CN111155383B - 大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，包括以塔柱为基准控制高程：沿梁面放样控制基标，沿轨道线路的中线放样加密基标；获取梁面温度对高程的影响，根据影响确定混凝土浇筑时间段并制定高程温度拟合线；根据后期施工的荷载，制定高程荷载拟合线；再用高程温度拟合线、高程荷载拟合线和轨道结构设计高度修正实测的大桥梁面线形，获得铺轨拟合线形；再根据轨面和梁面的高差，计算道床的结构厚度后铺设；逐段架设轨排后铺轨。通过设置加密基标，便于高程测量、便于确定桥梁的稳定线型、便于施工中的测量控制；在排轨过程中，运用相对高程差值固定控制法再次修正，有效解决了桥面高程时刻处于动态变化对桥面铺轨影响的难题。

Description

大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法

技术领域

本发明涉及一种轨道放样与测量方法，具体涉及一种大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，属于钢箱梁悬索桥测量施工技术领域。

背景技术

目前，在国内外的铁路桥梁大多采用混凝土结构及少数钢结构，铁路悬索钢结构桥最早2017年金沙江特大桥应用，但该桥采用有砟轨道结构，而采用钢箱梁结合混凝土梁为主承力结构的无砟轨道悬索桥，首次在本发明的重庆轨道环线跨长江中应用。

地铁大跨度跨江大桥施工难度较大，危险系数高。加上长江航运航道不能断问题不能采用传统的混凝土桥，只能用钢箱梁悬索桥来最大程度上减少施工人员、航运道的影响。

铁路桥受到列车动载冲击，因此桥梁主体承力体对刚度、耐久性要求都很高，悬索桥作为一种柔性桥梁在施工过程中，三维坐标控制难度大大提高，同时钢箱梁、混凝土箱梁、悬索收到外部温度、风力等影响因素，造成铁路轨道在测量放样中更是困难重重，需要针对柔性桥梁上轨道放样测量工艺进行研究，形成一套有效的控制技术，得以保证轨道放样精确度。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，基于梁面放样的轨道线路的控制基标，沿轨道线路的中线以一定的间隔放样加密基标；

以主桥两端侧塔柱的高程为相对高程，以温度和梁面荷载对各加密基标的高程的影响，结合轨道结构设计高度，修正实测的大桥梁面高度后铺轨。

上述控制基标，包括平面控制点和高程控制点；根据CPⅡ控制点沿梁面放样，于曲线段的放样间隔为60米，于直线段的放样间隔为120米。

上述加密基标的点间隔为4-6m。

上述温度对各加密基标的高程的影响，基于温度对梁面的相对高程的影响。

上述荷载，包括轨道、轨排、防抛网、声屏障、疏散平台、防撞护栏、人行道板、消防水管、通讯电缆、缠丝、猫道。

上述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、高程控制及基准：以主桥两端侧的塔柱的高程为相对基准，主桥及主桥上的负载以结构厚度控制高程；

