谈贵州北盘江特大桥索道管的施工定位★

杨德超 董 军 向学建 时国松

(1.北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061199； 2.北京建筑大学土木学院，北京 100044； 3.交通运输部公路科学研究院，北京 100088)

谈贵州北盘江特大桥索道管的施工定位★

杨德超1董 军2向学建3时国松1

(1.北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061199； 2.北京建筑大学土木学院，北京 100044； 3.交通运输部公路科学研究院，北京 100088)

结合贵州北盘江特大桥索道管施工定位的现场实践，对北盘江特大桥索道管定位进行了分析，从理论原理定位与实际操作定位进行了论述，提出了利用函数方程式及三维极坐标的定位方法，进行索道管定位的研究，达到了理论数据与实际数据拟合较好的效果，解决了索道管定位现场出现的一些问题。

大桥，索道管，定位，三维极坐标法

0 引言

在中国大跨径桥梁建设中，斜拉桥是比较常见的桥型之一，它的上部构造主要是由索塔、斜拉索及主梁组成的。斜拉桥施工中最具技术性的难题就是索道管定位技术，它是一项影响工程质量的关键性技术，因为索道管的定位会影响到斜拉索的受力状况，间接影响到桥梁整体结构的安全性、稳定性、抗震性以及桥梁线型等一系列的工程质量问题，而斜拉索的张拉受力会决定斜拉桥的线形。因此，在斜拉桥的施工监测中，控制好斜拉索索道管定位是十分重要的。索道管是将斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，通过控制索力值与桥面高程来监测桥梁的线形。贵州北盘江特大桥的施工过程中也存在着斜拉索索道管定位的技术问题，在施工现场需要控制好桥梁的线形以及控制好斜拉索与索道管在一个同心圆上，防止其偏心所带来的一系列问题，这对于现场施工尤其重要。索道管的施工定位必须考虑斜塔的预偏、浇筑混凝土后索道管的沉降、梁实际定位的偏差等因素。本文通过结合贵州北盘江特大桥施工现场斜拉索索道管定位的实例，浅谈贵州北盘江特大桥索道管的施工定位。

1 工程概况

贵州北盘江特大桥位于贵州省贵阳市册亨县岩架镇处于望谟县与册亨县交界横跨的北盘江，隶属于黔西南布依族苗族自治州，是连接望谟至安龙段高速公路的重要交通枢纽。北盘江特大桥全长817.5 m，主桥为150 m+328 m+150 m双塔双索面斜拉桥，斜拉索呈竖琴形布置，如图1所示。

主桥施工采用挂篮悬臂施工进行，挂篮设计自重为150 t，主梁标准索距为7.0 m，边跨11号块之后索距均为5.5 m。桥梁为整体式(不分幅)，主桥桥宽24.1 m，4号主塔总高度为190.4 m，5号主塔总高度为187.9 m。每个主塔两侧均分布22对斜拉索，全桥共180根斜拉索。斜拉索采用OVM250系列环氧涂层高强度低松弛钢绞线斜拉索体系。钢绞线标准强度为1 860 MPa，弹性模量为1.95E5 MPa。索的上端为固定端，下端为张拉端。斜拉索设计最大长度为178.989 m，设计最短长度为33.437 m；拉索设计安全系数不小于2.50。施工过程中斜拉索需要进行3次张拉，从斜拉索一张到三张结束其过程大致为：上一块段混凝土三张完成后挂篮前移，之后调模、立模，进行第一次斜拉索张拉，然后绑扎钢筋，钢筋绑扎完成后准备浇筑混凝土，等待浇筑混凝土至一半时(约浇筑混凝土7车时)进行斜拉索第二次张拉，接下来浇筑另一半混凝土，等混凝土浇筑完成且养护达到龄期后，进行块段预应力张拉，预应力张拉完成后，最后进行第三次斜拉索张拉，下一块段继续这个循环。由此可知斜拉索在3次张拉过程中，索道管与斜拉索之间有着很密切的联系，斜拉索在张拉过程中会与索道管发生相对位移，位移量可能会使得斜拉索与索道管壁紧贴在一起，从而影响斜拉索受力和桥梁整体的安全性。为了避免此类现象的发生，我们要严格控制好索道管的定位，因此索道管定位的精确度直接影响着其桥梁整体的受力及其安全性。

2 索道管施工定位的重要性

目前，斜拉桥施工中最大的一个问题就是如何精确定位索道管，因为在理想状态下，斜拉索被想象成一条直线，而在实际的工程中，这条斜拉索会因为重力的原因形成一条下凹的曲线，在施工中这样的情况与理想状态有很大的差距。因此，我们需要在第1次、第2次斜拉索张拉时将索道管定位调试完毕，否则等待混凝土凝期之后再进行调试就会带来一系列不必要的麻烦。如果在施工过程中没有正视索道管定位的问题就会出现斜拉索与索道管壁紧紧贴在一起，如图2所示。

如果在浇筑混凝土之后出现如图2所示的情况，只能将索道管与桥面交界处切割出一个缝隙，然后用葫芦拉索道管使其与斜拉索同心；如果在浇筑混凝土之前出现类似状况，我们可以通过增加垫块和填充物，或者用葫芦调节索道管使斜拉索与索道管保持如图3所示的状态，按照这样微调，可以实现斜拉索在第三次张拉后尽量与索道管同心，如图4所示。

3 索道管定位理论分析

3.1 索道管定位原理

在斜拉桥施工中，索道管的定位利用三维空间极坐标确定，借助高精度的全站仪，观测可得实测的三维坐标X实，Y实，H实，通过设计图中给出的详细数据可计算出理论三维坐标X理，Y理，H理，进行比较可得出差值ΔX，ΔY，ΔH，从而可以判断索道管的空间位置是否满足精度要求。

