独塔单索面钢箱梁斜拉桥

独塔单索面钢箱梁斜拉桥

刘水清

——塔上索道管的定位原理与方法

刘水清(广东省长大公路工程有限公司)

摘要：本文结合深港西部通道工程深圳湾大桥通航孔桥的工程实践，介绍一种大跨斜拉桥主塔动态施工的条件下，索道管测量放样数据计算的理论和方法，该方法对深圳湾大桥的索道管施工测量具有实际的指导价值，对其他的类似桥型也有一定的参照意义。

关键词：斜拉桥独斜塔索道管放样数据

0引言

斜拉桥的上部构造主要地由索塔、斜拉索和主梁组成。在斜拉桥的施工监控中，斜拉索的应力和主梁的线形是其重要的内容，而斜拉索的线形主要由塔上索道管和梁上索道管的空间位置决定的，因此索道管是将斜拉索两端分别锚固在索塔和主梁上的重要构件。为了防止斜拉索与索道管口发生摩擦而影响工程质量，同时防止索道管锚固点偏心产生的附加弯矩超过设计允许值而影响工程安全，对索道管顶口和底口中心的三维空间坐标的测量放样，提出了高达±5mm的精度要求，所以说在大型斜拉桥的施工中，索道管测量放样数据的计算和定位，是一项精度要求很高、工作难度最大、对成桥质量影响显著的测量工作。

1通航孔桥概况

西部通道深圳湾公路大桥，位于深圳市西南侧，西北岸为深圳市南山区的蛇口工业区，东北部为深圳市新兴发展区和文化旅游区，东南部为香港新界的元朗和屯门地区，是跨越深圳湾海域的特大型桥梁。通航孔桥采用墩、塔、梁固结，变截面独斜塔单索面钢箱梁斜拉桥，主跨跨径为180m，跨径组合为180m+90m+75m，全长345m。主梁采用栓焊式流线形钢箱梁，梁高4.12m，标准节段长12m，全宽38.6m，总节数31节。

桥面以上索塔高115.874m，索塔呈中心线仰角80°倾斜状，深圳侧及香港侧塔柱倾斜仰角不同，其中深圳侧仰角为78.7°，香港侧仰角为81.3°,为变截面独斜塔。

2通航孔桥主塔索道管的设计参数和测量定位方法

塔上索道管的设计参数是相对于桥轴线坐标原点(主2＃墩高程为0的平面中心点)为坐标原点，顺桥向(指向香港方向)为X轴，横桥向(指向外海方向)为Y轴，指向高度方向为Z轴的通航孔桥的局部坐标系而言的。索道管的设计参数有：塔上锚点的三维坐标X、Y、Z，塔上索道管的出口方向α、β、γ，索道管的长度L和索道管的外径φ以及索道管锚垫板的厚度h等等。设计单位的设计图纸说明：斜拉索锚点的设计坐标按成桥位置计算，并对主梁索道管的出口方向角α、β、γ，已做了斜拉索自重产生的角度修正。

3不考虑主塔动态施工特性时的索道管测量放样数据计算的数学模型

现以主塔香港侧索道管为例，推导不考虑主塔动态施工特性，即设计成桥状态时的索道管测量放样数据计算的数学模型。

根据后锚点A的设计坐标、斜拉索梁上出口方向角和索道管的长度，按方向余弦原理可以推出出口中心点B的设计坐标为：

根据已推导出的B点的设计坐标、斜拉索塔上出口方向角和索道管的外径，按方向余弦原理可以推出出口端上下边沿点C和D的设计坐标分别为：

再根据已推导出的D点的设计坐标、斜拉索塔上出口方向角和L1、L2，按方向余弦原理可以推出索道管下边沿支撑点E的设计坐标分别为：

同理可推导出F点的设计坐标。有了支撑点的设计坐标和测量控制网点的实测坐标，就可计算出按极坐标法进行测量放样的放样数据。

4塔上索道管设计参数修正的理论和方法

斜拉桥对成桥线形即主梁线形有很严格的要求，一旦主梁线形偏离设计值，势必导致结构内力偏离设计值，从而影响斜拉索、索塔和主梁内力的分配，造成合拢困难。如上文所述，日照、钢箱梁定位等均会影响钢箱梁的实际位置与设计位置的偏差，也必将影响梁上锚钉的三维位置，从而影响整个斜拉索的线形；所以，在索道管的实际定位过程中应考虑这些因素而对索道管的实际放样数据作出修正。索道管设计参数的修正应主要考虑钢箱梁顺桥向(X)、横桥向(Y)及标高(Z)偏差这三个因素。深圳湾公路大桥是变截面独斜塔单索面斜拉桥，其两侧锚管的变化是不对称的，对成桥状态下索道管测量放样数据计算模型进行修正时，应在进入有斜拉索区的施工前，对独斜塔进行24小时的变形观测，根据变形观测数据与原有的数学计算模型进行对比和修正。但独斜塔的施工要求在施工完前三对斜拉索后，对前三对索进行张拉后才能进行后续的塔柱和斜拉索施工，此时应重新对独斜塔进行24小时的变形观测，再与数学模型计算数据进行对比与修正，从而使索道管放样数据计算的方法更趋科学和合理。

4.1钢箱梁标高定位偏差引起的后锚点高程改正假定由钢箱梁标高定位偏差而引起的锚钉标高偏差值为ΔH，那么为了保持斜拉索的线形，塔上索道管的标高也应改变相同的偏差量，由于索道管上其他坐标的计算都是由后锚点起算的，因此只需对后锚点进行此项修正，便相当于对其他坐标也进行了此项修正。修正后的后锚点的高程为：Z′=Z+ΔH

4.2钢箱梁顺桥向定位偏差引起的塔上索道管出口倾角改正如下图1所示，当钢箱梁顺桥向定位有偏差时，锚钉的实际位置M与设计位置N的距离为ΔS，后锚点与锚钉的高差为H，则，修正后的倾角为：γ′=arctg(ΔS+S)/H

据此倾角改正即可根据后锚点的改正坐标计算出其他点的改正坐标。

经此改正后，索道管放样数据计算的理论数学模型已经建立，但是，在实际施工中，由于通航孔桥的主塔是一斜塔，因此在索道管定位过程中应在顺桥向加上一预偏值ΔX；和独斜塔受日照影响而产生的横向位移值ΔY，ΔY值根据独斜塔的24小时变形观测数据进行确定；根据以往的施工经验，在浇注混凝土后和全桥斜拉索张拉后，索道管会产生一定的沉降i；这三个值均由施工监控单位给出。

综上所述，经过修正，后锚点的数据为：

X′=X+ΔX

Y′=Y+ΔY

Z′=Z+ΔZ+i

其他数据均可由后锚点数据为依据而计算出——只需将γ改为γ′即可。

5结束语

5.1大跨钢箱梁斜拉桥施工动态特性显著，塔上索道管的安装和测量定位必须考虑这一特点，为此应推导出一种在动态施工条件下的索道管放样数据计算模型；

5.2文中分析了钢箱梁定位对索道管定位影响的规律和大小，并导出了钢箱梁定位偏差对索道管后锚点坐标和套筒出口方向角修正值的计算公式；

5.3本文首先推导了塔上索道管在成桥状态下的放样数据计算模型，通过对模型中索道管设计参数的修正，便可得到动态施工条件下的索道管放样数据计算的模型；

5.4本文所提出的理论和方法，已应用在深圳湾大桥的施工实践中，对其他类似桥型的施工，具有一定的参照价值。