斜拉橋主塔索導(dǎo)管安裝測(cè)量技術(shù)與高精度定位

呂超武

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶400037）

作為一種典型的高次超靜定結(jié)構(gòu)，斜拉橋具有較為敏感的受力特性，其中的塔、梁以及索中的任何一個(gè)部分發(fā)生變化，均會(huì)致使結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配情況發(fā)生相應(yīng)的改變?；谔嵘髁菏┕ぐ踩砸约霸鰪?qiáng)合攏線性精度這兩方面的目的，有必要采取可行的安裝測(cè)量方法，最終確保斜拉橋的整體施工質(zhì)量。

1 工程概況

本文以長(zhǎng)灣澧水大橋?yàn)楸尘罢归_探討，其位于湖南省桑植縣青龍村長(zhǎng)灣組附近。此橋梁為典型的H型結(jié)構(gòu)，施工中以鋼筋混凝土為原材料，所得到塔為47.5m，無(wú)論是塔柱還是連接橫梁均設(shè)置為矩形截面的形式。橋梁共使用到了56組拉索結(jié)構(gòu)，各拉索的上下間距均控制為7.0m，而彼此之間的豎向間距則設(shè)置為1.2m。

2 索導(dǎo)管測(cè)量

在進(jìn)行斜拉索導(dǎo)管安裝過(guò)程中，其所處的安裝位置必須具有足夠的精度，而這隨之提升了安裝與測(cè)量難度。在施工過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到所處位置與角度這兩大因素，并嚴(yán)格遵循工程圖紙而展開。當(dāng)塔柱不受到外力的影響時(shí)，在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)難度相對(duì)更低。施工中應(yīng)滿足塔梁同步施工的要求，但由于塔柱變形是一項(xiàng)極為復(fù)雜的問(wèn)題，因此應(yīng)充分明確索導(dǎo)管的偏差并對(duì)其采取針對(duì)性解決措施 [1]。

在工程中，索導(dǎo)管的定位精度應(yīng)滿足如下兩大要求：（1）錨固點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)應(yīng)符合工程要求；（2）索導(dǎo)管與斜拉索二者所對(duì)應(yīng)的軸線偏差應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，關(guān)于具體內(nèi)容可見下表1?；谝陨蟽煞矫嬉?，在進(jìn)行索導(dǎo)管定位施工時(shí)首先應(yīng)確保其滿足軸線精度要求，而后再考慮錨固點(diǎn)所提出的三維精度要求。在進(jìn)行索導(dǎo)管安裝作業(yè)時(shí)，其定位測(cè)量工作的難度普遍較大，所提出的精度要求也較為嚴(yán)格，此時(shí)宜使用全站儀三維坐標(biāo)法進(jìn)行定位處理。

表1 導(dǎo)管允許偏差

當(dāng)索導(dǎo)管運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域后，應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)尺寸做以全面檢查，尋找到其中的軸線并做好標(biāo)記工作，具體檢查內(nèi)容有長(zhǎng)度與內(nèi)外徑兩大方面。

設(shè)站：在進(jìn)行索導(dǎo)管定位作業(yè)時(shí)，應(yīng)安排2組人員共同完成，所使用到的全站儀設(shè)備以2臺(tái)為宜，其中一臺(tái)置于JM14-3，其對(duì)應(yīng)的后視控制點(diǎn)為JM14-4；此外，另一臺(tái)則為CPII084，其對(duì)應(yīng)的后視控制點(diǎn)為JM14。

無(wú)論是哪一臺(tái)全站儀設(shè)備，均對(duì)應(yīng)有A、B兩處錨索固定端，在進(jìn)行測(cè)量之前應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行核對(duì)，確保二者的三維坐標(biāo)差值控制在5mm范圍內(nèi)，在滿足此要求后方可進(jìn)行放線處理。

3 高精度定位

3.1 索導(dǎo)管任意一點(diǎn)三維坐標(biāo)計(jì)算

對(duì)所得到的設(shè)計(jì)參數(shù)表做以認(rèn)真復(fù)核，確保所有原始數(shù)據(jù)均不存在錯(cuò)誤現(xiàn)象。在進(jìn)行斜拉橋設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常需要圍繞主塔的三個(gè)維度具有針對(duì)性地建立出各自的直角坐標(biāo)系。以三角函數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行反推，由此得出諸如錨固點(diǎn)坐標(biāo)等各類參數(shù)，當(dāng)所得到的反推結(jié)果與原始表單數(shù)據(jù)具有一致性時(shí)，則說(shuō)明數(shù)據(jù)具有足夠的可靠性；若二者存在出路，此時(shí)應(yīng)尋找到其中的原因，并做以相應(yīng)改進(jìn)。

3.2 通過(guò)CAD計(jì)算索導(dǎo)管上任一點(diǎn)三維坐標(biāo)

在圍繞斜拉橋進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，主要體現(xiàn)在空間獨(dú)立坐標(biāo)系與項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

