矮塔型斜拉桥异型主塔施工测量控制技术

王连彬 郑飞中

（中交二航局二公司，重庆 400000）

1、工程概况

合川嘉陵江南屏大桥主桥为跨越嘉陵江的特大桥，采用双塔双索面矮塔斜拉桥，大桥全长1.12km，跨径布置为112+190+92m，引桥为连续梁+连续钢构组合形式，跨径布置为82+82+82+82m；桥梁全长为722m（不含桥台），主桥结构支撑体系采用塔梁固结方式，主桥箱梁采用统一采用单幅单箱单室大悬臂斜腹式混凝土箱梁。标准全宽27.5m，引桥桥宽24.5m，双向四车道。本桥对施工测量质量要求较高，特别对桥梁施工放样、定位测量的精度与时空分辨率提出了极高要求。南屏大桥效果图见图4.1.1。

图4.1.1 南屏大桥效果图

2、首级控制网复测及施工加密控制网联测

依据业主提供的首级施工控制点，拟定首级施工控制网复测方案，配置测量仪器、设备以及测量专业人员，进行首级施工控制网复测和施工加密控制网布设、施测、成果整理和报验。随着工程进展，对首级施工控制网、施工加密控制网中全部或部分网点进行定期，间隔不超过一年，复测精度同原测精度技术等级。检测成果上报测量专业监理工程师及业主，经核查批准后用于施工测设。

2.1 首级施工控制网复测

2.1.1 首级施工控制网复测方法。采用徕卡TCA1800型全站仪对通视的边进行边角6测回同测的办法，采集外业数据。采用徕卡NA2精密水准仪，按《工程测量规范》（GB50026—2007）四等水准的主要技术要求进行水准高程控制网的检测。采用TCA1800型全站仪，按《工程测量规范》（GB50026—2007）四等水准的主要技术要求进行三角高程对向观测。

2.1.2 测量等级。平面和高程测量等级采用《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中规定的四等要求，并符合相关设计具体规定和要求。

2.1.3 施工测量坐标系统。南屏大桥坐标系为重庆市独立坐标系统，施工测量平面坐标系采用与设计相同的坐标系统，高程系统为1956年国家黄海高程系统。

2.1.4 首级施工控制网复测报告。测量外业、内业完成后，按照有关规范要求，编制完整、详细的复成果报告。若复测成果与业主所提供的首级施工控制网不符或不满足精度要求，则进行补测或重测，复测成果上报监理工程师以及业主，经核查批准后，方可进行施工控制网加密点的施测工作。

2.2 施工加密控制加密网建立、施测

2.2.1 施工加密控制网点建立。根据大桥上部结构施工主体测量控制需要、施工工艺及现场情况，按《工程测量规范》（GB50026-2007）有关要求，合理布设施工加密控制网点。加密控制点布设于南北两岸离桥轴线长度1/3位置处，图4.1.2中的桥1、桥2、桥3和桥4为首级控制点（采用强制对中观测墩），18、NQ1-1、GPS3和20为加密控制点，加密控制点布设平面示意图见图4.1.2。

2.2.2 施工加密控制网施测。我部按《工程测量规范》（GB50026-2007）四等边角网的主要技术要求进行施工控制点加密。同时采用徕卡TCA1800全站仪，按四等平面控制网边角同时测量的主要技术要求进行检核。

施工加密控制点高程测量采用徕卡TCA1800全站仪和徕卡NA2精密水准仪，按《工程测量规范》（GB50026-2007）四等水准的主要技术要求进行各墩以及各个水准点进行联测。P5#和P6#主墩高程联测采用徕卡TCA1800全站仪三角高程6测回对向观测法，以确保上部结构施工平面位置、高程基准正确无误。

