桐梓河大橋大傾角隧道錨測(cè)量方案研究及應(yīng)用

晏雄成

（中鐵開發(fā)投資集團(tuán)公司，云南 昆明 650500）

1 工程概況

金仁桐高速公路桐梓河大橋是全線唯一控制性橋梁工程，全橋長(zhǎng)1422m，主跨為965m 鋼桁梁懸索橋，大橋橫跨桐梓河，隸屬仁懷桐梓兩市縣。其中仁懷岸相對(duì)陡峭，地處單面山坡，設(shè)計(jì)了98.5m 深雙幅隧道式錨碇和208m 高的索塔，基礎(chǔ)為18 根大直徑群樁加承臺(tái)結(jié)構(gòu)，引橋適應(yīng)地形設(shè)計(jì)為小跨度連續(xù)剛構(gòu)；桐梓岸橋位主要在接近山頂附近山坡上，地勢(shì)相對(duì)平緩，設(shè)計(jì)了嵌巖式擴(kuò)大基礎(chǔ)重力式錨碇和140m高的索塔，基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)加單樁地基補(bǔ)強(qiáng)樁結(jié)構(gòu)，引橋?yàn)槌Ｒ?guī)6 孔40m 預(yù)制簡(jiǎn)支T 梁引橋。

隧道錨錨體主要由錨塞體砼、散鞍基礎(chǔ)、二襯、主纜錨固系統(tǒng)等組成。

隧道式錨碇二襯采用的是特殊的聚丙烯合成纖維鋼筋C35 混凝土，纖維摻量0.9kg/m，錨塞體采用C40 微膨脹聚丙烯合成纖維鋼筋混凝土，纖維摻量0.9kg/m，錨塞體及二次襯砌抗?jié)B等級(jí)不小于P12。散索鞍基礎(chǔ)為普通鋼筋混凝土。

隧道錨錨體內(nèi)預(yù)埋主纜錨固系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)采用預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)。

預(yù)應(yīng)力的方向在前錨面下1.5m 范圍內(nèi)鋼絞線直線段與索股方向一致，然后再按一定半徑在前錨面下一定范圍內(nèi)彎折到與理論中心線平行。

前后錨面為兩平行的平面；其與水平面的夾角為48°，間距為45m，理論散索點(diǎn)IP 點(diǎn)到前端錨固工作面的距離長(zhǎng)達(dá)35m。

錨固系統(tǒng)由主纜索股錨固連接構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力環(huán)氧鋼絞線錨固構(gòu)件組成。主纜索股錨固連接構(gòu)件主要組成部件有連接器、拉桿和相配套的附屬件；環(huán)氧鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)件系統(tǒng)由無(wú)縫管道、環(huán)氧預(yù)應(yīng)力鋼絞線及特制錨具、端頭保護(hù)罩等組成。拉桿上端與主纜索股熱鑄錨頭連接頭相連接，另一端與由環(huán)氧鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨杯于前錨面的連接器相連接。隧道錨錨固系統(tǒng)立面布置見圖1。

圖1 隧道錨錨固系統(tǒng)立面布置圖（單位：mm）

2 隧道錨整體施工方案

隧道錨開挖初支完成后，利用滿堂支架模筑施工后錨室二次襯砌，安裝錨塞體后錨面支架模板并利用洞身分層澆筑錨塞體，立模澆筑散索鞍基礎(chǔ)，安裝滿堂支架模筑施工前錨室二次襯砌和洞口明洞襯砌。1）隧道錨二次襯砌采用模筑鋼筋砼結(jié)構(gòu)，施作的合理時(shí)間主要根據(jù)施工組織順序和不同工況分析下的監(jiān)測(cè)量測(cè)數(shù)據(jù)最后專項(xiàng)會(huì)議確定，主要目的為盡可能發(fā)揮初期支護(hù)的承載能力，使其成為主要承載部位，且不得突破其承載能力。后錨室二襯須在錨塞體施工前施作，待錨塞體及錨固系統(tǒng)施工完成后，再根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況依次施工前錨室二襯、散索鞍基礎(chǔ)及主纜通過段二襯，擇時(shí)施工洞口明洞結(jié)構(gòu)。2）主纜索股錨固系統(tǒng)剛性定位鋼結(jié)構(gòu)支架、無(wú)縫鋼管管道安裝定位鎖定調(diào)節(jié)支架采用現(xiàn)場(chǎng)安裝方式，根據(jù)施工組織需要，提前安裝，并用作鋼筋和砼澆筑施工平臺(tái)使用。每層錨塞體混凝土在澆筑過程中，須在澆筑前，認(rèn)真仔細(xì)，列表清單式檢查本層預(yù)埋無(wú)縫鋼管管道定位支架、預(yù)埋管道和連接頭及錨具、貓道、纜索吊裝系統(tǒng)錨固件等。主纜錨固系統(tǒng)預(yù)留管道定位支架和管道本身線性曲線控制點(diǎn)的測(cè)量放樣均采用三維坐標(biāo)測(cè)量的方法進(jìn)行，已滿足精度要求。3）錨塞體澆筑。按大體積砼分層澆筑、大體積砼溫控要求執(zhí)行砼澆筑前中后的施工要求即可。

