马 宏 杰

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)



高速铁路下承式系杆拱桥拱肋安装线形控制研究

马 宏 杰

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)

结合济青高铁144 m系杆拱工程实践，介绍了下承式系杆拱桥拱肋的安装方法，并从工程测量方面入手，对拱肋轴线的空间坐标计算方法进行了研究，解决了拱肋线形控制的难题，有效地提高了拱肋拼装精度。

高速铁路，系杆拱桥，拱肋拼装，坐标转换

1 工程概况

新建济南至青岛高速铁路邹淄特大桥，在367号墩～368号墩通过144 m下承式无砟双线系杆拱桥跨越青银高速，为全线跨度最大的特殊孔跨，上部结构采用梁拱组合体系，系梁全长148 m，计算跨度144 m,拱肋矢跨比为f/L=1∶5，拱肋轴线立面投影矢高28.52 m，拱肋采用二次抛物线,在横桥向内倾8°呈提篮式,采用尼尔森吊杆体系。拱肋截面采用哑铃型钢管混凝土等截面，截面高度h=4 m，钢管外径为1.3 m，由20 mm钢板卷制而成，拱肋内灌注C55自密实混凝土。拱肋间设置6道K撑和1道一字撑，一字撑采用1.5 m的圆形钢管组成，斜撑采用 0.9 m的钢管组成，钢管内不填充混凝土。

该桥设计时速350 km/h，线路曲线半径8 000 m，轨道采用CRTSⅢ型板式无砟轨道，线间距5 m，桥面纵坡坡度0.15%，该结构物正常维护条件下设计年限为100年。采用先梁后拱、曲梁直做工艺，梁的平面位置以梁体中心线按平分中矢布置，梁体向左偏移f=17 cm，如图1所示。

2 安装方法

144 m下承式钢管混凝土拱桥拱肋采用临时支架法进行安装，将每侧拱肋分成14个节段在钢结构加工厂进行制造、预拼装，运至现场安装。拼装前首先在张拉完成的系梁梁面上方对应拱肋支点位置下方安装支架，每侧设置7榀临时支架，前后对称布置，支架顶部设有支撑梁和定位工装，通过测量放样。然后利用吊至桥面的2台25 t汽车吊对称拼装拱肋构件、6道K撑及1道一字撑。拱肋构件出厂前，在拱肋上管和下管将控制拱肋线形的测点做好标记，便于现场控制,如图2所示。

3 拱肋坐标计算

设计图纸给出的坐标无法利用全站仪直接测量放样，为方便施工测量，拱肋安装坐标计算时需要在多个坐标系统中进行转换，计算过程需考虑线路纵坡，预拱度，梁体平分中矢等影响因素。

3.1 拱肋坐标系统定义

拱肋轴面独立坐标系统(x0，y0，z0):原点为拱肋中心线与支座中心线交点，即x0轴——顺桥向(大里程为正)，y0轴——竖向(沿拱肋中心面，向上为正，内倾8°)，z0轴——面向大里程右手侧(垂直于x0y0平面)。

拱肋独立坐标系统(x，y，z):x轴同x0轴，y轴——竖向(垂直梁面，向上为正)，z轴——面向大里程右侧(垂直于xy平面)。

拱肋平面坐标系统(X,Y,Z)：同设计单位提供的测量坐标系统相同。

拱肋坐标系统示意图如图3所示。

3.2 拱肋坐标计算

a=arctan(y′+i)=arctan(0.8-0.011x0+0.001 5)

(1)

取拱肋轴线任意一点m作为研究对象，m点坐标(xm,ym,zm)，则拱管上下缘m1,m2在拱轴平面的坐标(x0m,y0m,z0m)为：

(2)

将拱肋轴线坐标轴绕x轴旋转8°，则拱管上下缘m1，m2的拱肋独立坐标(x,y,z)为：

(3)

