摘要：转体过程的关键就是梁体姿态测量，梁体姿态测量的准确度直接决定转体的精度。在转体过程的梁体姿态测量中，测量数据采集及计算的及时性和准确性又对转体过程的连贯性起着至关重要的作用。本文通过对小半径曲线槽型连续刚构转体时的姿态测量技术进行了研究，并结合工程实例进行阐述，提出了优化计算程序、测量坐标转换等综合梁体姿态测量方案，有效减少了转体后姿态调整的工作量。
关键词：小半径曲线；槽型梁；转体；姿态测量
1.研究背景
中铁七局集团武汉工程有限公司承建的武汉枢纽新建新墩至汉西上行联络线汉西特大桥29#~32#墩设计为一联（36.4＋64＋36.4)m预应力混凝土槽型连续刚构，位于R=580m的曲线上，连续梁梁体为槽形、等高度、变截面结构。结构高度在支点处5.0m，跨中处4.5m。该连续梁依次跨越武康铁路上下行、京广上行线以及京广货车下行线4条铁路线，与既有武康铁路线路夹角为81°，与既有京广铁路线路夹角为71°,采用转体法施工，转体总重量W=45000kN，转体段长度62m，其中30#墩逆时针转动81°，31#墩逆时针转动71°。
受周边空间环境所限，梁体又位于小半径曲线上，且梁体两侧腹板较高，为了克服无高位置镜点的困难，为保证桥梁转体的顺利进行，需对传统的梁体姿态测量方法进行调整，以解决小半径曲线槽型梁梁转体过程中中线测点不通视、数据采集困难、偏差较大等难题，确保曲线槽型梁转体过程梁体姿态测量的连续性及精确度。
2.解决方案
采用不同于传统的在梁体中线上布设测点的方法进行测量，即在槽型梁两端腹板顶面和底板顶面中线处布设测点，利用槽型梁为连续刚构的结构特点，对测量坐标进行转换，通过测量通视良好的腹板测点，对梁体平转过程进行全程梁体姿态测量，有效地控制转体过程的实施，减少了后期梁体姿态调整工作量。
充分利用腹板顶部测点的数据的测量与采集，通过优化计算程序，达到转体梁从腹板测点测量到梁体中线测量的转换，从而实现了转体梁姿态精确控制。
3.方案实施
3.1工艺流程
施工准备→测量坐标控制点测设→两端腹板顶部及中线测点布置→测量坐标转换→优化计算程序→试转前初始姿态测量→试转姿态测量→数据计算分析→正式转体姿态跟踪→梁体精确定位→施工完成
3.2操作要点（以汉西特大桥29#~32#墩槽型梁转体施工为例）
3.2.1测点布设
为保证转体施工控制网精度，转体前专门布设30#墩、31#墩转体施工的控制点，点位布置在便于测量、稳固的位置，尽量能对观测点进行转体过程的进行全程观测。为保证观测成果的可靠性，在转体前必须对控制点进行复核。根据转体梁体姿态测量需要，现场共布设测量控制点4个点作为转体施工控制基准。
表1 新墩至汉西联络线汉西特大桥转体监控基准点
测量点应布设在能够灵敏反映出梁体转体的变化特征。要求在平转过程中做跟踪观测。高程采用三角高程，在桥面上安排人员随时旋转棱镜角度以便于观测。
同时，在转盘上布置刻度尺，以宏观控制转体角度。
3.2.2坐标坐标转换
槽型梁测点受到腹板的遮挡和地形的限制（周围不具备俯瞰布点的条件），转体过程中布置不能实时观测到底板线路中桩测点。由于腹板的遮挡，无法实现对底板线路中点的全程实时观测。现场布点在试转及转体前期阶段监控点只能实现对腹板点的通视，转体后期才能实现观测点与底板线路中桩的通视。转体过程中需对测点进行转换。
为保障转体精确定位，转体最终到位需对底板桥梁中桩点位进行观测。转体精确定位需根据试转阶段点动测量的每组点动距离，而试转阶段只能对腹板点进行观测。因此需对腹板点动的距离转换至底板点动的距离。
坐标转换预设两项原则：1、球铰中心为理论转动中心；2、转体过程中梁体平稳，即腹板测点与底板测点相对位置关系不变。
根据以上两项原则可以实现腹板与底板测点之间转动弧长的快速转换，转换依据腹板测点、底板测点与球铰中心的相对位置及转动角度固定进行计算，底板点转动弧长=腹板点转动弧长×底板点与球铰中心距离÷腹板点与球铰中心距离。
3.2.3初始姿态测量
为了便于控制梁体平面位置及高程，经研究建立独立测量控制网，30#梁体和31#梁体共用一套测量坐标系。
表2 测量控制网
3.2.4优化计算程序
（1）试转计算程序编制
试转的目的是为了测定以下两项数据：
①每分钟转速。即测量每分钟转动主桥的角度及悬臂端所转动的弧长，以便将转体速度控制在设计要求内；
②控制测点操作。测量组应测量每点动一次悬臂端所转动水平弦线距离的数据，以供转体初步到位后，进行精确定位提供操作依据。
基于上述两项，制作试转表格如下（以30#墩为例）：
表4 梁体试转记录表
表格说明：
1、第（1）、（2）列记录点动时间及点动次数，以秒计；
2、第（3）、（4）列记录现场每次点动结束后实测测点坐标，考虑现场记录方便，坐标取值及计算统一按小数点前四位取值；
3、第（5）列是对测量坐标的有效性判断，以测量点位的实测坐标与设计坐标比较，△L=√[（x-x0）2+(y-y0)2]点位偏差值超限时需重新测量，一般按≤20mm取值；