3 隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)測(cè)量施工方案研究

3.1 測(cè)量任務(wù)

金仁桐高速桐梓河特大橋隧道錨施工測(cè)量任務(wù)見表1。

表1 隧道錨施工測(cè)量任務(wù)清單

3.2 測(cè)量人員及儀器配備

配置測(cè)量高級(jí)工程師 1 人，工程師 1 人，測(cè)量工4 人。主要測(cè)量?jī)x器見表2。

表2 主要測(cè)量?jī)x器

3.3 洞外控制點(diǎn)布設(shè)

隧道錨平臺(tái)修好后，在2 個(gè)洞口中心外分別埋設(shè)一個(gè)強(qiáng)制墩，保證隧道進(jìn)口中線能夠通視。待穩(wěn)定后，用徠卡全站儀TZ08 將其納入與其通視點(diǎn)的符合導(dǎo)線并平差出結(jié)果，并通過最近的高程點(diǎn)引入高程。

3.4 隧道錨洞內(nèi)導(dǎo)線及高程關(guān)鍵測(cè)量技術(shù)

因隧道錨傾角大，施工及測(cè)量工作困難，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作開展須結(jié)合洞內(nèi)施工的特殊性和特點(diǎn)布設(shè)相應(yīng)導(dǎo)線，以隧道錨明洞洞口測(cè)點(diǎn)為起始點(diǎn)，沿隧道錨中軸線平行中線布設(shè)，形成導(dǎo)線環(huán)。導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)采用混凝土灌注鐵心樁，且布設(shè)在施工干擾小，穩(wěn)固可靠的地方，必要時(shí)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

導(dǎo)線邊長(zhǎng)根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)的要求并考慮實(shí)際通視條件布設(shè)。由洞外向洞內(nèi)傳遞。洞內(nèi)的測(cè)角測(cè)距，在測(cè)回間采用儀器和覘標(biāo)多次置中方法，并采用多次照準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行觀測(cè)，已確保洞內(nèi)光線極暗條件下的測(cè)量精度和誤差修正。洞內(nèi)導(dǎo)線每延申1～2 個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)坐標(biāo)采用條件平差或間接平差，起算到洞口GPS 點(diǎn)進(jìn)行平差。隧道錨洞內(nèi)導(dǎo)線的坐標(biāo)和方位角，必須依據(jù)明洞外設(shè)定的控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位角進(jìn)行多次傳算，保證洞內(nèi)測(cè)量技術(shù)工作的精準(zhǔn)性。

隧道錨洞內(nèi)外水準(zhǔn)控制點(diǎn)要定期進(jìn)行聯(lián)測(cè)，建立精密的水準(zhǔn)控制網(wǎng)。由于隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)施工階段，均處于封閉的隧洞內(nèi)，且傾斜角度大，因此采用高精度全站儀三角高程法進(jìn)行測(cè)量。

3.5 隧道錨錨體施工測(cè)量技術(shù)

隧道錨錨塞體施工測(cè)量是一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)的工程，它不僅包括常見的模板工程放樣和砼測(cè)竣工工作，而且包括精度要求極高的上部結(jié)構(gòu)（散索鞍底板支座、主纜預(yù)留管道、預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)、定位支架）和重要臨時(shí)設(shè)施（貓道、纜索吊錨固件）的預(yù)埋預(yù)留，該類構(gòu)件的超量偏差，對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響極大。因此施工前根據(jù)設(shè)計(jì)文件，須多人多方法認(rèn)真計(jì)算上述特殊部件的三維坐標(biāo)，用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)控制測(cè)量定位。

復(fù)核設(shè)計(jì)圖紙上給出的主纜錨固系統(tǒng)局部坐標(biāo)是否準(zhǔn)確無(wú)誤后。建立以隧道錨散索點(diǎn)為原點(diǎn)，軸為索股中心線且滿足右手法則的平面直角坐標(biāo)系。

