大跨度悬索桥施工测量控制研究

杨传勇

摘 要：针对大跨度悬索桥施工测量控制过程，分析了大跨度悬索桥施工测量控制的关键技术，介绍了施工测量控制过程中采用的测量方法和仪器设备。

关键词：大跨度 ；悬索桥 ；测量控制

1 施工测量控制网

1.1 施工测量控制网的建立

建立施工测量控制网的首要目的是为工程建设提供统一的平面和高程基准，为工程的施工放样提供基础控制资料。根据测量原理和使用仪器设备不同，施工测量控制网又分为施工平面控制网和施工高程控制网 2 大部分。

1.2 施工测量控制网的复测和加密

施工控制网复测的目的是为了验证施工控制网测量成果的可靠性和测量精度，确保测量成果在网形、精度、质量等方面满足大桥工程建设的基本要求，通过对复测成果与原测成果的比较分析，全面评估首级控制点的稳定性，并对控制点使用与保护提出相应建议。施工测量加密网是在原施工测量控制网的基础上，根据工程特点及施工放样的需要而建立的加密控制网，其主要作用在于弥补施工测量控制网点位密度上的不足和便于施工放样。

2 下部结构施工测量控制

下部结构施工包括桩位放样、护筒检查、桩头竣工、承台施工放样和竣工、锚碇施工放样和竣工等测量，根据工程特点、场地条件、配置人员和仪器设备可采用全站仪极坐标放样法或单基站 RTK 测量方法。单基站 RTK 测量作业开始前与结束后均应对已知点进行检测，确保接收机配置、仪器高设置、GPS 信号等均处于正常状态。检核点应位于作业区域内，每个检核点至少观测1个测回，且平面检测较差≤10 mm，高程检测较差≤ 20 mm。

3 塔柱施工测量控制

塔柱平面控制可采用全站仪自由设站法加密。自由设站法基本原理是全站仪架设在加密控制点上，测量加密控制点至 2 个已知控制点的距离，并测量与 2 个控制点的夹角，然后采用正弦定理解算三角形内角，最后计算加密控制点的坐标。它实质上是一种边角联合后方交会，为保证精度，边角测量应按《工程测量规范》中二等平面控制测量边角网的技术要求进行（距离观测进行温度﹑气压改正，每条边进行对向观测），且要求测站点与 2 个控制点夹角≥ 45°且≤ 135°，三角形任一内角≥ 30°。

为了提高观测精度和可靠性，可增加已知控制点数目。如果条件允许，已知控制点数不应小于 3 个，且在塔柱平面控制时，由于大跨度悬索桥跨度大，塔柱相隔较远，为消除投影误差，应进行投影改正，达到测量基准统一，确保测量施工放样精度。

4 上部结构施工测量控制

上部结构施工测量控制主要包括上部结构施工测量加密控制网、上部结构施工过程中的沉降观测、猫道施工测量控制、主缆施工测量控制、加劲梁施工测量控制等工作。大跨度悬索桥的成桥线形是否与设计一致，与上部结构施工测量控制过程密不可分 ；施工测量放样数据根据施工监控指令执行，施工监控根据已完成工程的结构状态和施工过程，收集和调整施工监控参数，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采用各施工测量参数，以确保结构的成桥线形符合设计要求。

4.1 上部结构施工测量加密控制网

大跨度悬索桥上部结构的施工需要进行大量的施工测量控制工作，其基准是布设在地面上稳定、方便施测和高精度的施工测量控制网，因此上部结构施工前，应建立施工测量加密控制网，以便于上部结构安装施工，通常是在塔柱顶端增设控制点。该网根据大桥精度要求，按工程测量二等平面和高程控制网的精度等级施测，采用边角网建立平面控制网，用常规几何水准测量和跨河水准测量相结合的方法建立高程控制网。塔柱顶面增设控制点的测量与地面控制网测量同步进行，但是大跨度悬索桥塔柱高达 200 m 左右，白天受日照、温度及风向的影响，塔身有一定程度的偏位或扭转。因此，对塔顶加密控制点的测量在夜间温度稳定且无风或微风的情况下进行。