S2、根据CPⅡ控制点沿梁面放样轨道线路的控制基标，再沿轨道线路的中线以一定的间隔放样加密基标；

S3、获取温度对控制基标的高程的影响，根据影响确定加密基标的测设时间及道床的浇筑时间段，道床由混凝土一体浇筑而成，并制定加密基标的高程温度拟合线；

S4、根据荷载及其布置点，制定荷载对加密基标的高程影响的高程荷载拟合线；

S5、用高程温度拟合线、高程荷载拟合线和轨道结构设计高度修正实测的大桥梁面线形，获得铺轨拟合线形；

S6、依铺轨拟合线形，根据实测梁面和修正后的轨面的高差，计算道床的结构厚度，并铺设道床；

S7、于道床上架设轨排后，于轨排上铺轨。

进一步的，上述步骤S2中加密基标的布设位置，位于相邻的道床的板缝中线与轨道线路中线的交叉点处。

进一步的，上述步骤S3中高程温度拟合线，采用电子水准仪以全线闭合的方式，在温度低，温差变化小的时间段内测量数据后拟合。

进一步的，上述的方法，轨道线路包括以梁面中心线对称设置的往返轨道；步骤S7中轨排的架设，还包括基于梁面散水破倾角的水平调整，方法为：

以梁面中心线为基准，两侧的轨道线路均以靠近中心线一侧的轨条作为基准轨，基准轨处的结构高度为：D＝A-B*C，

式中，D为基准轨处的结构高度，A为铺轨拟合线形的轨道结构高度，B为散水坡的坡度，C为基准轨中线和加密基标点的距离。

进一步的，上述轨排的架设过程包括对轨排的精调，包括轨排的高差、中线、轨向，方法为：

A1、定基准轨：利用控制基标点作为后视点，在轨排中间段架设电子水准仪，测量加密基标点的高程及相应的基准轨轨面点的高程，得出数值与基准轨的铺轨拟合线形的轨道结构高度比较，以调节基准轨轨面高程；

A2、定对轨：采用10米弦线在初步调整好的轨排段配合钢轨尺量取轨道方向，采用弦线量取时，预先在轨道上每2.5m标识量取小点，每5m量标识量取大点，通过10米弦重叠压点完成调整段的细化调整；

A3、如上述过程反复循环调整，直至线路调整数值符合设计要求。

上述的方法，主桥段轨道线路的施工为按单元依次施工，单元长度为15-50m。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，通过在轨道中线处设置加密基标，便于对桥梁面进行高程测量，便于确定桥梁的稳定线型，为梁拟合线型提供的依据。铺轨施工单位，依据加密基标点进行施工测量控制，减少了数据转换误差，确保了数据的精准性。

本发明的大跨度的柔性钢桥，与常规的桥梁相比，在变形方面、成桥、施工过程中的变形量有较大的区别，通过综合考虑荷载、温度及轨道结构设计高度对高程的影响后拟合修正后的轨道线形，在根据差值铺设道床；在分段施工排轨的过程中，运用相对高程差值固定控制法再次修正，有效的解决了桥面高程时刻处于动态变化的特性对桥面铺轨影响的难题，在国外国内首次实现了大跨度柔性自锚式悬索桥在地铁领域的运用，为后续大跨度柔性桥地铁范围的铺轨施工提供了思路。

附图说明

图1为本发明的重庆鹅公岩轨道专用桥的结构示意图。

图2为本发明的加密基标点布设的结构示意图。

图3为本发明的实际模拟轨道桥面线形与原设计轨面线形图。

图4为本发明的高程温度拟合线(钢结构升温10度)。

图5为本发明的高程荷载拟合线。

图6为本发明的铺轨坡段划分图。

图7为本发明的散水坡的结构示意图的截面图。

附图中标记的含义如下：1、板缝，2、道床，3、加密基标。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，大桥包括主桥及两端的引桥，支撑主桥的塔柱设置在主桥的两端侧，包括以下步骤：

S1、高程控制及基准：以塔柱为基准控制高程，引桥由绝对高程来控制，主桥相对塔柱以结构厚度来控制，主桥和引桥的接头处用绝对高程来控制；

S2、根据CPⅡ控制点沿梁面放样轨道线路的控制基标，控制基标，包括平面控制点和高程控制点；于曲线段放样间隔为60米，于直线段放样间隔为120米；再沿轨道线路的中线放样铺轨的加密基标；加密基标的布设位置，位于相邻的道床的板缝中线与线路中线的交叉点处，间隔为5米；道床优选为隔离式减震垫道床；

S3、采用电子水准仪以全线闭合的方式，在温差低、温差变化小的时间段内获取梁面温度对控制基标的高程的影响数据，确定加密基标的测设时间及道床的浇筑时间段，并制定加密基标的高程温度拟合线；

