桐梓河大桥大倾角隧道锚测量方案研究及应用

晏雄成

（中铁开发投资集团公司，云南 昆明 650500）

1 工程概况

金仁桐高速公路桐梓河大桥是全线唯一控制性桥梁工程，全桥长1422m，主跨为965m 钢桁梁悬索桥，大桥横跨桐梓河，隶属仁怀桐梓两市县。其中仁怀岸相对陡峭，地处单面山坡，设计了98.5m 深双幅隧道式锚碇和208m 高的索塔，基础为18 根大直径群桩加承台结构，引桥适应地形设计为小跨度连续刚构；桐梓岸桥位主要在接近山顶附近山坡上，地势相对平缓，设计了嵌岩式扩大基础重力式锚碇和140m高的索塔，基础为扩大基础加单桩地基补强桩结构，引桥为常规6 孔40m 预制简支T 梁引桥。

隧道锚锚体主要由锚塞体砼、散鞍基础、二衬、主缆锚固系统等组成。

隧道式锚碇二衬采用的是特殊的聚丙烯合成纤维钢筋C35 混凝土，纤维掺量0.9kg/m，锚塞体采用C40 微膨胀聚丙烯合成纤维钢筋混凝土，纤维掺量0.9kg/m，锚塞体及二次衬砌抗渗等级不小于P12。散索鞍基础为普通钢筋混凝土。

隧道锚锚体内预埋主缆锚固系统，锚固系统采用预应力锚固系统。

预应力的方向在前锚面下1.5m 范围内钢绞线直线段与索股方向一致，然后再按一定半径在前锚面下一定范围内弯折到与理论中心线平行。

前后锚面为两平行的平面；其与水平面的夹角为48°，间距为45m，理论散索点IP 点到前端锚固工作面的距离长达35m。

锚固系统由主缆索股锚固连接构件和预应力环氧钢绞线锚固构件组成。主缆索股锚固连接构件主要组成部件有连接器、拉杆和相配套的附属件；环氧钢绞线预应力锚固构件系统由无缝管道、环氧预应力钢绞线及特制锚具、端头保护罩等组成。拉杆上端与主缆索股热铸锚头连接头相连接，另一端与由环氧钢绞线预应力锚杯于前锚面的连接器相连接。隧道锚锚固系统立面布置见图1。

图1 隧道锚锚固系统立面布置图（单位：mm）

2 隧道锚整体施工方案

隧道锚开挖初支完成后，利用满堂支架模筑施工后锚室二次衬砌，安装锚塞体后锚面支架模板并利用洞身分层浇筑锚塞体，立模浇筑散索鞍基础，安装满堂支架模筑施工前锚室二次衬砌和洞口明洞衬砌。1）隧道锚二次衬砌采用模筑钢筋砼结构，施作的合理时间主要根据施工组织顺序和不同工况分析下的监测量测数据最后专项会议确定，主要目的为尽可能发挥初期支护的承载能力，使其成为主要承载部位，且不得突破其承载能力。后锚室二衬须在锚塞体施工前施作，待锚塞体及锚固系统施工完成后，再根据监控量测情况依次施工前锚室二衬、散索鞍基础及主缆通过段二衬，择时施工洞口明洞结构。2）主缆索股锚固系统刚性定位钢结构支架、无缝钢管管道安装定位锁定调节支架采用现场安装方式，根据施工组织需要，提前安装，并用作钢筋和砼浇筑施工平台使用。每层锚塞体混凝土在浇筑过程中，须在浇筑前，认真仔细，列表清单式检查本层预埋无缝钢管管道定位支架、预埋管道和连接头及锚具、猫道、缆索吊装系统锚固件等。主缆锚固系统预留管道定位支架和管道本身线性曲线控制点的测量放样均采用三维坐标测量的方法进行，已满足精度要求。3）锚塞体浇筑。按大体积砼分层浇筑、大体积砼温控要求执行砼浇筑前中后的施工要求即可。

