中铁大桥局集团第五工程有限公司 江西九江 332001
摘要：斜拉索索导管的安装定位一直是斜拉桥混凝土主塔和混凝土主梁施工的难点。尤其是针对一些大型斜拉桥，其安装精度将直接影响到斜拉索的受力状况。而斜拉索的受力状况又影响到桥梁合龙是的线形，进而影响到斜拉桥的正常使用寿命。本文根据武汉西四环汉江特大桥的施工实践，介绍和探讨了大型超宽超重斜拉桥主梁施工索导管定位技术。对类似工程具有借鉴及指导意义。
关键词：主梁 牵索挂篮 索导管定位
1工程概况
汉江特大桥位于武汉市，横跨汉江。大桥主桥为五跨一联双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主跨跨径360m，桥跨布置为77m+100m+360m+100m+77m，主梁采用双边箱梁截面，宽度为44m（含风嘴滴水檐），是目前同类桥梁中主梁最宽的预应力混凝土梁斜拉桥，本桥斜拉索为钢绞线式。每个主塔每侧共布有28对斜拉索，全桥共224根，斜拉索索距除边跨现浇段内部分斜拉索间距为4.0m外，其余斜拉索间距与横梁间距对应均为6m。斜拉索最大倾斜角度为73.7265°，最小为29.4496°。索导管最长为4.778m，最短为2.420m。
2 索导管定位思路及数据的确定
索导管是将斜拉索锚固在主塔和主梁上的基本构件。在施工中，索导管的安装必须保证斜拉索锚固点位置和锚垫板角度正确，并确保在任何情况下斜拉索不与索导管口发生摩擦。由于斜拉索的倾斜度随着主梁的前伸而逐渐减小，作为斜拉索在主梁和主塔上锚定的关键装置——索导管的空间位置亦呈渐变性，即每个节段上的索道管的倾角都将随着斜拉索空间角度的变化而变化。而设计只给出了成桥状态下索导管的基本参数，而施工中主梁各阶段上的索导管的定位，却受着施工动态的影响，必须根据有关施工数据现场确定。
2.1索导管锚固端定位
在汉江桥混凝土主梁挂篮悬臂施工中，监控指令给出了当前节段前端面底板的立模标高及其总预抬值，此预抬值包含挂篮变形值、主梁横向预拱度、理论预拱度、基础沉降值及前面节段实际变形与理论变形的修正值。值得注意的是监控预抬值与相应设计标高都包含设计预拱度，因此监控预抬值与设计预拱度之差为立模预抬值。由于预抬值的存在，势必引起主梁索导管锚固点和顶口中心点三维坐标的变化。
2.1.1 由相邻节段预抬值不同引起的坐标变化
如图2，已知AB为索导管预抬前，A为锚固点B为顶口中心，CF为索导管预抬后，C为锚固点F为顶口中心。h1为锚固点预抬值，h2为顶口预抬值， 为预抬前设计角度，NC、MA为水平线，EM、CA为铅垂线。索道管长度为 。
则由预抬值不同引起的里程方向变化值 ，高程方向变化值 。
由推算可以看出，当预抬差值越大，其对坐标影响越大。而施工中，从0#块开始，预抬差值越往主桥跨中值越大（其原因在于，上一节段施工后由于桥自重而下沉将空载时的预抬值抵消一部分，而下一块施工为空载预抬，值较大，因此产生的预抬差值大），主桥合龙段第28号索导管施工，预抬差 ，索导管长 ，设计 。得 ， m， ， m。
由上面可以看出此项影响较大，施工时要加以考虑。
2.1.2 由索导管绕梁旋转引起的坐标变化
如图3，假设索导管锚固端所处待浇筑梁已0#块桥中心为中心旋转角度θ，从而达到预抬h1目的引起里程方向上的变化为ΔX2，则
在2#块施工时，S=23m，h1=0.049m，得 ，在14#块施工时，S=95m，h1=0.122m，得 在28#块施工时，S=179m，h1=0.212m,得 。
由上可知此项仅有微量影响，考虑影响因素的复杂性，此项在施工时予以忽略。
2.1.3 由挂篮下挠引起的偏距方向的变化ΔY
前面预抬未考虑横向坐标变化是因为汉江桥设计图所有塔上梁上索导管中心离桥轴线横向距离为21m，由设计计算横梁横向预拱度为5mm，而挂篮挠度为40mm（实际预压测量值为42mm，仍按40mm计算），由类似公式（9）推算，S取挂篮弧形首中到挂篮中距离21m，h1取0.045m，得
因此，此项可以忽略不计。
2.2 斜拉索索力转换装置位置的定位
如图4，在梁体浇筑砼达到强度前，斜拉索着力点在挂篮上。因此在穿索前必须放样出张拉端位置才能保证索力转换装置与斜拉索在同一条线上。值得注意的是，由2.1.1中分析可知，由于预抬值差的存在，索导管定位时其角度相对设计角度有了较大变化，因此放样时线性计算可以依据锚固点坐标（监控提供标高）及考虑预抬值差后新定位角度α2为起算数据，即相当于已知一直线上的一点及直线斜率计算直线方程，将索导管延长线放样到挂篮弧形首位置。
