缆索吊车施工控制探讨

摘要：大跨度刚桁拱桥、斜拉桥施工过程复杂、控制要求严格，施工期常用缆索吊车对其进行拼装，缆索吊车的安全及稳定性直接影响刚桁拱的拼装质量及进度。因此，安装过程中必须确保缆索吊车的缆索高程精度，并分析缆索吊车施工过程中测量数据的影响因素及误差来源。

关键词：缆索吊车；施工控制；精度控制；风缆；悬索桥 文献标识码：A

中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2016）06-0062-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.031

1 概述

新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段贵州鸭池河特大桥，设计起讫点里程为：DK472+050.600～DK473+021.600。大桥全长971m，为客运专线，双线，设计时速250km/h。主跨为436m钢-混结合中承式系杆拱桥，主桥拱肋采用400t、跨度460m缆索吊机悬臂扣挂法施工。缆索系统主要由扣塔、缆塔、风缆及天车组成，风缆包括后风缆、通风缆与主缆。通风缆、主缆与两岸缆塔相连，后风缆在缆塔陆地方向对缆塔起牵制作用，各风缆之间相对独立，互相干扰较小，主缆对天车起承重作用，因此对相互间的高差要求较高。

2 复测施工控制网及塔柱偏移量检查

在之前的施工过程中本项目的施工控制网已经得到了很好的检验，完全满足施工要求。但缆索作为施工保障以及安全保障中最重要的一环，在正式施工之前必须全面复测控制网。本项目用的是2台精度为±5"的TS30自动全站仪，其测距精度为（1±d）mm，具有自动球气差改正、自动照准、自动观测及自动储存传输和处理数据等多种功能。

图1 控制网示意图 图2 风缆架设示意图

2.1 三角高程跨河控制

悬索桥一般处于两岸之间，地理位置特殊。缆索吊车更是位于缆塔的顶端，高空的环境是缆索的线形测量只能用单向EDM三角高程法工作，在三角高程法中大气的垂直折光是误差的主要来源。温度、气候、区域以及视线所穿过的地形、地貌等大量的复杂因素都对大气垂直折光有影响，即使是同一条测线在相邻的两次测量中也不尽相同。虽然在大气环境基本相同的情况下，单向三角高程的大气折光误差被大大削弱，但是实时确定大气折光系数K值仍然是保证三角高程精度的重要因素。

具体做法为在沿河两岸布设相同数量、相同距离的两排点，形成一个或多个并排的跨河四边形。位置的选择的条件主要是考虑减弱大气折光的影响，确保视线所通过的地形、地貌、气象等条件尽可能一样，两岸地形的高差、环境尽可能相似并且与周围地形相比具有一定的高度。如图1在G1、G2、G3、G4各个强制对中点之间进行同步对向测量，因为该四个点高度相近、距离相似且沿河岸对称，所以其球气差也基本相似，选择在气温稳定的情况下作业，即可计算三角高程的各个参数。

单向EDM三角高程的计算式：

H=H0+Dsinα+i-v+D2 （1）

式中：R为地球半径；k为大气折光系数；v为棱镜高；i为仪器高；D为斜距；H和H0为目标点高程和观测点高程。

三角高程复测采用两台TS30全站仪同时进行，测得三角高程的闭合差为+1.37mm。

2.2 平面控制网复测

平面控制点复测是以DQ3为基准，对强制对中点G1、G2、G3、G4以及其他各点的复测。再次对控制网进行复测时，精度指标与前期观测是一致的：点位中误差MX<±3mm，MY<±3mm。

2.3 塔柱偏移量检查

完成对施工控制网的复测后，对塔柱倾斜量的检查，结果如表1和表2所示：

表1 北塔塔柱测量的偏移量

点位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 倾斜变形度

塔顶 418.5221 23.6262 1131.5

0.020 0.023 72.5 0.031 1/4661

塔中 418.5426 23.6496 1059

0.019 0.014 72.5 0.024 1/3072

塔底 418.5616 23.6636 986.5

表2 南塔塔柱测量的偏移量

点位 X（m） Y（m） H（m） ΔX（m） ΔY（m） ΔH（m） ΔS（mm） 倾斜变形度

塔顶 878.5532 23.6365 1131.5

-0.016 0.017 72.5 0.023 1/3122

塔中 878.5376 23.6537 1059

-0.015 0.007 72.5 0.016 1/4453

塔底 878.5229 23.6607 986.5

3 风缆拉通定位控制

3.1 风缆的拉通控制

风缆的拉通工作主要是在白天完成，在风缆拉通线性形成以后，不论是中间通风缆还是两边的后风缆在塔顶交点位置形成的水平方向的作用力都不允许相差太大，如果相差太大，就容易使塔处于受力不均衡状态。在风缆施工之前，缆塔的受力是最小的，并且承受的垂直压力也是最小的，因而此时缆塔的位移最小。为保证塔中不出现较大拉应力，即N/A-Fl/W=0（N为竖向压力，A为计算截面处索塔截面积，F为不平衡水平力，l为不平稳力至计算截面的高度），需要计算出允许的最大不平衡水平力乘以塔柔度系数，得到最大允许偏位。得出该大桥北塔裸塔状态最大允许偏位5cm（取1.25的安全系数）。风缆架设顺序是从北岸开始，按先单数索后双数索从两边往中间的顺序同时从北岸、北边跨到中跨到南边跨再到南岸，如图2所示。