S4、根据后期施工的荷载及其布置点，制定荷载对加密基标的高程影响的高程荷载拟合线；荷载包括轨道、轨排、防抛网、声屏障、疏散平台、防撞护栏、人行道板、消防水管、通讯电缆、缠丝、猫道；

S5、调线调坡：用高程温度拟合线、高程荷载拟合线和轨道结构设计高度修正实测的大桥梁面线形，获得铺轨拟合线形；

S6、根据铺轨拟合线形的轨面和实际梁面的高差，计算道床的结构厚度，并铺设道床；

S7、依铺轨拟合线形，逐段架设轨排后，以相对塔柱的相对高程的差值对轨排进行精调，再于轨排上铺轨。

轨道线路若为单向轨，轨道的轨条对称的设于梁面中心线的两侧，即梁面的中心线即为轨道线路的中线。

轨道线路若为双向轨，往返轨道轨对称的设于梁面中心线的两侧，因梁面设有一定坡度的散水破，因此，在梁面一侧的轨排架设时的施工过程中，需进一步考虑散水破的倾角而导致的高程差，方法为：

以梁面中心线为基准，两侧的轨道线路均以靠近中心线一侧的轨条作为基准轨，基准轨处的结构高度为：D＝A-B*C，

式中，D为基准轨处的结构高度，A为铺轨拟合线形的轨道结构高度，B为散水坡的坡度，C为基准轨中线和加密基标点的距离。

以重庆鹅公岩轨道专用桥为实施例，测量及施工过程符合下述标准及规范：

1、《国家一二等水准测量规范》GB12897-2006；

2、重庆轨道施工工程施工图；

3、重庆轨道施工测量管理办法；

4、重庆轨道施工测量技术规定；

5、《工程测量规范》GB50026-2007；

6、《城市轨道交通工程测量规范》GB/T 50308-2017；

7、《城市测量规范》CJJ8-99；

8、《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-2003。

重庆鹅公岩轨道专用桥，是重庆轨道交通环线二期贯通的控制性工程，位于鹅公岩长江大桥(公路桥)上游约70米处，全长1650.5m，主桥跨度为600m，是双塔双索面、自锚式悬索桥，以梁面中心线铺设往返双轨道线路。

桥跨布置为109.279m(混凝土梁)+949.84m(钢箱梁)+522.15m(混凝土梁)，大、小里程端引桥均为混凝土预应力箱梁，主桥为6m节定制钢箱梁。

梁的形式为949.84m长钢箱梁，上部轨道结构高度540mm，道床块为轻荷载隔离式减振垫道床，其余为承轨台式块状道床。全桥里程为Z(Y)DK38+868.865-ZDK41+430/YDK41+360，平曲线9条，最大半径为2700，最小700；竖曲线最大半径为11000，最小半径3000；最大坡度为30.667‰，最小坡度为2‰。行车设计速度80km/h。桥结构如图1所示。

轨道放样与测量方法的步骤为：导线点布设→导线接收、复测→控制基标点布设、复测→加密基标点布设→大桥拟合线形→轨道拟合线形→逐段轨排架设→轨排精调→逐段施工完成复测→总体贯通测量调整。

1、导线点布设：

导线点通过采用GPS依据地方水准控制点引至大桥两岸建立二等水准控制点(CPⅡ)，再通过2个控制点建立全桥不同结构位置处的10对导线点，分别在桥墩东、西塔台处各1对；大、小里程引桥端防撞墙顶部各4对。高程控制点两处，大、小里程引桥各2处。坐标点见下表1。

导线点采用预埋套筒，东、西塔台采用外悬挂固定支架套筒，高程控制点采用预埋钢棒。采用该种导线构成立体交叉三维坐标体系，在主跨钢箱梁测量放样时，能够有效通过前后段导线点修正因桥梁受温度与活载影响的收缩变形测量误差，提高测量精度。