4、第（6）列通过测点实测坐标、测点初始坐标相对于球铰中心计算出已转角度及本次转动角度，θ=2sin-1(√[（x-x0）2+(y-y0)2]/2R腹)，通过本次转动角度及点动时间，进一步算出角速度θ’=θ/t；
5、第（8）列通过梁端相对于球铰的转体半径及转体角度得出梁端转动弧长及本次转动弧长，ω=R端θ，ω’==R端θ’；
6、第（10）列得出不同点动时间测出的梁端转动弧长，为正式转体梁端即将到位时的点动时间选择提供依据。
（2）正式转体计算程序编制
正式转体的记录表格与试转记录表格有所不同，应着重反应转体角度及梁端距离与设计到位后的位置差值，并根据试转结论，确定点动时间的选择，确保转体到位后姿态良好。
根据上述目的，制作转体记录表格如下（以30#墩为例）：
表5 梁体正式转体记录表
表格说明：
1、数据计算与表4计算方法相同，增加转动剩余角度及梁端剩余弧长两列，根据设计转体角度及梁端中线相对偏差限值，确定点动时间及点动次数。
3.2.5试转梁体姿态测量
（1）测量准备
试转开始前30分钟，测量人员到位，进行仪器架设，建立梁体姿态测量控制网，并复核腹板起始坐标。测量误差满足要求后，打开电脑记录数据，并向转体总指挥汇报测量准备到位情况，做好测量准备。
（2）数据采集、记录
试转开始后，根据转体总指挥指令，记录点动时间及点动次数，测量腹板监控点坐标，并输入表4，根据“数据判断”列计算结果，判断数据有效性。测量数据无误后，向转体总指挥汇报已转角度及梁端累计已转弧长。
根据转体总指挥指令，逐行记录点动时间、点动次数及测量坐标，直至试转结束。
（3）数据计算及分析
表格4设计为自动计算表格，测量人员只需逐项填入点动时间、点动次数及测量坐标，即可自动计算出点动时间与对应时间梁端转动弧长之间的关系，为正式转体的点动时间选择提供依据。
3.2.6正式转体姿态跟踪
（1）测量准备
转体开始前30分钟，测量人员到位，进行仪器架设，建立梁体姿态测量控制网，控制网的建立须与试转时的控制网保持一致，减小测量误差。复核腹板坐标与试转结束后的坐标误差，测量误差满足要求后，打开电脑记录数据，并向转体总指挥汇报测量准备到位情况，做好测量准备。
（2）数据采集及记录
转体开始后，根据总指挥指令，每隔5°测量腹板监控点坐标，利用表4计算已转角度，复核实际转体角度与理论转体角度的偏差，偏差值较大时及时汇报总指挥，以便进行指令调整。在底板监控点具备通视条件后，开始测量底板监控点坐标，并输入表5，根据“数据判断”列计算结果，判断数据有效性。测量数据无误后，向转体总指挥汇报转动剩余角度及梁端剩余弧长。
（3）数据计算及分析
表格5设计为自动计算表格，测量人员只需逐项填入测量坐标，即可自动计算出转动剩余角度及梁端剩余弧长，剩余角度不足2°时，测量计算人员须及时汇报数据给总指挥，为正式转体进入点动阶段的选择提供依据。
3.2.7梁体精确定位
（1）点动时间选择
进入点动阶段后，转体总指挥根据试转数据，确定点动时间的选择，点动时间宜从大到小。每次点动结束后，测量人员及时进行梁端底板监控点测量，填入表5.5，逐项填入，并根据表格计算结果，汇报转动剩余角度及梁端剩余弧长给总指挥，为下一阶段的点动时间选择提供依据。
（2）姿态调整
根据试转数据分析，1s点动时间旋转角度0.01°，梁端旋转弧长6mm。当梁端剩余弧长小于20mm时，即可进入姿态调整阶段。姿态调整阶段点动时间宜按1s进行，对梁端中线进行精确调整。中线偏差达到规范要求后，在撑脚处进行转体限位锁定，转体结束。
梁端标高调整利用微调千斤顶及千分表架设至撑脚处，梁端水准仪测量标高，通过千斤顶加力进行调整。误差符合规范要求后抄垫锁死。
4.质量保证措施
（1）必须对测量控制点及置镜点进行导线点联测，精度须满足三等平面控制网精度要求。
（2）数据采集所使用的仪器应按规范要求完成仪器标定，确保数据采集有效、准确。
（3）施工前要组织有关人员对计算程序进行学习培训并熟练掌握。
（4）施工前要对有关人员进行交底，明确职责分工，确保施工过程数据采集、输入及报告及时准确。
5.结语
该方案解决了小半径曲线槽型梁无高位置镜点、中线测量点不通视时的梁体姿态实时跟踪。计算程序的优化，简化了测量数据的采集程序，通过数据有效性的自动判断，节约了大量的数据分析时间，能够更有效地对梁体姿态进行监控，极大地减少了梁体姿态调整工作量。经过工程实践，验证了该方案能够很好的进行小半径曲线槽型连续刚构的梁体姿态测量，测量结果精确、梁体姿态良好，而且为在类似工程施工技术积累了丰富的工程经验，具有较高的应用和推广价值。
论文作者:李玉涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：测量论文; 腹板论文; 姿态论文; 坐标论文; 底板论文; 时间论文; 总指挥论文; 《基层建设》2018年第33期论文;