2.2.3 施工测量坐标系统的建立方法。平面坐标系统采用与设计相同的坐标系统，高程系为1956年国家高程系统。由于南屏大桥项目从道路设计起点桩号K0+000到设计终点桩号K1+120.000（其中桥梁部分起止桩号为K0+377.2—K1+105）均在起点和终点间的直线上，为了简便施工测量放样的方法，以及测量数据的计算简便（这对P5#和P6#主桥墩异形上部结构的施工测量数据的计算和现场施工测设更为方便快速），据此我部决定建立一个施工测量坐标系统以适用于本桥的施工测量放样和建设过程中的变形测量，同时以此坐标系的测量数据作为日后的存档资料数据。施工测量坐标系统的建立方法如下：

1）施工坐标系原点：坐标系原点O设在南屏桥道路的起点桩号K0+000处，原点O在重庆市独立坐标系统中的坐标为X=115006.108(m)，Y=35942.660(m)。2）施工坐标的纵向X轴正方向：施工坐标的X正方向在重庆市独立坐标系中的方位角为36度35分12.5秒，即桥轴线的里程增加方向（东渡方向）。3）施工坐标的Y轴正方向：以施工坐标原点为轴沿施工坐标的X正方向逆时针旋转90度为Y轴正方向（既下游方向为Y轴正方向）。4）高程系统不变仍然为1956年黄海高程系统。5）施工测量假定独立坐标系统成果，要上报专业工程师，经同意批准之后，方可用于施工放样。

2.2.4 施工加密控制网平差计算。采用正版测量专业平差计算软件PA2005进行施工加密控制网严密平差计算，用清华三维2003进行校核，并进行精度评定，编写技术报告。施工加密控制网建立施测成果上报测量专业监理工程师以及业主，经签认之后，方可用于施工测设。

3、施工测量质量技术控制

施工测量方案、测设方法以及测设计算数据必须进行平行复算之后，经测量专业监理工程师签认后，才能进行结构物特征点、轴线点等放样定位。

3.1 测量内业

3.1.1 测量部门接到技术部门的受控文件、施工图纸以及测量通知单后，方可进行内业计算。测量内部实行计算、复核制，项目部实行审核、审批制度。

3.1.2 施工各阶段的测量工作完成后，及时对测量成果进行数据整理，然后整编出定位、放样及竣工测量成果表，经检查复核无误后，及时报送测量监理工程师签认。

3.1.3 根据测量成果编制测量资料，经整理，分类归档保存。

3.2 测量外业

3.2.1 所有测量人员必须通看、熟悉施工设计图，注意平面和高程的对比联系，明确外业测量任务、目的和要求。

3.2.2 测量应认真、仔细、随时复核检查，施工过程中对结构的变形过程进行随时跟踪监测和详细记录，做到测量成果具有可追溯性，原始记录本分类归档保存。

3.2.3 计算数据、观测记录全部进行复核，确保原始记录及计算正确无误。

3.2.4 实行观测、记录、前视、后视签名校核制度，并进行自检、互检、专检。

3.2.5 外业结束，做好与施工技术员及工段长的交接验收工作。

3.2.6 执行前馈控制、阶段控制、跟踪控制的运作理念，工序流程形成相互制约的整体，杜绝任何不符合相关技术规范、标准、操作规程的现象发生。

4、主要施工测量控制技术、控制方法

南屏大桥主塔主要采用以下几种先进的施工测量控制技术、控制方法，相互利用、补充、校核，进行施工测量放样及施工测量控制，以满足测量精度及施工设计和规范要求。

4.1 徕卡TCA1800全站仪三维坐标法技术。TCA1800全站仪带有自动跟踪、照准、锁定棱镜测量功能，ATR帮助搜索目标，即使在黑夜同样可以进行施工测量放样、定位等工作。全站仪三维坐标法其原理是利用仪器的特殊功能，首先输入测站点三维坐标，然后照准后视方向，输入确定后视方位角或后视点坐标，旋转望远镜，照准定位点，利用全站仪的内部电算程序，测设定位点的三维坐标。利用其与设计的偏差指挥立镜人员移动棱镜，再次测量，再次移动，直到实测和设计值的偏差为零。