3 隧道锚锚体及锚固系统测量施工方案研究

3.1 测量任务

金仁桐高速桐梓河特大桥隧道锚施工测量任务见表1。

表1 隧道锚施工测量任务清单

3.2 测量人员及仪器配备

配置测量高级工程师 1 人，工程师 1 人，测量工4 人。主要测量仪器见表2。

表2 主要测量仪器

3.3 洞外控制点布设

隧道锚平台修好后，在2 个洞口中心外分别埋设一个强制墩，保证隧道进口中线能够通视。待稳定后，用徕卡全站仪TZ08 将其纳入与其通视点的符合导线并平差出结果，并通过最近的高程点引入高程。

3.4 隧道锚洞内导线及高程关键测量技术

因隧道锚倾角大，施工及测量工作困难，现场测量工作开展须结合洞内施工的特殊性和特点布设相应导线，以隧道锚明洞洞口测点为起始点，沿隧道锚中轴线平行中线布设，形成导线环。导线点埋设采用混凝土灌注铁心桩，且布设在施工干扰小，稳固可靠的地方，必要时采取适当的保护措施。

导线边长根据测量设计的要求并考虑实际通视条件布设。由洞外向洞内传递。洞内的测角测距，在测回间采用仪器和觇标多次置中方法，并采用多次照准来进行观测，已确保洞内光线极暗条件下的测量精度和误差修正。洞内导线每延申1～2 个控制点，控制点坐标采用条件平差或间接平差，起算到洞口GPS 点进行平差。隧道锚洞内导线的坐标和方位角，必须依据明洞外设定的控制点的坐标和方位角进行多次传算，保证洞内测量技术工作的精准性。

隧道锚洞内外水准控制点要定期进行联测，建立精密的水准控制网。由于隧道锚锚体及锚固系统施工阶段，均处于封闭的隧洞内，且倾斜角度大，因此采用高精度全站仪三角高程法进行测量。

3.5 隧道锚锚体施工测量技术

隧道锚锚塞体施工测量是一个相对系统的工程，它不仅包括常见的模板工程放样和砼测竣工工作，而且包括精度要求极高的上部结构（散索鞍底板支座、主缆预留管道、预应力系统、定位支架）和重要临时设施（猫道、缆索吊锚固件）的预埋预留，该类构件的超量偏差，对结构受力影响极大。因此施工前根据设计文件，须多人多方法认真计算上述特殊部件的三维坐标，用全站仪进行坐标控制测量定位。

复核设计图纸上给出的主缆锚固系统局部坐标是否准确无误后。建立以隧道锚散索点为原点，轴为索股中心线且满足右手法则的平面直角坐标系。

锚固系统随着锚碇基础及填芯混凝土施工逐层安装定位，锚固系统测量流程：定位基架（基架、骨架、片架定位）→预应力钢管定位→后锚面锚垫板及槽口定位安装→前锚面锚垫板及槽口定位安装。测量方法：利用全站仪“三维坐标”法，选用锚碇中轴线为基准线，直接计算各点相对于隧道锚中轴线的里程、偏距、高程。

综上可知，为了施工方便，使用隧道锚轴线坐标（这样可避免桥轴线与锚洞轴线 1.1178°的旋转），以左洞为例。

确定理论散索点的施工坐标系，及桩号、偏距、标高数据，左洞散索点在锚洞轴线上坐标为（70890，0，860），令设计院所给锚固系统下坐标为（，，），施工坐标系为（，，），则：

根据上述公式关系可计算出每根导管在前后锚面中心的施工三维坐标。

根据图纸给出的前后锚面之间导管设计长度和结构尺寸验算，从中选择计算出任意一条导管在任意长度的导管中心设计坐标，计算如下。

根据前后锚面设计坐标（，，），（，，），可计算出前后锚面管道长度：

式中：cos、cos、cos为空间方向余弦值，为测量点的管道长度，Δ测量管道安装长度。

根据施工图纸计算出定位钢架预埋件的坐标，在施工底板砼时预埋好，定位钢架安装前对其进行三维坐标计算，在定位钢架时通过4 个点来定位，上下左右选4 个点来定支架，即定位钢架的十字线，保证钢架十字线那个面垂直于主缆中心线。

安装前，利用徕卡全站仪TZ08 测出隧洞中轴线，定位钢支架的基架4 个支撑角点采取在首次浇筑的砼中预留预埋，主要通过型钢（角钢）形式固定和定位。

该基架的安装可以充分借鉴塔吊预埋支腿定位框架形式安装，通过将支撑角点型钢（角钢）调整至设定的高程，并测算4 点相对高程来加以安装和定位，确保4 个角点位置准确，依次安装基架。