表1.鹅公岩轨道专用桥导线点

2、导线接收、复测：

采用全站仪的多测回测角的功能，对原布设CPⅡ控制点进行4个测回的测量，取其实测角度、距离数值的平均值；将设计的角度、距离值进行对比，其中角度中误差±2.5″，测距中误差±4mm，并满足一级导线精度1/35000为复测合格数据。实际现场结构满足测量要求(见下表2)。否则不合格，需重新联测原二等水准点进行闭合。

表2.导线严密平差计算表(右线)

3、控制基标点布设、复测：

施工基标控制点测设是轨道铺设的基准，尤其是基标测设的精度将直接影响轨道线路铺设的施工质量。

鹅公岩轨道专用桥铺轨线路含有直线和曲线，根据设计要求直线段每120米、曲线段每60米设置控制基标点。需要对控制基标点复测，确保基点变化率满足规范误差，若某点不满足，可通过双塔台座固定的控制点联合满足要求的控制基标平差重新放样该基标点。

4、加密基标点布设：

主桥钢箱梁部分道床形式为隔离式减振垫道床，为不影响后续施工，加密基标点布设位置位于相邻隔离式减震垫道床板板缝中线与线路中线交叉的位置，左右线分别190块板，共设置380个。基标和桥面采用胶结，待后期道床浇筑完成后在道床上恢复铺轨基标。

主桥及大、小里程混凝土梁段承轨台式道床基标点，设置在轨道中心线位置；每5米设置一个加密基标，每孔混凝土梁根据梁长确定点位个数，采用不锈钢螺栓在梁面钻孔埋设。为保证后期线路铺设的精准性，要求大桥土建单位采集数据测量所用基准点必须是铺轨单位所设置加密基标点。加密基标点布设如图2所示。

道床板长为5000mm，板缝100mm。

5、大桥拟合线形：

施工前收集轨道专用桥桥梁竣工平面、高程控制测量、中线测量和横断面测量的测绘成果资料。并监控量测鹅公岩轨道桥沉降及预拱度数据、混凝土梁段混凝土徐变稳定数据、桥梁监测数据；

根据收集的测量数据资料进行调线调坡模拟设计，当实际模拟轨道桥面线形与原设计轨面线形相差大于10cm，则需要进行调线调坡。

如图3所示，为实际模拟轨道桥面线形与原设计轨面线形图，其中实际模拟轨道桥面线形，为根据当前实测主桥状态并考虑了后续的荷载推定的桥面轨道线形图。

考虑到列车荷载下主梁的下挠，桥梁专业在设计线形基础上，对主跨预设了抛高；桥梁建设过程中，进一步明确后的二期荷载数值有所下降，从而使主跨线形上挠、边跨线形下挠。

根据实际，预计主跨跨中恒载下成桥高程将比设计高程高约80cm，边跨跨中恒载下成桥高程将比设计高程低约12cm。

5.1、高程温度拟合线

通过分析桥梁监测资料，鹅公岩轨道专用桥夏季00:00至5:00时间段桥面温度较低，温差变化小，最为稳定。考虑温度对钢箱梁的影响，为保证桥梁施工控制期间控制测量的稳定，要求测量人员每日1次(凌晨00:00至5:00)对鹅公岩大桥铺轨控制基标高程定点采样并记录当时实测温度。桥面温度测量采用红外测温仪，每一个小时测量一次。根据大桥设计及监测单位要求，为了确保采集数据的可取性，基标高程数据应连续采集一周。然后针对变化规律制定铺轨加密基标的测设时间及混凝土浇筑时间段，并制定加密基标的高程温度拟合线。