（1）以設(shè)計(jì)路線為指導(dǎo)，借助CAD將控制路中心線準(zhǔn)確繪制出來(lái)，在此基礎(chǔ)上標(biāo)示出主塔中心所對(duì)應(yīng)的具體位置，由此作為獨(dú)立空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)。在設(shè)定三維方向時(shí)，將順橋向設(shè)置為X軸，將主塔縱向設(shè)置為Y軸，在此基礎(chǔ)上綜合參考參數(shù)表內(nèi)的各個(gè)坐標(biāo)，由此繪制出索導(dǎo)管錨固點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的具體位置，并做好上下錨點(diǎn)的連接工作。此時(shí)所得到的長(zhǎng)度則反映的是兩個(gè)錨固點(diǎn)間距L在平面上的投影長(zhǎng)度，此處用L平進(jìn)行表示。最后，以所得到的平面投影長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上將錨固點(diǎn)作為起點(diǎn)，從而標(biāo)注出索導(dǎo)管所對(duì)應(yīng)的端口點(diǎn)。在平面定位圖的作用下，可以精準(zhǔn)獲悉任何一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)值。

（2）以X軸為基本出發(fā)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上以主塔縱向?yàn)榛鶞?zhǔn)，由此向中軸線Y方向偏移適量的距離，此時(shí)可以得到X，在此基礎(chǔ)上將Y軸進(jìn)行延伸并使其達(dá)到X'，此時(shí)將會(huì)表現(xiàn)出相交的關(guān)系，而后再次延伸一段距離，由此得到Y(jié)'，此時(shí)可以將Y'作為定位圖的Z軸。基于以上方法，將會(huì)使得X,X'與Y'產(chǎn)生相應(yīng)的交點(diǎn)，由此作為XOZ面的原點(diǎn)。而后以參數(shù)表的坐標(biāo)為指導(dǎo)，由此繪制出各個(gè)錨固點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的具體位置，并將上下錨固點(diǎn)進(jìn)行連接處理，二者之間的距離L可以在XOZ面上投影出相應(yīng)的長(zhǎng)度，此處用L垂進(jìn)行表示。在此基礎(chǔ)上綜合考慮索導(dǎo)管的直徑以及L垂值，最終可以得到索導(dǎo)管對(duì)應(yīng)的端口以及頂?shù)酌妗６芑萦诹⒚娑ㄎ粓D，可以靈活的獲悉到索導(dǎo)管的高程值。

（3）考慮到主塔施工時(shí)存在三維預(yù)偏值的問(wèn)題，因此需要利用CAD對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)做以修正處理。

3.3 索導(dǎo)管定位過(guò)程控制

就當(dāng)前的全站儀工作精度而言，其在三維坐標(biāo)定位過(guò)程中所得到的精度極容易受到外界環(huán)境的影響，而要想提升此方面精度，最為基礎(chǔ)的便是確保三角高程具有足夠的測(cè)量精度。但在實(shí)際操作過(guò)程中，影響三角高程測(cè)量精度的因素較多，諸如距離測(cè)量以及量高誤差等均會(huì)對(duì)其造成影響。對(duì)此，在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)，應(yīng)盡可能采取相應(yīng)的手段。

要想使得主塔索導(dǎo)管定位精度達(dá)到工程提出的要求，就必須挑選高精度的儀器，其中最為主要的便是高精度棱鏡?？偨Y(jié)本單位在過(guò)去的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，最后所選定的全站儀設(shè)備測(cè)角精度應(yīng)達(dá)到1°及其以上標(biāo)準(zhǔn)，所帶來(lái)的測(cè)距精度應(yīng)達(dá)到1mm+1.5ppm及其以上水平。基于自動(dòng)搜索的方式可以尋找到棱鏡的中心，此舉可以良好地規(guī)避人工作業(yè)誤差[2]。

除了上述所提及的儀器精度外，諸如儀器高以及棱鏡高均會(huì)對(duì)三角高程測(cè)量結(jié)果造成影響。在進(jìn)行主塔索導(dǎo)管定位時(shí)，每進(jìn)行一次設(shè)站都需要做出相應(yīng)的量取，若以鋼卷尺人工作業(yè)的方式進(jìn)行操作，極容易受到人為因素的影響，此時(shí)所得到的測(cè)量精度很有可能達(dá)不到工程標(biāo)準(zhǔn)。此外，無(wú)論是儀器高還是棱鏡高都具有一定的隨機(jī)誤差，在二者的共同作用下所帶來(lái)的整體影響尤為明顯，而這便是三維坐標(biāo)定位過(guò)程中應(yīng)尤為關(guān)注的問(wèn)題。通常情況下，儀器高需要使用鋼卷尺進(jìn)行測(cè)量，而后將所得到的平均值作為最終結(jié)果；而棱鏡高則需要使用棱鏡單桿進(jìn)行校準(zhǔn)，由此提升相對(duì)測(cè)量精度。工程中若采用反側(cè)法，此時(shí)所得到的儀器高將會(huì)擺脫各類因素的影響。關(guān)于其具體方法有：將全站儀設(shè)備架設(shè)在指定的三維坐標(biāo)點(diǎn)上，在此基礎(chǔ)上輸入一個(gè)值并做好記錄工作；而后對(duì)另一三維坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，由此得出測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值之間形成的高程差，最后反算出儀器高，將所得到的結(jié)果輸入儀器中，再次進(jìn)行定向即可。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行斜拉橋索導(dǎo)管安裝過(guò)程中，其對(duì)定位精度提出了極高的要求，在全站儀設(shè)備的作用下，所得到的定位精度得以大幅提升，此時(shí)可以滿足工程所提出的精度要求，具有良好的可行性。