3.3 梁体中线坐标计算

邹淄特大桥144 m简支拱系梁采用曲梁直做工艺，梁体和拱肋轴线均按直线段坐标处理，取线路中线与梁端线左移17 cm后交梁端于a,b两点为平分中矢后的梁体新轴线，αab为梁体中心线起点坐标方位角，该角度值可通过图形法或梁体中轴线起终点坐标差反算求出。Xa,Ya为梁体中线与梁端交点a处的平面坐标，此坐标系统与设计给出的系统相同，梁体中线上任意一点处的坐标(Xz,Yz)为：

(4)

3.4 拱肋平面坐标转换

为方便现场技术人员利用全站仪进行放样，需将拱肋独立坐标转换成与设计线路相同的坐标系，根据图纸可知拱脚原点距梁体中线的距离为8.45 m,则拱肋上下缘m1,m2位置对应中线的横距为H(1,2)=8.45-z(1,2),则拱肋平面坐标为：

(5)

3.5 拱肋高程计算

受拱肋自重、二期恒载、预应力及混凝土收缩徐变产生的累计挠度影响，拱肋安装时需要设置向上的预拱度，全桥拱肋预拱度按二次抛物线设置，其中拱顶最大预拱度为42.3 mm。则考虑桥面标高h及预拱度δi后的拱肋上下缘高程为：

Z=h+δi+y1,2

(6)

通过式(1)～式(6)，先确定拱肋支点距拱肋原点的水平投影距离x,代入式(1)中求出拱肋轴线切线与梁面的夹角a，将x代入拱肋轴线抛物线方程求得ym，将ym代入式(2)，求出拱轴线上下缘距ym距离y0m12，将y0m12代入式(3)求出拱管上下缘在xy坐标系中的位置(x,y,z)，将该坐标代入式(4)～式(6)便可求出同设计坐标系相同的拱肋定位坐标。同时利用该方法可求出其他需要测量位置的坐标。

4 测量放样

拱肋在车间制造时提前将现场控制拱管的测点标记在上下拱管上。吊装就位过程中，利用已定向的全站仪和架设在测点上的前视反射棱镜，将计算出的线型坐标数据输入全站仪，通过吊车配合，不断调整拱肋构件及棱镜的位置。最终将拱管位置调整至符合规范要求的位置，用型材焊接固定。拱肋各节段高程通过全站仪进行测量控制。

5 节段拼装质量要求

拱肋拼装过程中及成拱后需要通过全站仪对拱肋安装的各项指标进行检查验收，具体检测项目及允许偏差如表1所示。

表1 检测项目及允许偏差表 mm

6 结语

钢管混凝土作为组合结构的一种，广泛应用于大跨度桥梁工程，此类结构借助拱管管壁对混凝土的套箍作用，提高了混凝土的延性和抗压强度，将钢管和混凝土这两种材料有机的结合，解决了拱桥材料的高强化和拱桥材料的轻型化的问题。通过拱肋安装阶段对钢管平面位置及标高的精确计算和控制，使拱肋的几何线形最大限度地达到设计值，充分发挥组合结构的各项性能，是实现钢管混凝土拱桥质量目标的关键。

[1] 李恩良.客运专线大跨度提篮拱桥拱肋定位坐标计算方法[J].铁道标准设计,2012(1)：118-120.

[2] JGJ/T D65—06—2015，公路钢管混凝土拱桥设计规范[S].

[3] TB 10752—2010,高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].

[4] 胡伍生,潘庆林,黄 腾,等.土木工程施工测量手册[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

Study on linear installation control of bottom tied-arch bridge arch-rib of the express railway

Ma Hongjie

(ChinaRailway3rdBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

Combining with Ji-Qing express railway 144 m tied-arch bridge engineering practice, the paper introduces bottom tied-arch bridge arch-rib installation methods. Starting from the aspect of engineering measurement, it studies the spatial coordinate calculation methods of the arch-rib axis. As a result, it solves the arch-rib linear control difficulties and effectively improves the arch-rib assembling accuracy.

express railway, tied-arch bridge, arch-rib assemble, coordinate transformation

1009-6825(2017)07-0174-03

2016-12-28

马宏杰(1983- )，男，工程师

U448.225

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