差满足精度要求。
5.3 平转合拢
平转到位合龙后，继续以拱肋C1’～C27、S1’～S27控制点（及包括L/8、L/4/、3 L/8、L/2、L在内的所有控制点位）作为桥轴线偏位测控点。观测结构特征截面的高程及位移，通过测控来提供结构内力及线形调整所需数据。
顶升主拱合龙口直至拱顶达到设计合龙标高，并在其过程中对拱肋线形进行再一次的调整。拱顶合龙口焊接完毕后，松开拱口顶升千斤顶，使整个桥体结构成为两绞拱状态。
6 测控结果
东平大桥无论是在拱肋低支架卧拼，还是竖转提升，最后到平转合龙，各项测控目标均得到了有效的控制，各项指标也符合了设计和规范的要求，从而为大桥的转体和建成起了重要的作用。
7 结语
近几年转体桥梁逐渐在我国推广运用，使得同类型桥梁的施工技术进一步提升，而采用卧拼竖转—平转合龙施工的桥梁还为之少数，作为我国首座竖转重量3000 t、平转重量14100 t的东平大桥，不仅为以后同类型桥梁施工积累了宝贵的经验，而且还将成为新型转体钢箱拱桥的一个里程碑。
