维普资讯 http://www.cqvip.com 天津建设科技２０ｏ７・增刊 城市基础设施建设 系杆拱桥拱安装线形控制 靳溢舟 许庆 王得鑫２ ３０００５１） （１．天津华盾工程监理咨询有限公司，天津３０００７０； ２．天津市路驰建设工程监理有限公司，天津摘要：在系杆拱桥施工中，拱的线形控制是其关键技术之一。根据控制测量原理及技术要 求，运用三维坐标法及合理修正方式可以保证拱的安装线形符合设计要求。工程实 践表明，这种控制方法合理可行，实施方便，数据精度满足要求，达到了监测监控线 形的目的。 关键词：拱桥；线形控制；三维坐标 中图分类号：ＴＵ２７９．７ ２文献标识码：Ｃ文章编号：１００８—３１９７（２００７）ｓ１一Ｏ２０７—０４ 位于天津市海河上的大沽桥，结构为敞开式 系杆拱桥，形式新颖，主跨１０６ ｍ，大拱高３９ ｍ外 倾度为１：２．５，小拱高１９ｍ外倾度为１：３，每个拱 有内、外２个索面。大、小拱各由１３个拱节先进 行地面预拼继而再空中吊装后焊接成形。该桥 施工中，钢拱的线形通过实测每个拱节的三维坐 采用Ｌｅｉｃａ水准仪。为保证高程精度的一致性，对 海河两岸的水准点进行闭合联测，确保控制网的 各项精度指标满足规范要求。 ２钢拱安装的准备工作 ２．１测量方案确定 标值，并借助吊车和定位拱托实施动态调整来保 证。为确保钢拱按预期线形合拢，安装过程中拱 的线形控制工作尤为重要。由于该桥结构复杂， 拱节定位采用三维坐标法，就是将全站仪架设 在导线点上，利用全站仪的三维坐标控制功能直接 给出所观测点的三维坐标。为做好拱安装线形的 控制工作，确保施工质量，每节钢拱均在焊接前和 焊接后进行测量，并及时反馈测量数据。由于拱节 空间定位必须准确，根据实际工作环境，为了保证 能够观测到每节拱监测点的三维坐标值，决定采用 全站仪在２个不同点进行定位和复核工作，以确保 实现桥梁施工的三维监测。为了减少日照、温差和 风力等不利因素的影响，观测宜选在日出后１ ｈ且 风力较小的时间内进行。 ２．２监测点布设 选择合理的控制方法且不受其他因素干扰是控 制好线形的关键。 １桥梁监测控制网的布设 钢拱线形由拱节三维坐标控制，监测工作与 施工测量完全。根据该桥长度、跨度及结构 形式，将平面控制网选定为三等导线网，各控制 点设专用观测墩，在实际使用中既作为平面控制 点，又作为高程控制点。平面控制网布设采用 Ｌｅｉｃａ全站仪往返测量边长和水平角，高程控制网 为保证拱节的空间姿态正确，在保证通视条件 下，根据拱的分节情况和定位方式，在每一个拱节 的上口顶板处设２个监测点，下口顶板处设１个监 收稿日期：２００７～０４—２２ 作者简介：靳溢舟（１９６５一），男，高级工程师，从事路桥施工监 理咨询工作。 测点，上口的２个点作为线形控制依据，下口的１ 个 作为参考值。并在下吊点位置的钢箱梁上架 设经纬仪，控制上吊点与下吊点共面来进行辅助定 一２０７— 维普资讯 http://www.cqvip.com 城市基础设施建设 天津建设科技２１ｌｒ／・增刊 位，以确保上、下吊点偏差满足规范要求。 ２．３监测点理论坐标修正 由于拱的设计理论轴线为一顺滑的抛物线， 而拱节的实际加工轴线为该抛物线的渐近折线，并 且两者只在吊耳截面处重合，这样必然导致拱节的 内、外弧线与理论线形存在一定偏差，所以需要对 （３）样定量分析 ２５。，Ｍｓ 、％、Ｍｚ ±２ ｎ１ｍ，Ｍａ ±２”， 按最不利情况取 ＝３０。，Ｓ＝３８０ ｍ， ＝ ±２ ｍｍ，Ｍｓｏ Ａ ＝±２”，＾ ＝±１ ｎ１ｍ，Ｍｙ＝±２ ｍｍ，ＭＫ＝± ０．０３；取系数』０＝２０６ ２６５得 ＝±２．５ ｍｍ，％ ＝５－１ ｍｍ，Ｍｚ＝±３．７ ｍｍ；若考虑测站点位误差 为±１ ｍｍ，加工安装误差为±３ ｍｍ，可得最大误 差为＾ ＝±４．