如图4所示，为钢结构升温10摄氏度的温度变化对主桥的影响，最大下挠值约为50mm，发生在主跨跨中。最大上挠值约为4mm，发生在边跨。

图中，P11、P12为小里程端桥墩，P15、P16为大里程端桥墩，P13、P14分别为东、西塔墩。

5.2、高程荷载拟合线

后期荷载的施工，主要包括轨道、防抛网、声屏障、疏散平台、防撞护栏、人行道板、消防水管、各种通讯电缆、缠丝、猫道拆除等等。

根据以上各荷载单元的理论重量，根据奥地利TDV桥梁建模计算软件得到如图5所示的后期施工的荷载对加密基标的高程影响的高程荷载拟合线。最大下挠值约为717mm，发生在主跨跨中。最大上挠值约为40mm，发生在边跨。其中，轨道结构荷载引起最大下挠值约为612mm。

高程荷载拟合线，为在原悬索桥梁钢箱梁纵桥向坡度变化静止的情况下，每增加一项荷载，相对的柔性悬索吊着的钢梁桥面承重增加，通过提前把后期所有桥梁可能受到的荷载全部叠加计算后，形成全桥整个所受荷载集合，从而得到高程荷载拟合线。

从5.1和5.2可见，轨道结构荷载和温度，这两个因素对主梁高程变化影响大，因而在铺轨调线调坡过程中，将轨道和温度两个因素单独提出，其他因素一并考虑。

5.3、铺轨拟合线形

基于上述调线调坡的依据：铺轨拟合线形＝实测大桥梁面线形+高程温度拟合线+高程荷载拟合线+轨道结构设计高度。

铺轨拟合线形(1)通过大桥第一次通桥测量结果结合监控结果来拟合验算，从而评估比选桥梁结构的最终稳定线型；(2)根据线路最小坡度不小于2‰的原理、列车长度等相关规定和大桥稳定线形；(3)再根据不同时期施工荷载不同的高程拟合线以及一定范围内的温度拟合线密切配合，拟合线路线形。确保满足桥梁、轨道专业相关规范要求及列车运行平顺性。

鹅公岩轨道专用桥线路线形原设计分为5个坡段，根据实际拟合最终确定分为8个坡段，如图6所示；最小坡长满足设计规范140米的要求，坡差均小于2‰。

6、施工过程测量控制：

鹅公岩轨道专用桥以大桥梁面的中心线为基准，向两侧设置有1.5％的散水坡。根据上述铺轨拟合线形的结构高度，往返轨道线路均以靠近中心线的轨条作为基准轨，进行数据推导，如图7所示，推导参数见下表4：

表4测量数据控制推导表

于基准轨处需要调控的道床厚度：F＝D-E，式中，E为轨道厚度。道床根据厚度F值于现场用混凝土一体浇筑而成，浇筑时间段为上述步骤S3所确定的浇筑时间段。

7、相对高程差值固定测量法铺轨

首先，定基准轨：利用控制基标点作为后视点，在轨排中间段架设电子水准仪，测量加密基标点的高程及相应的基准轨轨面点的高程，得出数值与基准轨的铺轨拟合线形的轨道结构高度比较，以调节基准轨轨面高程；

其次，定对轨：采用10米弦线在初步调整好的轨排段配合钢轨尺量取轨道方向，采用弦线量取时，预先在轨道上每2.5m标识量取小点，每5m量标识量取大点，通过10米弦重叠压点完成调整段的细化调整；

上述过程反复循环调整，直至线路调整数值符合设计要求。

8、分段施工轨道的复测

在施工的过程中，桥梁的因受施工荷载等的影响，时刻是一个动态的变化过程。针对在道床浇筑以后，实际发生的恒载数值会有偏差，实际发生的恒载数值会有偏差，因而需要对成型后的线路进行复测(见下表5)，确保浇筑完成的线路在允许误差范围之内，方可继续施工。

如若浇筑段测量线路数据与设计要求不符，应及时与设计沟通，调整施工方案。最终全桥施工完成后，进行全桥贯通测量，统一线路调整。

表5.主桥50米复测数据表

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.大跨度自锚式钢箱梁悬索桥轨道放样与测量方法，其特征在于，基于梁面放样的轨道线路的控制基标，沿轨道线路的中线以一定的间隔放样加密基标；