平差处理时，实测边长除了进行气象改正、仪器常数改正、边长倾斜改正外，由于塔柱较高，为保证平面测量基准的统一，还应进行边长投影改正。将所有边长投影到桥面设计平均高程面上，这样所得加密控制点与施工测量控制点坐标全部统一到该平面，消除了由于尺度不统一造成的各项理论误差，便于施工的顺利进行。

4.2 上部结构施工过程中的沉降监测

在上部结构施工过程中，锚碇和索塔基础因自重和加载会产生一定的沉降，影响悬索桥上部结构的线形。因此根据设计和相关规范要求，需对锚碇和索塔基础进行沉降监测，以了解锚碇和索塔基础的下沉量，从而确保上部结构施工的精度和成桥质量。

沉降监测基准网可直接使用施工测量控制网，采用精密水准测量方法，按二等精度等级要求，以往返符合水准路线或闭合水准路线的形式，定期从施工测量控制点对布设在结构物基础上的监测点进行观测，第一次观测所得到的高程值称为初始值，由施工、监理和施工监控单位共同确定，不同周期观测的监测点高程值与初始值的差值，即为由于荷载作用在锚碇和索塔基础上所产生的累计沉降量。沉降监测点按设计和相关规范要求布设在索塔承台和锚碇基础上，每次沉降观测后，计算各监测点的相对沉降量和累计沉降量，并计算沉降速度和绘制时间或荷载沉降曲线图 ；最后根据各周期的相对沉降量和累计沉降量，由施工监控单位进行变形分析和变形的预测预报工作。

4.3 索鞍施工测量

索鞍施工测量控制主要在于安装过程控制和竣工测量数据采集，索鞍安装时主要是控制好主索鞍、散索鞍格栅的位置，主索鞍格栅利用塔顶上的加密控制点进行定位，平面采用全站仪控制，高程使用精密水准仪控制，以满足精度要求。索鞍安装过程需及时进行两岸塔锚轴线及跨径联测，以便对索鞍安装进行精确的施工定位，并满足跨径、轴线精度要求。在主索鞍及散索鞍安装时，主索鞍及散索鞍的几何中心相对于索塔及散索鞍墩的几何中心有一定的偏移量，偏移量的大小由设计计算给出。根据索塔及散索鞍墩的几何轴线与主索鞍及散索鞍的几何轴线间的距离，控制主索鞍及散索鞍在安装时的预偏量。

对主鞍座和散索鞍的竣工测量，在猫道、主缆等施工前，应根据施工测量加密控制网，采用极坐标法和精密水准测量法实测主鞍座和散索鞍竣工后的三维位置以及各主鞍座、各散索鞍的里程、中线和相互间高差。

4.4 猫道、主缆、索夹和吊索施工测量

由于猫道及主缆端点的平面位置和高程已经由主索鞍和散索鞍所控制，即猫道和主缆的垂直平面已确定，在自然铅垂状态下，某固定里程位置到已知控制点的水平距离不会随高程变化而变化，因此在进行施工测量控制时，只需要控制固定里程处的标高就可以达到施工测量控制的目的。由于固定里程控制點皆不方便架设仪器进行反测，因此目前猫道、主缆、索夹和吊索施工测量控制均采用单向三角高程测量的方法。

4.5 加劲梁施工测量

大跨度悬索桥的加劲梁一般是钢制的 ， 这样才能发挥其大跨度优势。在加劲梁的安装过程中，需对梁的尺寸、坡度、左右 2 幅梁的高差和吊点耳板平面位置进行控制，特别是吊点耳板平面误差要求控制在 2 mm以内。在加劲梁的安装过程中 ， 由于索夹和吊索位置已经固定，即加劲梁的平面位置已确定，因而对加劲梁与吊索的连接构造段吊装的顺序与方法都要进行专门设计 ， 要特别注意吊装过程中的抗风措施。