０ ｍｍ，＾ ＝±３．３ ｍｍ，Ｍｚ＝± 监测点的理论坐标进行修正，以确保成拱线形与制 作线形一致。通过在预拼过程中测出监测点处实 际外弧线与理论外弧线在拱自身平面内的偏差值， 再将偏差值输入编制好的空间坐标计算程序，就能 ４．９ ｍｍ，可见三维坐标法精度满足误差≤±１０ 得到修正后的监测点理论坐标值。 ｍｍ的要求。 ２．４全站仪三维坐标法精度分析 ３安装中的温度修正 全站仪具有双轴补偿功能，并能够自动进行 两差修改，现进行分析如下： 由于拱节在支架上进行对称拼装，支架架设 （１）测点坐标计算 在主跨钢桥面上，而主跨的４个支座分别为１个 测站坐标（Ⅳ０， ，ｚｏ），放样点坐标（Ⅳ，Ｅ， 固定，２个单向，１个双向（见图１），并已经解除约 Ｚ） 束，在温度变化的影响下，主跨钢箱及其上的拱 Ｎ＝Ｎｏ＋Ｓ Ｘ ｅｏｓＲ （１） 支架与平面控制网间为一种相对可变关系，且温 度变化对主跨钢梁伸缩变化值的影响很大，就主 Ｅ＝Ｅｏ＋Ｓ Ｘ ｓｉｎａ （２） 跨来说，温差为１０℃时的ｘ轴向理论变化值 ｌ ｚ＝ｚ０＋Ｓｏ Ｘ ｓｉｎｆｌ＋（１一Ｋ）Ｘ Ｓｏ ／（２ ＝ａ Ｘ １ Ｘ 。＝１２ Ｘ １０～Ｘ １０６ Ｘ ｌＯ３ Ｘ １０＝１２．７ Ｘ Ｒ）＋，一 （３） （ｍｍ），该值已经超过控制允许误差值，考虑到测 式中： ＝ ｏ＋Ａ，ａｏ为后视方向方位角；Ａ为后 量误差在实际施工中对定位精度的影响较小，且 视与照准棱镜方向的夹角； 为竖直角；Ｓ为平 ｚ轴向的精确定位可以通过调整拱托来实现，只 距；Ｓｎ为斜距；，为仪器高；Ｖ为棱镜高；Ｋ为大 须在安装过程中对 、ｙ轴向测量值进行温度影 气折光系数；Ｒ为地球曲率半径。 响修正，就可以基本保证拱桥在合拢时其自身的 （２）根据误差传播定律，对式（１）、式（２）和式 相对关系准确。通过分析可以得出，由于１ 墩处 （３）进行微分得： 为固定支座和横桥向的单向支座，整桥只能向２ ＭＮ２＝ｃｏＳ２ａＸ Ｍｓ ＋Ｓ Ｘ ｓｉｎ２ａＸ ＭＡ２／ｐ２ 墩和大拱侧方向进行变化。因此，在２ 墩轴线上 ＭＦ ＝ｓｉｎ２ａＸ Ｍｓ ＋Ｓ Ｘ ｃｏｓ２ａＸ ＭＡ２／ｐ２ 的大、小拱脚处各设置一个观测点，通过测得观 Ｍｚ ＝ｓｉｎ２ｔ３ Ｘ Ｍｓｏ ＋Ｓｏ Ｘ ｃｏｓ 』３ Ｘ Ｍ８ ／０２＋ 测点理论值与实测值问的偏差，就能够对监测点 ［Ｓｏ Ｘ ｅｏｓ２１３／（２ Ｘ Ｒ）］ Ｘ ＭＫ ＋ＭＩ ＋Ｍｖ 的实测坐标进行温度修正。 图１支座布置 根据Ｅ述分析，确定温度影响修正公式如下： 一 ≤［ 一（ １一 ｏ）Ｓ／Ｌ］一 ≤＋ ・—－——２０８・—－—— 维普资讯 http://www.cqvip.com 天津建设科技２００７・增刊 城市基础设施建设 一 ≤［ 一（１，ｌ一 ）］一Ｙ≤＋ ，ｙ——监测点理论坐标值； 式中：Ｓｏ，ｒｏ— 修正点理论坐标值； ， ——监测点实测坐标值； ｌ，ｙｌ一 修正点实测坐标值； ——， 允许误差值。 —— 主跨长度； Ｓ—— 则点到１ 墩轴线的水平距离； ４实际应用结果 表１ 同一点在不同温度下修正前和修正后的坐标值 点名 大气温度 修正前坐标值 修正后坐标值 理论坐标值 （℃） （ｍ） （ｍ） （ｍ） ４１．９９Ｉ６ ４１．９９７ ４１．９９８ ２１ ｙ ２０．６３０ ２０．６３０ ２０．６３１ ｚ ２２．６１】 ２２．６ｌ１ ２２．６０６ ４２．０Ｃｒ７ ４１．９９９ ４１．９９８ Ｄ （大拱） ２５ ｙ ２０．６３１ ２０．６３０ ２０．６０６ ｚ ２２．６１０ ２２．６１０ ２２．６０６ ４２．０１２ ４２．０ｏ０ ４１．９９８ ２９ ｙ ２０．６２７ ２０．６２９ ２０．６３１ Ｚ ２２．６１１ ２２．６１１ ２２．