短线匹配法箱梁节段预制测量方法研究

陈 昊，夏 辉

(1.河海大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210098；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000)

0 引 言

随着我国交通事业发展和城市化进程需要，桥梁建设进入高峰期，桥梁分段施工方法和技术愈发重要[1]。其中，灵活便捷的短线匹配法应用地越来越广泛[2]。

短线法预制节段箱梁是预先将几十米长的箱梁分割成2～3 m的若干小箱梁分别(节段)预制，再现场拼装的桥梁预制技术[3-4]，与整体一次预制方法——长线法相对应[5]。短线法台座中，作为下一梁段浇筑基准，本次浇筑梁段移动至匹配梁段位置后调整匹配梁段位置、姿态的测量过程就是匹配测量[6]。节段梁匹配过程中，传统方法使用多个测量塔共同完成定向，且使用几何水准法控制匹配梁段高程[7]，过程繁琐、效率较低。本文采用固定端模中心定向法同时使用全站仪三角高程法进行高程控制，进一步提高了生产效率。

1 基础设施

箱梁节段预制过程中基础设施一般分为预制台座和测量塔2个部分，预制台座是操作平台，也是短线匹配法预制箱梁工艺中的关键设施。预制厂一般设计多个台座(图1)流水作业生产，每个台座对应一个测量控制点(观测墩测量塔)。

图1 台座及测量塔示意图

测量塔是短线匹配法预制梁段控制测量精度的主要设施，需满足“精度高、变形小、高稳定性”要求。测量塔上采用定制的可左右微调移动的强制对中底盘，以减小仪器对中误差。匹配测量要求测量塔必须设置在台座轴线上。在长期施工中，当台座、测量塔由于沉降等原因产生变形时，可左右调整强制对中底盘以保持台座、测量塔和模板轴线的共线性。

2 匹配测量流程

短线法箱梁节段预制中，匹配测量的主要工作是将浇筑完成的节段通过放样测量方法调整至计算得出的相应位置，为后一榀梁的浇筑提供基准(图2)，主要测量工作包括：① 整个预制阶段中台座、测量塔变形监测及出现变形后的分析、调整；② 模板安装测量，建立预制坐标系，包括台座轴线放样、固定端模与轴线垂直性测量、固定端模水平测量；③ 浇注完成后、拆模前的控制点测量；④ 匹配梁段的匹配测量(包括固定端模检测)；⑤ 浇注完成后、拆模前重复③中的控制点测量(包括匹配梁段的控制点)。

图2 短线匹配法测量流程

3 短线匹配法测量

工程中短线匹配法测量主要分为固定端模精确定位、本梁段浇筑前匹配梁段位置放样和本梁段浇筑后控制点布测3个部分。

3.1 固定端模精确定位

匹配测量过程中需建立平面坐标系统与高程基准，其合理性及控制精度将直接影响箱梁节段预制的线形控制精度[8]。短线匹配法测量平面控制基准的直角坐标形式为：以台座轴线为X轴，Y轴垂直于X轴构成右手直角坐标系，Z轴垂直于XY平面方向向上。匹配测量时，仪器架设于测量塔，照准固定端模中点I1定向，建立平面坐标系(图3)，以固定端模左右侧的LI1与RI1两点进行检核。高程基准定义为：模板安装验收合格后，以固定端模顶面高程为0，换算测量塔高程并互为检核。

图3 台座坐标基准示意图

固定端模安装时需控制其在水平和竖直方向的转角，即需控制其模面与现浇梁段中轴线(测量视准线)垂直，在竖向上保持铅直且其上翼缘需水平。平面控制基准与高程基准都以固定端模为核心，固定端模的安装精度将直接影响匹配测量结果。为此，固定端模安装时需采用高精度全站仪和精密水准仪反复趋近调整，直至中线、垂直度和水平度误差在±2 mm之内。

3.2 匹配梁段测量

梁段浇筑完成后，作为匹配梁纵向移动，使其与固定端模间的距离大致等于下一梁段宽度，实现匹配梁段初步定位。

仪器照准固定端模中心点I1进行定向，检核LI1、RI1坐标。采用全站仪三角高程法分别测量匹配梁段上点FR1、BR1、FL1、BL1的相对高程(图4)，多次调整使其与设计值的差异在±2 mm以内。匹配梁高程调整完成后，进行轴线调整：测量调整匹配梁轴线点FH1、BH1、Y坐标值直至匹配梁处于理论位置为止。

图4 梁段控制点

完成匹配梁的高程和平面轴线定位后，需调整浇筑梁段梁长：测点FH1和BH1的X轴坐标值整体平移匹配梁，调整梁长时轴线会产生微小变化，此时需反复调整轴线控制点FH1、BH1的X、Y坐标，使其符合要求。最后测量每个点坐标确保与匹配理论数据的差值在±2 mm以内。