4.2 精密自动安平水准仪几何水准测量技术。高程控制采用徕卡NA2（每公里高程中误差±0.7mm）精密水准仪几何水准测量法。

5、主塔施工测量控制

结合施工现场和施工工艺编制主塔施工测量方案。主塔施工测量重点是：保证塔柱、钢锚箱、索导管等各部分结构的倾斜度、外形几何尺寸、平面位置、高程满足规范及设计要求。主塔施工测量难点是：在有风振、温差、日照等情况下，确保高塔柱测量控制的精度。其主要控制定位有：劲性骨架定位、钢筋定位、塔柱模板定位、钢锚箱定位、索导管安装定位校核以及预埋件安装定位等。

5.1 主塔施工测量控制主要技术要求

①塔柱倾斜度误差不大于塔高的1/3000，且不大于30mm，同时满足设计要求；②钢锚箱安装倾斜度误差不大于塔高的1/5000；③钢锚箱安装要求江侧和岸侧预埋底座的顶面、底面高程相对偏差±1mm，其余节段钢锚箱的底面、顶面高程相对偏差±2mm；④塔柱轴线偏差±5mm，断面尺寸偏差±10mm；⑤塔顶高程偏差±10mm；⑥斜拉索锚固点高程偏差±5mm，斜拉索锚具轴线偏差±5mm；

5.2 主塔中心点测设控制。设置于承台和塔顶等的塔中心点，采用TCA1800型全站仪三维坐标法。主塔中心点坐标测设是控制P5#与P6#主塔桥轴线一致，主塔中心里程偏差符合设计及规范要求。

5.3 主塔高程基准传递控制。由承台上的高程基准向上传递至塔身、桥面及塔顶。其传递方法以全站仪三角高程法为主，以水准仪钢尺量距法测量作为校核（钢尺必须是经检定后才可以投入运用）。

5.3.1 全站仪三角高程测量。该法原理是采用TCA1800全站仪三角高程测量已知高程水准点至待定高程水准点之高差。测量要求在较短的时间内完成，觇标高精确量至毫米，正倒镜观测，使目标影象处于竖丝附近，且位于竖丝两侧对称的位置上，以减弱横线不水平引起的误差影响，六测回测定高差，再取平均值作为待定高程水准点与已知高程水准点高差，从而得出待定高程水准点高程。

5.4 塔柱施工测量控制。塔柱施工首先进行劲性骨架定位，然后进行塔柱钢筋主筋边框架线放样，最后进行塔柱截面轴线点、角点放样及塔柱模板检查定位与预埋件安装定位，各种定位及放样采用TCA1800全站仪三维坐标法进行。根据仰角选择测站，测站仰角大，则配弯管目镜。测站布设于南北岸侧的控制点上，分别控制主塔南北侧截面轴线点、角点以及其它特征点。

5.4.1 主塔截面轴线点、角点以及特征点坐标计算。根据施工设计图纸以及主塔施工节段划分，建立数学模型，编制fx-5800p计算器数据处理程序，根据现场实测标高计算主塔截面轴线点、角点以及其它特征点的三维坐标。对于曲线塔柱部分，首先推算圆心坐标以及曲线要素，然后根据圆心坐标、曲线起点坐标、曲线终点坐标以及弧长计算曲线上任一点坐标，计算成果编制成汇总资料，报监理工程师审批（考虑到现场的实际施工情况，要根据实测高程对其进行修正）。

5.4.2 塔柱主筋框架线放样。塔柱主筋框架线放样即放样竖向钢筋内边框线，确保混凝土保护层厚度，其放样精度要求较高。采用TCA1800全站仪三维坐标法放样塔柱同高程截面竖向主筋内边框架线及塔柱截面轴线，测量标志尽可能标在劲性骨架上，便于塔柱竖向主筋分中支立。