以主桥顺桥方向为X轴(4号墩～5号墩)，在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴(北盘江水流方向为正)，而通过平面坐标系原点的铅垂线则是Z轴。设三个平移量为(X,Y,Z)，三个旋转量为(QX,QY,QZ)。其中，QX表示索道管与X轴方向的夹角，又称纵向夹角；QY表示索道管与Y轴之间的夹角，又称横向夹角；QZ表示索道管与Z轴方向的夹角，又称竖向夹角。设计图中给定了斜拉索与索道管锚固点以及索塔系统中的空间坐标值和索道管锚固点在斜拉桥系统中的相关定位尺寸。只要这六个自由变量一旦确定，索道管的位置就能确定。

3.2 三维空间极坐标定位分析

定位前根据现场施工图中给出的资料，能确定主塔及索道管锚固中心点的坐标为A和B，分别设上端锚固中心点及下端锚固中心点为M和N，如图5所示。在索道管上口处焊接一个三角架(用后可拆除)，如图6所示，利用全站仪测量M1，M2，M3三点的坐标，已知索道管口的直径，利用函数方程式可以确定M1，M2，M3所构成的球心坐标即M点。从而已知M点坐标为(X,Y,Z)，定位时根据索道管长度L、纵向夹角QX、横向夹角QY、竖向夹角QZ即可推算出N点坐标。定位需要用一台全站仪进行三维坐标精确测量M1，M2，M3三点后计算出M点，调整使M点落在空间A与B两点所在的直线上，再推算出N点。索道管就能从理论上准确确定位置，这样可以提高现场的工作效率。

其中，D为测量斜距；α为方位角；Z为天顶距；i为仪器高；v为棱镜高；mi=0mm；mv=±1mm；mD=±1mm。放样点定位精度取决于测量仪器的精度和放样点，它们与测站点的位置和放样点的高度有关。解得：mX=±2.4mm，mY=±2.1mm，mH=±3.6mm。

一般情况下在主梁或主塔同侧的索道管定位时，选用同一后视方向及同一测站。因此，相对定位精度与控制点本身误差无关。索道管上下口中心位置平面坐标测量精度根据文献[3]，满足设计要求。

4 部分索道管定位测量结果

在北盘江特大桥施工现场，有经验的工人通过索道管的微调会将测定点都基本控制在±5mm内，但在斜拉索第一次张拉后，斜拉索索力的调整、工人绑扎钢筋及浇筑混凝土会使得索道管与斜拉索之间发生位置上的变化，故需要第二次斜拉索张拉，待混凝土浇筑完成之后，块段养护、工人施工、混凝土的自重等也会影响到索道管定位，使其再次发生位置变化，但在第二次斜拉索张拉完成后，索道管便不能再进行微调。因此要保证索道管定位的准确性就必须在斜拉索浇筑混凝土前完成对索道管的微调，要求现场监测人员需要经常观察施工段的索道管定位情况。表1列出了4号墩部分斜拉索在第3次张拉后索道管定位的测量结果。

表1 4号墩部分索道管定位测量结果 mm

从表1可以看出，4号墩安装好的中跨和边跨部分索道管是合格的。但是部分数据有些偏大，这可能是由于斜拉索的张拉导致斜拉索紧靠索道管壁的一种情况，我们要尽量避免出现数据的偏差，尽量保证索道管与斜拉索同心，所以在施工现场索道管定位后的加固工作尤其重要。

5 结语

索道管定位技术一直都是斜拉桥施工中一项技术性难点。特别是在大跨度斜拉桥施工中，存在诸多影响索道管定位的不确定性因素，索道管定位的准确度会直接影响到斜拉索的受力问题，从而影响到整个桥梁的受力及安全性问题。为了保证索道管定位的准确性，将理论原理定位与实际现场相结合进行论述，采用函数方程式及三维极坐标法定位，对贵州北盘江特大桥索道管定位进行分析，从北盘江特大桥现场索道管定位测量的数据来看，其结果拟合较好。

[1] 吴栋材.大型斜拉桥施工测量[M].北京:测绘出版社，1996.

[2] 秦 锟.桥梁工程测量[M].北京:测绘出版社,1991.

[3] 陈骑彪.斜拉索塔端索道管安装定位施工技术[J].中国港湾建设,2015(2):73-75.

[4] 林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994.

The positioning technology of cable duct of Guizhou cable-stayed bridge in Beipan River★

Yang Dechao1Dong Jun2Xiang Xuejian3Shi Guosong1

(1.HaibinCollege,BeijingJiaotongUniversity,Huanghua061199,China; 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China; 3.ResearchInstituteofHighway,MinistryofCommunication,Beijing100088,China)

Combining the practice in Guizhou Beipan River Bridge cable duct’s construction and positioning, we made analysis about Beipan River Bridge cable duct’s positioning, discussed the positioning between the theoretical principles and practical operations, proposed the use of the function equation and three-dimensional polar coordinates positioning method, and studied the positioning of cable duct, thus reaching a relatively good fitting effect between the theoretical data and actual data and solving some problems occurred in the scene of the cable duct positioning.

bridge， cable duct， positioning， 3D polar coordinates

2015-04-06★：交通运输部西部交通科技建设项目；北京交通大学海滨学院应用技术型大学土木工程专业培养模式改革探讨校级重点科研项目；北京交通大学海滨学院力学系列课程教学团队建设项目

杨德超(1992- )，男，在读本科生； 董 军(1967- )，男，博士后，教授； 向学建(1970- )，男，高级工程师; 时国松(1981- )，男，硕士，讲师

1009-6825(2015)17-0156-03

U445

A