６０６ 注：设计合拢温度为２０℃ 表１监测数据表明在大气温度高于合拢温度 偏差随温度变化明显；Ｙ轴向（横桥向）的偏差随 较多时，坐标偏差主要为梁体的温差变化产生， 温度变换很小；Ｚ轴向的偏差基本不受温度影 当大气温度接近合拢温度时，坐标偏差基本上为 响，其偏差主要为安装定位产生。实测坐标经修 测量误差。 正后，其偏差在允许误差范围之内，温度修正公 整理实测数据结果表明： 轴向（桥纵向）的 式在指导施工作业上是可行的。 表２合拢后监测点实测值与理论值 点名 理论值（ｍ） 实测值（ｍ） 偏差（ｍ） ——４８．１０１ 一４８．０９１ ０．０１ ｙ １８．２１６ ｙ １８．２１５ ｎ —０．００１ Ｚ １５．１８２ Ｚ １５．１７３ —０．００９ 一４８．１０５ 一４８．０９８ ０．０Ｃｒ７ ｙ １７．２６５ ｙ １７．２６ 手ｙ —０．０Ｑ５ Ｚ １５．４９３ Ｚ １５．４８３ —０．０１ 一４１．９９２ ——４１．９８６ ０．Ｏ０６ Ｄ ｙ ２０．６３９ ｙ ２０．６４１ 转 ０．Ｏ０２ Ｚ ２２．６０ｒ７ Ｚ ２２．５９６ 一Ｏ．０１１ 一４１．９９９ 一４１．９８５ ０．０１４ Ｅ ｙ １９．６８８ ｙ １９．６９１ 转 ０．００３ Ｚ ２２．９２２ Ｚ ２２．９１３ —０．００９ 一３４．０９５ ——３４．０８２ ０．０１３ Ｇ ｙ ２３．２５９ ｙ ２３．２７ ｎ ０．０１１ Ｚ ３０．７２２ Ｚ ３０．７１３ —０．００９ 一３４．１ 一３４．０９３ ０．０Ｃｒ７ 日 ｙ ２２．３０５ ｙ ２２．３１６ ｎ ０．０１１ Ｚ ３１．０３８ Ｚ ３１．０２４ —０．０１４ －－－——２０９－－－—— 维普资讯 http://www.cqvip.com 城市基础设施建设 天津建设科技２００７・增刊 ｝ｌ， 一２５３．７８９７８ Ｘｌ， 一２５３．７８８９ ８ 扛转 ０ ．０１７ Ｚ ３８．７７３ Ｚ ３８．７６３ —０．０１ 一２３．７９９ 一２３．７７９ ０．０２ １ ｌ， ２４．９４７ ｌ， ２４．９４７ ０ Ｚ ３９．０８３ Ｚ ３９．ｃｒ７３ —０．０１ ——１３．３９７ ——１３．３８１ ０．０１６ Ｍ ｌ， ２６．６１７ ｌ， ２６．６ＩＪ＿５ 转 ——０．０１２ Ｚ ４４．２６４ Ｚ ４４．２４５ ——０．０１９ 一１３．４ 一１３．３８ ０．０２ Ｎ ｌ， ２７．５６９ ｌ， ２７．５５４ 转 ——０．０１５ Ｚ ４３．９５２ Ｚ ４３ ９３６ ——０．０１６ 一２．９８５ Ｘ ——２．９８４ ０．０Ｑｌ Ｐ ｌ， ２８．３１９ ｌ， ２８．３０９ 一０．０１ Ｚ ４６．１９８ Ｚ ４６．１８４ ——０．０１４ 一２．９８６ 一２．９８２ ０．００４ Ｑ ｙ ２７．３６３ ｌ， ２７．３５３ 转 —０．０１ Ｚ ４６．５１ Ｚ ４６．４９３ ——０．０１７ 注：Ａ～Ｑ为大拱半边的控制点，Ａ、Ｂ点为拱脚处，Ｐ、Ｑ点为拱顶处 表２监测数据表明合拢后的测量值与设计 保证了钢拱的准确合拢。结果表明：运用三维坐 值存在偏差，主要反映出一方面测量存在误差， 标法及合理修正方式这种控制方法合理可行，实 另一方面由于徐变及钢拱合拢后受力体系的改 施方便，数据结果满足精度要求，达到了监测监 变造成在初始状态下拱轴线与理论轴线有轻微 控线形的目的。 差别。 参考文献： ５结论 ［１］徐忠阳．全站仪原理及应用［Ｍ］．北京：出版社， ２００３． 在大沽桥钢拱的安装过程中，由于对每一拱 ［２］武汉测绘科技大学．测量学［Ｍ］．北京：北京测绘出版社， 节的安装进行严格控制使之达到预期的三维坐 １９９１． 标值，减小了钢拱合拢前整体调整的控制难度， ［３］Ｊｒ玎ｏ４１—２０００，公路桥涵施工技术规范［ｓ］．