5.4.3 塔柱截面轴线及角点放样。首先采用TCA1800全站仪三角高程测量劲性骨架外缘临时焊的水平角钢高程，然后采用FX-5800P编程计算器，按塔柱倾斜率等要素计算相应高程处塔柱设计截面轴线点、角点三维坐标，最后在劲性骨架外缘临时焊的水平角钢上放样塔柱截面轴线点及外轮廓点，单塔柱同高程截面至少放样三个角点，从而控制塔柱外形，以便于塔柱模板定位。

5.4.4 塔柱模板定位和校核。因塔柱模板为定型模板，故只需定位模板就能实现塔柱精确定位。根据实测塔柱模板角点和轴线点高程，计算相应高程断面处塔柱角点及轴线点设计三维坐标，若实测塔柱角点及轴线点三维坐标与设计三维坐标不符，重新就位模板，调整至设计位置。对于不能直接测定的塔柱模板角点及轴线点，可根据已测定的点与不能直接测定点的相对几何关系，用边长交会法检查定位。塔柱壁厚检查采用检定钢尺直接丈量。

5.4.5 塔柱预埋件安装定位。根据塔柱预埋件安装定位的精度要求,分别采用TCA1800全站仪三维坐标法与轴线法放样定位。TCA1800全站仪三维坐标法定位精度要求较高的预埋件；轴线法定位精度要求不高的预埋件。

5.4.6 塔柱预偏。为保证预应力钢束张拉完成后两塔柱在下横梁处及其它高程处的间距符合设计要求，塔柱施工放样时要有一向外侧的预偏量（横桥向），并按设计、监理及控制部门要求进行调整。

5.4.7 索塔变形实时调整。索塔施工过程中，按设计、监理及监控单位的要求，在索塔上埋设变形观测棱镜（具体棱镜布置图见图4.1.3），随时观测因基础变位、索力调整、混凝土收缩、弹性压缩、徐变、温度、风力等因素对索塔变形的影响。采用TCA1800全站仪三维坐标法监测主塔变形，绘制主塔变形位移和时间图（S-t关系图），并按设计、监理及监控单位要求进行相应实时调整，以保证塔柱几何形状及空间位置符合设计及规范要求。

5.5 钢锚箱安装及索导管定位控制。主塔钢锚箱及索导管安装定位是测量控制难度最大、精度要求最高的部分。钢锚箱、索导管安装定位采取TCA1800全站仪三维坐标法；钢锚箱及预埋钢锚箱底座底面高程、顶面高程、平整度测量采用徕卡NA2精密水准仪进行，用徕卡TCA1800全站仪三角高程测量校核。预埋底座安装直接影响第一节钢锚箱的安装精度，索导管安装定位精度取决于钢锚箱安装定位精度，因此预埋底座的精确安装是第一节钢锚箱精确安装的前提。按设计数据控制，进行主塔锚固点与主梁锚固点中心线的投线复算与几何点的归算检验。

5.5.1 钢锚箱及预埋底座安装前检查。在钢锚箱及预埋底座吊装之前，采用鉴定钢尺、精密水准仪和全站仪对钢锚箱、索导管和预埋底座的几何尺寸、高程测量观测点、结构轴线测量控制点、标记等进行检查复核。如果检查有误或误差超过设计及规范要求，通知相关单位重新交点或整改。

