南京长江三桥主塔墩基础大型双壁钢套箱施工测量技术
黄 腾1 ，魏浩翰1，杨树荣2
（1. 河海大学土木工程学院，南京 210098； 2. 南京长江第三大桥建设指挥部，南京 210028）
摘 要 全面阐述了南京长江三桥南主塔墩基础大型双壁钢套箱施工过程的测控技术，针对大型双壁钢套箱的特殊结构形式，研究了初步定位和精密定位的方法。采用三角形斜边量距法，有效地解决了水上浮动状态下，钢套箱的接高难题和倾斜度等多项指标的控制，并论述了钢套箱精密定位特征点的找寻，钢护筒精密定位的方法等。为大型斜拉桥的建设提供可行的钢套箱施工测量方法，指导主塔基础的套箱施工。
关键词 钢套箱；三角形斜边量距法；施工测量；定位；接高
。。。。。。。。。。。。。 of Nanjing NO.3 Yangze river Bridge
Huangteng， W ， Y
Abstract:
Key words : ； ；construction survey；
1 引言
特大型桥梁主墩基础工程，因墩位处水深流速大，地质条件复杂，通常采用双壁钢围堰施工方法，我
[1]
国已建成的特大桥梁多座都是采用此方法。实践证明，对于圆柱体的塔墩基础，利用钢围堰下沉法施工具有良好的安全性和经济性，其施工测量方法也有较全面的文献报道。
正在兴建的南京长江三桥，桥长4.744km，桥型为主跨648m的“双塔三跨式”钢箱梁斜拉桥，主塔系国内首次采用全钢结构，其基础呈哑铃形体，而南塔墩又位于长江主流水急深40余米的深泓区，施工环境复杂，工程难度大，不可预见因素多，若采用成熟的钢围堰下沉法施工既不经济，技术上也存在着较大的难度，因此，设计提出了采用钢套箱加钻孔灌注桩的新型施工工艺，即制作一个俯视呈哑铃形，长84.0m（φ29.0m+26.0m+φ29.0m），高22.1m的大型双壁钢套箱，如图1所示。钢套箱双壁间可以注水使其下沉（和双壁钢围堰类似），中间底板预留30个φ2.0m钻孔灌注桩孔，当钢套箱就位后，30根钻孔灌注桩的钢护筒逐个穿过钢套箱预留孔垂直下插入水下泥层、钻孔、灌注混凝土成桩，然后再作钢套箱封底和承台的施工。该技术系国内首次采用，也是迄今为止长江桥梁史上最庞大的水下基础工程。（注：北塔墩水深较浅，则采用钢管桩平台方案）。由于钢套箱结构庞大，虽采用了锚缆设施、定位船、导向船组三大部份组成的锚碇系统固定，仍始终处于较大的浮动，同时，在水上还需进行2层（6.0m+6.0m）分片拼装接高，以及30根钢管桩护筒下沉、精密定位和着床等一系列工作，因此，给施工测量提出了更高的要求。如何有效地解决钢套箱浮动状态下接高测量、接高后上口定位特征点的找寻及钢护筒定位架的定位、钢护桶精确着床措施等施工测量问题，对实现设计思想、保证结构理想受力、确保工程质量和进度至关重要。
图1 钢套箱结构示意图
2 大型双壁钢套箱的初步定位及接高测量
大型双壁钢套箱施工时，先在岸上制作一7.8m高的首节套箱，然后浮运到桥墩位置，经初步定位后，再进行2层边接高边加重（注水）下沉。 2.1 钢套箱的初步定位测量
初步定位的目的是保证钢套箱在接高过程中能处于一个相对平稳的状态以及接高完成后钢护筒能精确着床。因此，需控制平面位置的偏差和首接上口的水平度（或者钢套箱的垂直度），分别通过调整锚碇
[2]
系统和钢套箱各隔舱注水量来实现，控制指标为平面位置±1m，扭角±1°,垂直度1/500。
为控制钢套箱的平面位置及垂直度，首先对首节钢套箱精确分中，在其顶面确定A、B、C、D四个对称的特征点（见图2），通过测定4点坐标来掌握钢套箱的实际位置及姿态。考虑到钢套箱时刻处于浮动的状态，在岸上两个通视情况良好的控制点上各架设1台高精度全站仪Leica TCA2003（测角0.5″，测边1mm+1ppm），利用极坐标法同时测定对称点A、B或C、D的三维坐标，也就是某台全站仪测量A点时，另一台仪器则测量B。
南下游北上游图2图2 钢套箱特征点示意图
设A、B、C、D四点实测的空间坐标分别为（XA、YA、ZA），（XB、YB、ZB），（XC、YC、ZC），（XD、YD、ZD），则钢套箱对称中心O(Xo、Yo)的实际平面位置为：
XA?XBXC?XD?22 （1）
YA?YBYC?YDYo??22Xo?扭角(AB偏离桥轴线的夹角)为: ??arcsin
南北方向的垂直度为：
XC?XDY?YB (2) ?arcsinALCDLABZA?ZB （3） LABZC?ZD （4）