3.2 缆索的高度定位调整

由于外界的温度对缆索的定位影响较大，所以缆索定位工作一般选择在夜间进行并且要求风力不大、相对稳定的，缆索温度和外界气温要在调整前进行精心试测。大气折光系数的变化与外界气象元素的变化息息相关，外界气象元素稳定时，大气折光系数也叫稳定；反之，外界气象元素突变时，大气折光系数也变化较大。江边的温度从晚上22∶00到次日凌晨5∶00处于平缓降低的趋势，没有明显的跳跃。因此缆索的调整时间选择从晚上24∶00到次日凌晨6∶00，实际作业时间为1∶00～5∶00，这段时间温度较为稳定，对缆索的线形也影响很小。为实时监控缆索的温度，缆索的温度测量采用接触式热敏电阻，在边跨1/2处、中跨1/4处和1/2处，沿截面方向按顺序布置到缆索上、下及两测。在施工作业前后各读一次温度，防止现场灯光对缆索形成直接温度影响，确保缆索的温度稳定且长度方向的温差不超过1℃。在雾太浓、风力超过12m·s-1、温度稳定的条件不达标、缆索摆动太大等不稳定因素存在的情况下不能进行调整。缆索的测量工作采用同步观测方法，施工作业前要注意重新确定球气差改正。首先需要对各索间的相对垂度以及绝对垂度进行调整。相对垂度直接影响塔的受力均衡，若使单根索受力太大，不仅使索容易发生断裂，还让索塔存在重大安全隐患。缆索绝对标高的调整是为了减少将来精确定位的工作量。该大桥规定缆索绝对垂度精度中跨为-10～20mm，边跨为±20mm。上下游主缆索控制在±10mm误差范围内。

4 缆索的测量方法

缆索的线形形成后，由于位置高度的原因根本无法采用几何水准方法作业，只能采用单向EDM三角高程测量方法作业。如果只用一台全站仪器进行作业，则无法进行检核，故选择两台自动跟踪全站仪在稳定的夜间进行单向三角测量并同步进行温度测量，使测量点位能在短时间完成，并满足设计要求的测量精度。主缆架设施工控制中的测量方法是：（1）在两岸分别设站，架设2台全站仪，并对仪器的系统误差进行校正，主要有2cm误差等校正、指标差、仪器倾斜补偿；（2）计算大气折光系数。分别观测对岸高程控制点，求出观测值与理论值（或称其真实值）之差，由三角高程公式（1），解算得到k值；（3）采用单向三角高程方法，按事先确定的方案：由南北两岸同时观测两岸后风缆及中跨通风缆绝对高度；（4）在观测时，同时实时监测缆索的温度，根据缆索的温度、南北塔位的偏移量，并对观测值和理论值进行检查计算，确定是否调整及调整量的大小；（5）如果不符合限差，应进行缆索高度的调整；（6）缆索调整完成后，重新对索股进行测量，重复（2）～（4）步骤，如果符合限差要求，调整完成。

5 结语

单向EDM三角高程测量及两岸的双观测方法使缆索调整得以在短时间内完成，并且保证施工精度，施工过程中采取先进的高精度测量仪器（2台TS30全站仪），其自动观测功能使工作可以在夜间进行。结合全站仪的观测规程使悬索桥缆索调整得以顺利进行，同时满足施工精度要求。通过对鸭池河悬索桥缆索施工进行控制，使得缆索系统形成后索塔偏位及承重绳受力情况良好，缆索线形能够满足下一阶段施工的需要。

参考文献

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[4] 蒋利龙.精密EDM三角高程测量中的折光改正实用方法[J].测绘科学，2006，（6）.

[5] 许曦.悬索桥主缆差分定位及监测[J].测绘通报，2001，（7）.

[6] 田养军，王鸿龙.悬索桥主缆施工控制与监测[J].地球科学与环境学报，2005，27（2）.

作者简介：刘锋（1983-），男，江西兴国人，中铁大桥局集团第五工程有限公司工程师，研究方向：道路桥梁工程

测量。

（责任编辑：陈 洁）