以主桥两端侧塔柱的高程为相对高程，以温度和梁面荷载对各加密基标的高程的影响，结合轨道结构设计高度，修正实测的大桥梁面高度后铺轨；

所述方法包括以下步骤：

S1、高程控制及基准：以主桥两端侧的塔柱的高程为相对基准，主桥及主桥上的负载以其结构厚度控制高程；

S2、根据CPⅡ控制点沿梁面放样轨道线路的控制基标，再沿轨道线路的中线以一定的间隔放样加密基标；

S3、获取温度对控制基标的高程的影响，根据影响确定加密基标的测设时间及道床的浇筑时间段，并制定加密基标的高程温度拟合线；桥面温度测量采用红外测温仪，每一个小时测量一次；根据大桥设计及监测单位要求，为了确保采集数据的可取性，基标高程数据应连续采集一周；然后针对变化规律制定铺轨加密基标的测设时间及混凝土浇筑时间段，并制定加密基标的高程温度拟合线；

S4、根据荷载及其布置点，制定荷载对加密基标的高程影响的高程荷载拟合线；高程荷载拟合线，为在原悬索桥梁钢箱梁纵桥向坡度变化静止的情况下，每增加一项荷载，相对的柔性悬索吊着的钢梁桥面承重增加，通过提前把后期所有桥梁可能受到的荷载全部叠加计算后，形成全桥整个所受荷载集合，从而得到高程荷载拟合线；

S5、用高程温度拟合线、高程荷载拟合线和轨道结构设计高度修正实测的大桥梁面线形，获得铺轨拟合线形；依据：铺轨拟合线形＝实测大桥梁面线形+高程温度拟合线+高程荷载拟合线+轨道结构设计高度；

S6、依铺轨拟合线形，根据实测梁面和修正后的轨面的高差，计算道床的结构厚度，并铺设道床；于基准轨处需要调控的道床厚度：F＝D-E，式中，E为轨道厚度；道床根据厚度F值于现场用混凝土一体浇筑而成，浇筑时间段为上述步骤S3所确定的浇筑时间段；

S7、于道床上架设轨排后，于轨排上铺轨。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制基标，包括平面控制点和高程控制点；根据CPⅡ控制点沿梁面放样，于曲线段的放样间隔为60米，于直线段的放样间隔为120米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加密基标的点间隔为4-6m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度对各加密基标的高程的影响，基于温度对梁面的相对高程的影响。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中加密基标的布设位置，位于相邻的道床的板缝中线与轨道线路中线的交叉点处。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中高程温度拟合线，采用电子水准仪以全线闭合的方式，在温度低，温差变化小的时间段内测量数据后拟合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，轨道线路包括以梁面中心线对称设置的往返轨道；所述步骤S7中轨排的架设，还包括基于梁面散水坡倾角的水平调整，方法为：

以梁面中心线为基准，两侧的轨道线路均以靠近中心线一侧的轨条作为基准轨，基准轨处的结构高度为：D＝A-B*C，

式中，D为基准轨处的结构高度，A为铺轨拟合线形的轨道结构高度，B为散水坡的坡度，C为基准轨中线和加密基标点的距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铺轨，方法为：

A1、定基准轨：利用控制基标点作为后视点，在轨排中间段架设电子水准仪，测量加密基标点的高程及相应的基准轨轨面点的高程，得出数值与基准轨的铺轨拟合线形的轨道结构高度比较，以调节基准轨轨面高程；

A2、定对轨：采用10米弦线在初步调整好的轨排段配合钢轨尺量取轨道方向，采用弦线量取时，预先在轨道上每2.5m标识量取小点，每5m量标识量取大点，通过10米弦重叠压点完成调整段的细化调整；

A3、如上述过程反复循环调整，直至线路调整数值符合设计要求。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主桥段轨道线路的施工为按单元依次施工，单元长度为15-50m。

Images