錨固系統(tǒng)隨著錨碇基礎(chǔ)及填芯混凝土施工逐層安裝定位，錨固系統(tǒng)測(cè)量流程：定位基架（基架、骨架、片架定位）→預(yù)應(yīng)力鋼管定位→后錨面錨墊板及槽口定位安裝→前錨面錨墊板及槽口定位安裝。測(cè)量方法：利用全站儀“三維坐標(biāo)”法，選用錨碇中軸線為基準(zhǔn)線，直接計(jì)算各點(diǎn)相對(duì)于隧道錨中軸線的里程、偏距、高程。

綜上可知，為了施工方便，使用隧道錨軸線坐標(biāo)（這樣可避免橋軸線與錨洞軸線 1.1178°的旋轉(zhuǎn)），以左洞為例。

確定理論散索點(diǎn)的施工坐標(biāo)系，及樁號(hào)、偏距、標(biāo)高數(shù)據(jù)，左洞散索點(diǎn)在錨洞軸線上坐標(biāo)為（70890，0，860），令設(shè)計(jì)院所給錨固系統(tǒng)下坐標(biāo)為（，，），施工坐標(biāo)系為（，，），則：

根據(jù)上述公式關(guān)系可計(jì)算出每根導(dǎo)管在前后錨面中心的施工三維坐標(biāo)。

根據(jù)圖紙給出的前后錨面之間導(dǎo)管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)尺寸驗(yàn)算，從中選擇計(jì)算出任意一條導(dǎo)管在任意長(zhǎng)度的導(dǎo)管中心設(shè)計(jì)坐標(biāo)，計(jì)算如下。

根據(jù)前后錨面設(shè)計(jì)坐標(biāo)（，，），（，，），可計(jì)算出前后錨面管道長(zhǎng)度：

式中：cos、cos、cos為空間方向余弦值，為測(cè)量點(diǎn)的管道長(zhǎng)度，Δ測(cè)量管道安裝長(zhǎng)度。

根據(jù)施工圖紙計(jì)算出定位鋼架預(yù)埋件的坐標(biāo)，在施工底板砼時(shí)預(yù)埋好，定位鋼架安裝前對(duì)其進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算，在定位鋼架時(shí)通過4 個(gè)點(diǎn)來(lái)定位，上下左右選4 個(gè)點(diǎn)來(lái)定支架，即定位鋼架的十字線，保證鋼架十字線那個(gè)面垂直于主纜中心線。

安裝前，利用徠卡全站儀TZ08 測(cè)出隧洞中軸線，定位鋼支架的基架4 個(gè)支撐角點(diǎn)采取在首次澆筑的砼中預(yù)留預(yù)埋，主要通過型鋼（角鋼）形式固定和定位。

該基架的安裝可以充分借鑒塔吊預(yù)埋支腿定位框架形式安裝，通過將支撐角點(diǎn)型鋼（角鋼）調(diào)整至設(shè)定的高程，并測(cè)算4 點(diǎn)相對(duì)高程來(lái)加以安裝和定位，確保4 個(gè)角點(diǎn)位置準(zhǔn)確，依次安裝基架。

調(diào)整基架上的4 個(gè)角點(diǎn)的空間位置，利用設(shè)置在基架底面4 個(gè)調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，使值和高程調(diào)節(jié)在規(guī)范規(guī)定內(nèi)，方向可通過片架的左右進(jìn)行精調(diào)。

定位鋼支架骨架通過天線系統(tǒng)安裝初步就位后，用全站儀測(cè)量骨架背面任意幾點(diǎn)，記錄高程值和值。

式中：、分別為基架頂面最高點(diǎn)的坐標(biāo)和高程；、為所測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

利用上述公式可判斷斜面是否正確。

定位鋼支架骨架安裝好后，片架安裝有相對(duì)的參考物和著力點(diǎn)更簡(jiǎn)潔易行。通過測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)提前計(jì)算出各個(gè)斷面片架上搭放預(yù)應(yīng)力管道的圓弧板的頂面中心坐標(biāo)，即預(yù)應(yīng)力管道在該斷面的中心坐稱。該坐標(biāo)的計(jì)算主要是根據(jù)各斷面上，各管道中心間的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，與桐梓河特大橋橋抽坐標(biāo)系相聯(lián)系，井計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)值。

隧道錨設(shè)計(jì)為填塞類砼結(jié)構(gòu)，主要模板測(cè)量工作有前后錨固面定位。在錨具、槽口、預(yù)應(yīng)力管道端頭測(cè)量計(jì)算放樣施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)模板施工作業(yè)主要根據(jù)錨固面端部進(jìn)行模板加固即可。