3.3 浇筑梁段控制点布设测量

在节段梁浇筑完成和混凝土未凝固前需安装如图4所示的6个控制点[9]，用于本次浇筑梁段移动到下一浇筑梁段匹配位置时的匹配测量。6个控制点分为4个高程控制点FR、BR、FL、BL和2个平面控制点FH、BH，梁段移动至匹配位置时可通过调整控制点坐标把控整个梁段位置。

待现浇梁段混凝土达到设计强度的75%后，测量采集6个控制点在预制坐标系下的坐标用于计算匹配坐标。采集控制点坐标后，分析匹配梁段顶面6个控制点的实测匹配坐标值与理论匹配坐标值差异及匹配位置偏离情况，计算现浇梁段的预制误差，并计算下一梁段线形调整值和匹配坐标。

4 精度分析

4.1 平面控制精度

匹配测量的基础为固定端模和测量塔，其相对关系已在安装时精确测定，满足设计要求。根据匹配方法，平面控制由匹配梁的轴线左右偏差(Y坐标方向)和前后轴长(X坐标方向)控制，分步进行。

轴长控制在FH1—BH1轴线上相对于固定端模进行，测量塔高度与匹配梁高度相近，因此，轴长精度相当于全站仪测距精度±1 mm左右。

由匹配测量方法，轴线左右偏差为测点相对于固定端模中心的距离：

Y=Y0+Dcos (a)

(1)

式(1)中，Y0为测量塔相对于固定端模中心的坐标，由于两者位于轴线上，所以坐标值一般为0，安装时已精确测定(忽略误差)；D为测量塔至目标水平距离；a为方位角，其方差形式为：

(2)

式(2)中，水平距离D约20 m，精度σD为±1 mm，本文工程实例中方位角约30°，测角精度σa为±0.5″，ρ=206 265，估算轴线控制精度为±0.9 mm。

4.2 高程控制精度

匹配测量中，通过4个高程控制点调整匹配梁段高程。以固定端模中心点I1为基准，采用全站仪三角高程法精确测得控制点高程。高程误差为控制点与固定端模中心点高程差和设计高程间的差值：

h=D·sin (β)-H0

(3)

式(3)中，H0为固定端模中心点相对于测量塔的高程差，由于测量塔及固定端模都经过精确定位安装，所以此高程差值固定(忽略误差)；D为测量塔至目标水平距离；β为竖直角，其方差形式为：

(4)

式(4)中，距离D约为20 m，测距精度σD为±1 mm，本工程实例中竖直角约20°，测角精度σβ为±0.5″，ρ=206 265，估算高程精度为±0.3 mm。

5 工程实例

本工程所在预制场具有日均生产十余榀节段梁的能力，每榀梁都要经过移梁后匹配、浇筑前检核和移梁前控制点数据采集测量3道测量工序，测量数据精度、可靠性和匹配测量速度将直接影响生产能力。运用本文所提方法，采用TCA2003配合徕卡小棱镜观测某一榀梁的匹配测量成果(表1)。

表1 短线法匹配测量成果表

表1中，设计值是监控单位根据箱梁线型和匹配梁段数据计算的匹配位置；实测值是匹配后的匹配梁位置；复核较差为两者差异，表示匹配梁的匹配位置与设计位置的趋近程度，要求低于±2 mm。

6 结 语

(1)短线匹配法梁段匹配生产在实际应用中优势较为明显，该方法占地面积较小，能流水线作业，可有效提高施工效率。且该方法模板和浇筑设备均已固定，能获得平曲线、竖曲线和不同的超高，适用于节段类型变化较多，模板倒用较频繁的工程需求。

(2)匹配测量的效率直接影响施工速度，本文在此基础上使用固定端模中心定向方法取代传统多个测量塔共同定向法，使用全站仪三角高程法取代几何水准法进行高程控制，极大提高了生产效率，优化了测量过程，经实际生产检验，匹配精度完全满足需求。

[1] 刘岭,陈喜凤,黄腾.短线匹配法预制箱梁线形控制方法[J].测绘工程,2013,22(4):72-75,79.

[2] 刘先鹏,刘亚东,戴书学,等.箱梁节段短线匹配法预制施工技术[J].重庆建筑大学学报,2006,28(5):59-62.

[3] 黄厚卿,肖贤炎.虎门二桥短线匹配法预制节段拼装桥梁施工控制[J].桥隧工程,2016,139(7):198-200.

[4] 张鸿,张喜刚,丁峰,等.短线匹配法节段预制拼装桥梁新技术研究[J].公路,2011(02):76-82.

[5] 李斌.预应力混凝土桥梁施工测控技术研究及应用[D].南京:河海大学,2006.

[6] 樊敏,卜一之.短线匹配法施工技术及其数据处理研究[J].四川建筑,2007(1):171-172.

[7] 刘国龙.短线匹配法预制箱梁施工技术[J].安徽建筑,2016(2):100-102.

[8] 张校昌.短线匹配法节段箱梁施工技术应用研究[D].山东:山东大学,2015.

[9] 杨昌维,陈若强.混凝土连续箱梁节段短线匹配法预制及架桥机悬拼施工技术[J].水运工程,2008,422(12):156-163.