LCD上下游方向的垂直度为：
式中LAB、LCD分别为AB和CD的长度。根据钢套箱的实时测量结果来对锚碇系统（见图3）的调整，即可使钢套箱对称中心逐步就位到桥墩的设计中心，并根据XC与XD或YA与YB的差值来调整钢套箱的扭角使其小于±1°,同时通过控制钢套箱各隔舱注水量来调节套箱的垂直度.各项调整是相辅相成的,必须反复进行,
最终达到允许范围内。为确保无误，应在不同的控制点架设全站仪测量或交替测量对称特征点，进行观测比较及检验。
[3]
利用2台全站仪极坐标法进行钢套箱的定位测量，与传统的角差——位移图解法相比，工作内容大为简便，并可很好的解决通视问题。
水流方向联结梁导向船岸 侧江 侧定位船图1图3 南京三桥钢套箱锚碇系统示意图 2.1 钢套箱接高测量
钢套箱每层四周共分48个拼接块件, 在岸边临时加工船上制作，为便于施工作业面的开展以及套箱姿态的平衡和倾斜度控制,以4个对称的位置同时拼接。接高段和首节段的设计指标一样,要求套箱圆端半径和系梁段宽度误差≤0～+20mm, 两圆心之间距离误差≤±10 mm, 总长度误差≤0～+40mm，倾斜度≤±H/1000(H为套箱高度)。接高的控制指标较多,对于处于水上浮动状态的钢套箱, 接高过程中每项指标都控制是难以实施的,必须抓住控制重点。考虑到首节段是在岸上船坞平台上制作的,并采用仪器精确放样,首接成品检测结果均远高于设计指标，因此，在接高过程中，只要控制住倾斜度，其它指标就控制住了。 钢套箱虽然被固定在导向船和连接梁中,并有锚碇系统控制,但仍处于较大的浮动,因此，测量仪器无法整
[3]
平，诚然文献中介绍的倾斜经纬仪法是针对水上圆形钢围堰接高时浮动特点建立基准面的切实可行方法，但对于南京三桥钢套箱的特殊结构形式却难以实施，必须采取其它有效的方法来控制。根据南京三桥钢套箱特点及实际情况，采取三角形斜边量距法，获得了满意的效果。
以圆端块件定位为例，具体做法是：每块拼接时，先进行拼接块的下口定位，在首节钢套箱顶口水平环板上设置导向、限位三角钢板，使块件自动、准确地滑向要求的位置上，使隔仓板准确对接，并保证块件底口外弧对正首节套箱外弧。这样空间状态的块件就只有上口能沿圆弧法线一维方向活动，由图4可知，D、H为已知量，只要控制住三角形斜边长度LX，即可保证拼接块件的倾斜度及上口的圆弧度与首节钢套箱一致。三角形斜边量距法就是通过用钢尺量距控制住LX达到定位拼接块件上口的目的，LX为过钢套箱圆心的线段，其竖直投影实际上就是套箱内径，量距时，钢尺上端置于拼接块件的上口点，下端置于与上端点圆心直径对称点的首节套箱上口，每个块件一一控制多个对称端点即可保证拼接块件上口的圆弧度及其倾斜度。LX可由下式算得：
2‘2 LX=H?(D??/2??/2) （5）
式中：
D——套箱圆形部分设计内径，为26.000m，如实测位置为水平托板内边时取25.980m； H——块件的实测高度；
△——套箱直径收缩量，取10~30mm；
△′——前一节段套箱实测内径公差值，当实测值大于设计值时为负值，反之为负值。
同样，直线系梁段块件定位基本与圆形端块件定位方法雷同。在三角形斜边量距中，若采用Lieca DISTO手持激光测距仪(精度：±1.5～3mm)测量LX，不仅可以提高测距精度，还能避免钢尺量距中的垂曲
误差，大大保证拼装精度。
钢套箱经两层接高后通过对其成品的检测，各项指标都优于设计要求，表明接高方法是行之有效的。
DLXLXO定位架AB 图3 图4 D围堰接图D+Δ+Δ'LxLxLxLxH前一节段
图2 图1图4 钢套箱接高测量示意图 图5 钢护筒定位架
3 钢套箱上口精密定位特征点和钢护桶限位架位置确定的测量
钢套箱接高完成后，下一步的工作是在其上口安装钢护筒定位架（也称导向撑）如图4所示，使30个定位架中心O一一精确定位到底口预留的30个钢护筒导向孔中心的垂线上。然后再逐个将钢护筒插入定位架，由套箱底口的导向轮导向，使其穿过预留孔，下插到水下泥层。并在钢护筒及将着床时，精密定位钢套箱（精度：桥轴线方向±5mm，上下游方向±20mm），为保证钢护筒下插的垂直性，定位架有效孔径比钢护筒外径仅大－20mm，套箱下口孔出口处也装了－0.5m长的限位管，内径仅比护筒外径大4mm，因此，为保证护筒能自如下插，定位架中心O的管位偏差不得大于10mm。
H前一节段