汉江桥施工时此项工作是通过带编程功能的计算器完成，编程里包含各索导管设计数据及各计算公式，放样时只需输入索导管编号，预抬值h1及h2。然后再输入实测高程或实测里程得出应放样的理论里程或高程，从而达到放样目的。须注意的是，由图4可以看出挂篮为圆弧形，前阶段放样，里程变化速率大于高程，因此采用由实测高程推算理论里程即 来编辑程序公式，后阶段（取14#索开始）高程变化速率大于里程，因此采用由实测里程推算理论高程即 来编辑程序公式，总之最后使放样出的点坐标在索导管反向延长线上。需说明的是由于汉江桥斜拉索仅里程和高程存在线性关系，偏距为常数给计算编程及施工放样带来方便。
综上分析，索导管定位的关键是依据已浇筑梁的变形参考确定下片梁索导管的定位前姿态使浇筑后达到理论姿态。需要准确放样的是锚固端和弧形首张拉端的位置。
其中当监控提供空载立模标高后，锚固端相对梁底的高度及梁端的距离都是固定的可以精确计算出，而且锚固端有专门的锚固齿块，施工时准确按着图纸制作锚固齿块模板，将能大大提升定位效率及精度，准确放样锚固端后，即使经历浇筑及张拉变化其相对梁的位置都是正确的。
至于弧形首张拉端，关键在于按着公式推导编辑计算器程序，实时采集每节段浇筑后梁体变形数据，计算下节段需要数据。汉江桥施工时，由于尺寸问题，为保证视线，专门配备了棱镜高有3m的圆棱镜，为施工带来方便。
而针对索导管顶口。在前期，斜拉索倾角较大重量也轻，索导管顶口位置可以按类似张拉端线性放样。而当施工到二十节段左右，由于斜拉索倾角越来越小，而且斜拉索长度越来越长自身越来越重。当按线性角度放样索导管后，张拉端位置不受影响，锚固端影响稍小，可穿索后斜拉索已经压在顶口边缘。为防止斜拉索与索导管摩擦，需将顶口位置下调。在浇筑混凝土过程中，需进行斜拉索第二次张拉（此时还未浇筑到索导管位置），张拉完斜拉索索力基本达到线形需要，此时需重新调整索导管顶口位置并复测保证索导管位置正确。
3 精度分析
索导管施工中，索导管定位相对复杂，测量要求精度高、稳定、需要实时进行三维定位。如今随着测量仪器设备的发展，高精度仪器已经得到普遍应用。由于测量仪器受大气环境、折光、温度等方面的影响，同时还受到测量仪器的误差、人为的对中整平、瞄准观测误差等因素的影响，因此采用三维极坐标放样主要有以下几个误差来源。
由于在施工作业中还受对中误差、大气折光差、瞄准误差的影响
（4）对中整平误差 ，我们对控制点采用强制对中装置，每次作业多个方向整平仪器，因此我们取 。
（5）大气折光差 ，为了尽量消除此项误差影响，我们在主塔0#块稳定设置了一个高精度的高程控制点，在测量作业时，平面已控制网控制点为后视方向，高程以0#块高程控制点为后视以减小球气差K值的影响。综合取 。
（6）棱镜高及瞄准误差 ，由于受眼睛分辨率的影响，越长距离照准误差越大，在测量过程中必须要多次照准目标，取 。
综上所述，测量放样点平面点位精度应为：
通过对成型后的主梁索导管顶口位置的检测，结果显示效果基本理想，误差超过10mm的有4个，极个别达到30mm，且集中反映在里程X方向。分析原因可能在于，索导管加固不够稳定，张拉因素的不确定性及浇筑混凝土沉降的不确定性。
4 结束语
悬臂浇筑斜拉桥混凝土主梁时，索导管锚固点和顶口中心预抬值的确定，不能简单地根据监控给定的立模预抬值机械确定，而是应该通过分析预抬值的组成及各组成在施工阶段对标高的影响程度来科学确定。另外除测量人员必须研究和制定合理的精密定位方案之外，还要对设计数据经行合理改化，并了解相关环节的施工工艺，与施工技术人员共同配合，减少施工干预，这样才能确保索导管位置的准确，进而确保斜拉索的安装精度。
参考文献
[1]吴栋材.大型斜拉桥施工测量[M].北京：测绘出版社，1996.
[2]武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M].武汉：武汉大学出版社，2003.
[3]王国云.大型斜拉桥主梁索管精密定位的方法[J].中南公路工程，2004,29.
论文作者:雷楗
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：导管论文; 锚固论文; 挂篮论文; 拉索论文; 高程论文; 汉江论文; 斜拉桥论文; 《基层建设》2016年31期论文;