调整基架上的4 个角点的空间位置，利用设置在基架底面4 个调节螺杆旋转调节，使值和高程调节在规范规定内，方向可通过片架的左右进行精调。

定位钢支架骨架通过天线系统安装初步就位后，用全站仪测量骨架背面任意几点，记录高程值和值。

式中：、分别为基架顶面最高点的坐标和高程；、为所测点的坐标和高程。

利用上述公式可判断斜面是否正确。

定位钢支架骨架安装好后，片架安装有相对的参考物和着力点更简洁易行。通过测量内业提前计算出各个断面片架上搭放预应力管道的圆弧板的顶面中心坐标，即预应力管道在该断面的中心坐称。该坐标的计算主要是根据各断面上，各管道中心间的结构尺寸关系，与桐梓河特大桥桥抽坐标系相联系，井计算出各点坐标值。

隧道锚设计为填塞类砼结构，主要模板测量工作有前后锚固面定位。在锚具、槽口、预应力管道端头测量计算放样施工完成后，现场模板施工作业主要根据锚固面端部进行模板加固即可。

主缆锚固系统中锚具、预应力管道的安装测量为锚塞体测量工作的重中之重，锚具、预应力管道与钢支架系统有着紧密的联系。施工时主要采用左右幅独立建立局部坐标系，进行局部坐标系转换至桐梓河大桥坐标值放样，该类方法可快速方便地开展预应力系统部分施工测量。

因设计图提供的管道参数为端部中心点，现场施工测量前，须提前加工一个放样圆盘，圆盘大小与锚杯锚固段内径直径一致（圆盘外径略小于锚杯内经，便于内嵌），采用高精度全站仪按设计坐标逐点放样。

由于测量放样预应力管道时，钢支架已经进行相对精准的定位和安装，因此在放样前，先提前将各预应力管道安放在初步设置的管道定位导向调节钢支架上，然后按照锚固系统计算公式，对操作方便的控制点（原则上直管道区域选取2 个点，弯曲管道各控制点）进行动态三维坐标放样调节，待测点与计算的管道坐标值一致时，才可以锁定管道，进入下一根管道测量，直至完成。因隧道锚锚固系统管道长度较长，可分成3～5 次结长安装。计算如下。

根据前后锚面设计坐标（，，），（，，），可以计算出前后锚面管道长度：

根据设计分段预应力管道距离后锚面的安装长度Δ，则ΔL 对应管口中心坐标：

式中：cos、cos、cos为空间方向余弦值，Δ为管道测点安装长度。

因设计图提供的管道参数为端部中心点，现场施工测量前，须提前加工1 个放样圆盘，圆盘大小与锚杯锚固段内径直径一致（适当小0.5mm 用于内嵌），采用高精度全站仪按设计坐标逐点放样。

由于该桥散索鞍基础设计为独立的扩大基础，散索鞍为支座式结构，因此底板安装控制可借鉴桥梁垫石支座施工及测量工艺。主要通过高精度全站仪放样精加工的散索鞍支座底板4 个角点，放样时须充分考虑底板角点顶面与砼表面关系，从而进行三维坐标计算放样即可。

4 结语

该项目隧道锚锚体及锚固系统施工重点在于研究预应力系统、管道、锚面模板、定位支撑架的定位，并通过合理的测量公式和方法，将大倾角封闭区域内，测量难度大的，精度极高的锚体锚固系统测量工作简单化，实现了利用既有高精度全站仪自动编程自动测算功能，减少了测量反复调整、反复验算的过程，在47°大倾角的隧道锚锚体及锚固系统定位安装施工顺利完成，使隧道锚锚体及锚固系统施工顺利开展，为今后类似测量困难、精度要求高的上部结构或狭窄区域高精度设备安装提供依据，提高测量编程的实用性，减少了施工人员现场测量难度，节约时间，使原计划6 个月的隧道锚锚体及锚固系统施工工作提前了2 个月，同时减少了大量设备，合理缩短了工序时间，提高了施工效率，提高效益。