高塔柱斜拉桥索导管高精度定位方法研究

2012-06-30廖辉军田克明

湖南交通科技 2012年2期

廖辉军，田克明

(1.湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004; 2.江西省国土资源勘测规划院，江西南昌 330002)

0 引言

斜拉索是联系斜拉桥塔、梁的纽带，锚固于索塔与主梁的拉索预埋导管上。索导管的轴线与呈悬链状态的斜拉索端头轴线不一致时会改变斜拉索的受力状态，使其局部受剪力，不仅影响其使用寿命，而且极不安全［1］。因此，在其安装时需确保索导管轴线与张拉后的斜拉索轴线偏差在一定范围内。目前索导管的定位常采用三维坐标定位法与全站仪相结合进行，也获得了较好的精度［2－6］。但由于其安装位置较高，且所处区域常布置有大量的预应力材料、钢筋等，在较高的塔柱上定位固定尤其困难，本文拟探讨相对定位技术结合全站仪进行高塔柱斜拉桥高精度定位的方法。

1 定位精度的关键影响因素分析

如图1所示，斜拉桥的斜拉索一端锚固于塔端，一端锚固于主梁，长度从几十米到几百米不等，若两端锚固点相对位置相差1 cm，以长度100 m、倾角30°计算，则引起的角度误差约为 0°0′20.63″。如果索导管的两端点在安装时相对位置相差1 cm，假设索导管的长度为2 m，则因此而引起的角度误差为0°17′11.32″，远大于前者。由此可见，斜拉索系统的精度主要由单个索导管的定位精度控制。

2 定位精度分析与讨论

高程一般采用高精度水准仪和三角高程测量方法相结合来确定，能达到较高的定位精度，本文只分析全站仪观测的平面定位精度。

图1 斜拉索及索导管安装示意图

2.1 三维坐标法定位精度分析

索导管由全站仪现场放样安装并调整到位，其放样测量的平面定位精度可近似为:

以定向边到待测量边角度为45°按式(1)计算不同精度仪器在各种观测条件下的放样误差，可得表1所示结果。

表1 不同精度仪器在各种观测条件下的放样误差

由表1可知，假设控制点误差完全忽略不计，在放样距离为300 m的观测条件下，大多数类型全站仪的观测误差都能达到设计要求的精度(5 mm)，但在实际的大、中型桥梁施工建设中，这样的观测条件通常难以实现，或者需要花费大量人力、财力来实现。在较容易实现的观测条件情况下(定向距离和放样距离皆为1 000 m)，则需要使用超高精度观测仪器才能达到精度要求，但超高精度仪器价格较贵，性价比不高。

2.2 相对定位技术定位精度分析

由图1可以看出，索塔的锚固区集中在一个平面空间很狭小的范围内，如果在这个平面空间内加密一个高精度控制点，由于斜拉桥的特殊结构，可以将控制点布置在索塔的横梁上，放样的时候，同时在这个控制点上安置棱镜，就可以通过测量这个已知控制点的坐标高程值来预计放样误差并修正。由于它们在同一个区域内，测量仪器、方法、时间均相同，因此大部分误差来源也相同，在观测时可以利用已知的误差值来消除或者减弱一部分放样误差，从而提高放样精度。

从具体的误差来源分析平面位置的定位精度:

3)(u×s)2:因测距引起的误差，由固定误差和比例系数误差组成，在位置、距离大致相同，观测条件一致的情况下大致相同，可以消除或大幅度减弱。

4)δ2:将放样点位传递到待定位目标的误差。索导管定位一般使用定做的精确标定的短杆棱镜，误差在1 mm之内。

使用相对定位技术进行定位，以定向边到待测量边角度为45°计算的平面位置误差结果如表2所示。

表2 全站仪结合相对定位技术观测平面误差结果

比较表1、表2误差结果可知，在各种测量条件下，各种精度全站仪采用相对定位技术进行观测都大大提高了定位精度，且大多都能得到优于设计要求的测量结果。即使在最恶劣条件下，使用超高精度全站仪也能确保平面定位精度在2 mm以内，完全满足索导管的定位精度要求，确保斜拉索导管的安装质量，提高整个斜拉索系统的安全性，确保其使用寿命，降低维护成本。