5.5.2 预埋底座及钢锚箱安装定位。预埋钢锚箱底座按图纸设计位置精确测量定位，浇筑混凝土后，再次对预埋底座平面位置、高程以及平整度进行测量确定，并进行钢锚箱轴线和边线的放样。钢锚箱安装定位关键是控制中心轴线、高程及平整度，使主塔中心线与钢锚箱结构中心轴线重合，钢锚箱平面位置及高程符合设计及规范要求。第一节钢锚箱安装定位控制是关键。第一节钢锚箱的安装精度直接影响整个钢锚箱的几何线型，应确保钢锚箱表面倾斜度偏差<1/3000，轴线的平面位置偏差<5mm。第一节钢锚箱段用卷扬机吊装支架吊至基座上，先安装定位螺栓，再进行微调，使钢锚箱中心线与预埋底座中心线完全重合，最后复测钢锚箱平面位置、高程、平整度及倾斜度。实测钢锚箱定位控制测点（截面角点、特征点、轴线点），如果实测坐标值与其设计值不符，应重新就位钢锚箱，调整至设计位置，将误差调整至设计及规范要求的范围内，再进行高强度螺栓的安装和施拧工作。第二节以及以后各节钢锚箱安装时，先用匹配的冲钉精确定位，再进行复测，将误差控制在设计及规范允许范围。严格控制每节段钢锚箱的平面位置、高程、倾斜度、顶面平整度，避免误差向上传递累积。对于不能直接测定的索导管控制测点，可根据已测定的点与不能直接测定点的相对几何关系，采取间接办法进行测量。

5.5.3 索导管定位校核。待钢锚箱安装定位完毕，连接相应段的斜拉索索导管，校核钢锚箱上索导管控制测点。对法兰连接的索导管，必须再次校核，确保索导管的水平倾角、横向偏角、偏距及中心位置正确。实际上钢锚箱上的索导管决定了混凝土内索导管的位置，两者顺直通畅即可。主塔索导管定位、校核控制测点示意图见图4.1.4，控制测点为小圆。

5.6 主塔及钢锚箱倾斜度控制测量。主塔及钢锚箱倾斜度控制采用TCA1800全站仪三维坐标截面中心法。主塔中心偏离，表现于主塔混凝土浇筑定型模板中心偏离，主塔倾斜度测量通过测量混凝土浇筑定型模板截面中心来实现，调整定型模板就是调整主塔倾斜度。主塔为节段施工，通过定型模板顶截面与底截面的中心坐标调整，就可得出主塔倾斜率，从而将主塔倾斜度控制在设计及规范要求的范围内。

5.6.1 主塔偏移、扭转变形测量。主塔施工完毕，进行一次主塔偏移、扭转变形测量初始值观测（至少观测6测回，取其加权平均值作为原始基准值）。每节段主梁悬浇施工均应按设计及控制部门要求进行主塔偏移、扭转变形测量。主塔偏移、扭转变形测量控制观测点设置于塔顶，5#和6#主塔共4个点，对称布置于桥轴线两侧塔柱处，预埋控制观测单棱镜。主塔偏移、扭转变形测量均采用TCA1800全站仪三维坐标法进行外业数据的采集。

6、竣工测量

竣工测量是施工测量工作的一项重要内容，是评定和衡量全项施工质量的重要指标，它不仅能准确反映混凝土浇筑、钢锚箱、主梁砼浇注后各结构部位定位点的变形情况，为下一步施工提供可靠的参考依据，同时也是编制竣工资料的原始依据。

6.1 竣工测量主要内容。包括施工阶段以及施工完毕结构物的特征点及轴线点三维坐标，断面尺寸、轴线、倾斜度等。

6.2 竣工测量测设方法。主要采用TCA1800全站仪三维坐标法；高程主要采用徕卡NA2精密水准仪几何水准法。

7、主塔变形测量与数据处理

随着荷载增加、混凝土弹性压缩、徐变、温度、风力等变化，承台、主塔可能产生变形，故应在施工过程中进行承台、主塔变形测量，以能及时准确反映承台、主塔实际变形程度或变形趋势，确保塔顶高程正确。对承台、主塔按《工程测量规范》三等变形测量的主要技术要求进行观测。

7.1 主塔变形观测。主塔变形观测是测定主塔因温差、日照、风力、风向、振动等因素引起的偏移及变形摆动规律，以便给主塔施工及主梁施工测量放样提供参考数据。主塔变形观测采用TCA1800全站仪三维极座标法。