主纜錨固系統(tǒng)中錨具、預(yù)應(yīng)力管道的安裝測(cè)量為錨塞體測(cè)量工作的重中之重，錨具、預(yù)應(yīng)力管道與鋼支架系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。施工時(shí)主要采用左右幅獨(dú)立建立局部坐標(biāo)系，進(jìn)行局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至桐梓河大橋坐標(biāo)值放樣，該類方法可快速方便地開展預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)部分施工測(cè)量。

因設(shè)計(jì)圖提供的管道參數(shù)為端部中心點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量前，須提前加工一個(gè)放樣圓盤，圓盤大小與錨杯錨固段內(nèi)徑直徑一致（圓盤外徑略小于錨杯內(nèi)經(jīng)，便于內(nèi)嵌），采用高精度全站儀按設(shè)計(jì)坐標(biāo)逐點(diǎn)放樣。

由于測(cè)量放樣預(yù)應(yīng)力管道時(shí)，鋼支架已經(jīng)進(jìn)行相對(duì)精準(zhǔn)的定位和安裝，因此在放樣前，先提前將各預(yù)應(yīng)力管道安放在初步設(shè)置的管道定位導(dǎo)向調(diào)節(jié)鋼支架上，然后按照錨固系統(tǒng)計(jì)算公式，對(duì)操作方便的控制點(diǎn)（原則上直管道區(qū)域選取2 個(gè)點(diǎn)，彎曲管道各控制點(diǎn)）進(jìn)行動(dòng)態(tài)三維坐標(biāo)放樣調(diào)節(jié)，待測(cè)點(diǎn)與計(jì)算的管道坐標(biāo)值一致時(shí)，才可以鎖定管道，進(jìn)入下一根管道測(cè)量，直至完成。因隧道錨錨固系統(tǒng)管道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可分成3～5 次結(jié)長(zhǎng)安裝。計(jì)算如下。

根據(jù)前后錨面設(shè)計(jì)坐標(biāo)（，，），（，，），可以計(jì)算出前后錨面管道長(zhǎng)度：

根據(jù)設(shè)計(jì)分段預(yù)應(yīng)力管道距離后錨面的安裝長(zhǎng)度Δ，則ΔL 對(duì)應(yīng)管口中心坐標(biāo)：

式中：cos、cos、cos為空間方向余弦值，Δ為管道測(cè)點(diǎn)安裝長(zhǎng)度。

因設(shè)計(jì)圖提供的管道參數(shù)為端部中心點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量前，須提前加工1 個(gè)放樣圓盤，圓盤大小與錨杯錨固段內(nèi)徑直徑一致（適當(dāng)小0.5mm 用于內(nèi)嵌），采用高精度全站儀按設(shè)計(jì)坐標(biāo)逐點(diǎn)放樣。

由于該橋散索鞍基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為獨(dú)立的擴(kuò)大基礎(chǔ)，散索鞍為支座式結(jié)構(gòu)，因此底板安裝控制可借鑒橋梁墊石支座施工及測(cè)量工藝。主要通過高精度全站儀放樣精加工的散索鞍支座底板4 個(gè)角點(diǎn)，放樣時(shí)須充分考慮底板角點(diǎn)頂面與砼表面關(guān)系，從而進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算放樣即可。

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)施工重點(diǎn)在于研究預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)、管道、錨面模板、定位支撐架的定位，并通過合理的測(cè)量公式和方法，將大傾角封閉區(qū)域內(nèi)，測(cè)量難度大的，精度極高的錨體錨固系統(tǒng)測(cè)量工作簡(jiǎn)單化，實(shí)現(xiàn)了利用既有高精度全站儀自動(dòng)編程自動(dòng)測(cè)算功能，減少了測(cè)量反復(fù)調(diào)整、反復(fù)驗(yàn)算的過程，在47°大傾角的隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)定位安裝施工順利完成，使隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)施工順利開展，為今后類似測(cè)量困難、精度要求高的上部結(jié)構(gòu)或狹窄區(qū)域高精度設(shè)備安裝提供依據(jù)，提高測(cè)量編程的實(shí)用性，減少了施工人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量難度，節(jié)約時(shí)間，使原計(jì)劃6 個(gè)月的隧道錨錨體及錨固系統(tǒng)施工工作提前了2 個(gè)月，同時(shí)減少了大量設(shè)備，合理縮短了工序時(shí)間，提高了施工效率，提高效益。