7.1.1 主塔施工期间主塔变形观测。在主塔施工期间，由于主塔自重、混凝土弹性压缩、徐变、温度、以及索力的调整等，会对上、下游塔柱产生向内侧的拉力，由此使上、下游塔柱向内侧偏移，故应在主塔施工期间埋设主塔变形测量监控棱镜，监测主塔变形，并按设计、监理及监控单位要求进行相应实时调整。将变形观测棱镜埋置于主塔南侧面或北侧面，根据主塔施工高度布置棱镜（根据设计及控制部门要求具体布置）。

7.1.2 主塔竣工变形观测。在主塔塔冠埋设变形观测棱镜，变形观测棱镜P5#和P6#主塔共计四个，对称布置于桥轴线两侧塔柱处，单塔面埋设。变形观测点既是垂直位移观测点，又是水平位移观测点。主塔施工完毕，在气象条件较好的条件下，进行48小时全天侯主塔变形观测，并同时记录观测时间、温度以及观测时的风力、风向等，每小时观测一次，以第一次观测成果为基准值，每次观测值与基准值比较，得出主塔横、纵、竖向偏移值，从而掌握主塔在日照、温差、风力、风向、振动等外界条件变化影响下的摆动变形规律。

7.2 主塔变形测量内业计算及成果整理。主塔变形测量外业观测工作结束后，及时整理和检查外业观测手簿。绘制承台、主塔在施工过程中的变形曲线图（位移-时间图），为下道工序施工提供及时可靠的参考依据。

8、测量精度控制及质量保证措施

8.1 施测时段。为减少日照温差、风引起的振动摆幅较大等对放样定位点位影响，主塔施工测量放样定位作业选择在无日照影响和温差较小的时间段内进行，并报监理工程师批准后进行。斜拉桥线形受温度影响很大，线形测量选择在气候条件较为稳定、日照变化影响较小、气温平稳的时段内进行。一般选择凌晨2点至6点（日出前）的时段内进行线形测量以及主塔变形测量。

8.2 主塔变形监测。主塔施工期间，采用TCA1800全站仪三维标法监测主塔变形，根据设计、监理及监控单位要求进行相应实时调整，以保证塔柱几何形状及空间位置符合设计及规范要求。日照强、温差大、风引起的振动摆幅较大时，根据监理及监控单位要求暂停主塔施工测量作业。

8.3 固定控制点、增加测回数及校核手段。固定测站控制点、后视点和双后视校核控制点。用全站仪三维坐标法正倒镜不得少于两测回观测，同时采用多种测量方法相互校核。

8.4 测量人员都要熟悉图纸。所有测量人员都要通看施工图纸，注意总图与分图，平面与高程的关系，整体与局部的关系变更前后的具体变化。

结语。通过对南屏大桥矮塔斜拉桥施工测量控制，觉得有很多值得总结的地方，在针对一个具体的工程项目，要结合施工外界环境和施工工艺以及测量设备编制相应的测量施工控制方案，采取切实可行的测量定位方法，高精度，高质量的完成施工测设任务。由于P5#和P6#主塔距南岸岸侧比较远，受天气影响较大，特别是冬季雾的影响较大，夜间以及高空作业难度大，受施工环境和干扰严重，给施工测量工作提出了很大挑战。在整个施工测量过程中，严格遵循“从整体到局部，先控制后碎部，随时检核”的测量控制基本原则，加强关键部位如索塔中心、钢锚箱、索导管等的控制与检校工作。确保了南屏大桥上部结构施工的质量和工期，同时也很好的满足了设计及规范的各项精度要求。

[1]GB 50026—2007.工程测量规范.

[2]GB/T15314-94.精密工程测量规范 .

[3]JGJ8-2007.建筑变形测量规范.

[4]JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范.

[5]CJJ 2-2008.城市桥梁工程施工与质量验收规范.