大跨径悬索桥基准索股测控技术

2015-10-21李支彬

建筑工程技术与设计 2015年8期

摘要：以南京长江第四大桥基准索股架设测控为例，介绍了该桥基准索股测控内容、方法和流程；分析了影响基准索股测控精度的因素，并加以修正或消除，用以提高索股架设精度；实践证明本桥基准索股测控方法简单、可靠，满足设计要求。

关键字：悬索桥；基准索股；测控

主缆架设完成后，各跨主缆无应力索长再无法调整，其架设误差对后续施工和成桥状态必将造成影响，因此保证基准索股架设的精度，是后续精确施工的关键。

1.上部结构施工控制网的建立

上部结构施工控制网建立，是在首级控制网的基础上，根据主缆架设需要，布设恰当加密点组成。上部结构平面施工控制网依照《全球定位系统（GPS）测量规范》（BG/T18314- 2001）B级GPS要求施测，采用GPS测量为主、边角测量加密为辅的方法进行。高程网按《国家一、二等水准测量规范》规定的二等要求进行观测。

由南京上部结构施工控制网平差结果知：平面网精度最弱点点位中误差为3.89mm，相对误差为1/179347；高程网每公里水准测量中误差为 mm，其中跨河段长4.3km、闭合差-2.12mm；上部结构施工控制网精度满足规范要求。

2.基准索股测量

2.1温度测量

索股线形受温度的影响比较大，应事先确定温度相对恒定的观测时段。根据现场观测，南京四桥选择凌晨0：00-4：00作为最佳观测时段。

主缆纵向温度监测采用标称精度为0.1℃的温度传感器，并用西南交大开发的无线采集系统进行监测，主缆每个测点布置3个智能型温度传感器，共9个测点、27个传感器。在每次索股测量时，通过传感器读取的数据计算索股总体温度，并用其对索股垂度进行温度改正。

2.2基准索股垂度观测

在基准索架设测量中应考虑跨度、主缆总体温度、索鞍标高变化对跨中标高的影响，然后根据实测值进行修正；基准索股架设测量的内容包括：索鞍偏位、索鞍标高、索股温度、各跨跨中点的里程和标高。南京长江第四大桥主缆索股垂度观测拟定两种观测方案，具体观测方案如下：

（1）北边跨跨中、北主索鞍里程与标高测量

方案一：测站：BG；后视：NF07；方案二：测站：NF06；后视：NF05。

（2）中跨跨中里程、标高测量

本跨测量采用南北两岸同时观测方法进行，设站如下：

方案一：南岸测站：NT-1；后视： BT-1；北岸测站：BT-1；后视： NT-1；

方案二：南岸测站：NT-4；后视： BT-1；北岸测站：BT-4；后视： NT-1；

（3）南边跨跨中、南主索鞍里程与标高测量

方案一：测站：NG；后视：NF08；方案二：测站：NF14；后视：NF08；

（4）跨径测量

采用间接测量法，利用主索鞍及散索鞍里程测量值修正裸塔状态跨径值。

（5）散索鞍里程与标高测量

北散索鞍：测站：L11；后视：NF07；南散索鞍：测站：L2；后视：NG。

（6）各跨跨中上下游相对高差

采用静力水准管法测量。

在上述测站架设方案二中，中跨测量架站点NT-4、BT-4分别位于南北塔塔顶，易受塔偏及塔顶标高影响，所以每次进行测量时，及时利用塔偏及标高观测值修正架站點坐标，而后进行中跨测量。

4.基准索股垂度测量误差修正及精度分析

4.1基准索股垂度测量误差修正

索股垂度测量采用三维极坐标法进行，其误差来源主要有：①仪器精度。。②人为原因。③外界环境的影响。④控制网误差。针对各类误差来源，南京四桥测控中心，采用反推仪器高法修正仪器高量取误差、大气折光修正及平距投影改正三种方法修正基准索股测控误差。

4.1.1反推仪器高法修正仪器高量取误差

传统仪器高是通过钢尺量取，在量取过程中受客观条件的局限，量取误差不可避免。为了获取仪器中心点O的高程，通过精密水准将高程控制点A高程传到至高程点B（O与B两点间平距3m左右），通过仪器测得OB的斜距为S、倾角，为棱镜杆高，则仪器中心高为：

（1）

通过反推仪器高法间接获取仪器高，从而避免了量取中人为因素的影响。

4.1.2 大气折光修正

根据南京四桥实际观测条件，根据对向观测未加入球气差改正的高差计算大气折光系数[1，2]。在两塔下横梁顶面分别取两高程点NT、BT，在晚上温度相对恒定的条件下，对向观测未经球气差改正的高差，根据公式（4. 6）求得大气折光系数，观测成果见表4.1，计算得大气折光系数为0.20。

4.1.3 平距投影改正[3，4，5]

假设观测边长为D，归化至参考椭球面的边长改正值为△D，观测边长D归化至参考椭球面的高程为H，地球平均曲率半径为R，则有下列近似关系式：

（2）

投影变形值过大，主缆线形控制中是不容许的，因此，在跨中里程、跨距测量中应根据式（2）对其予以修正。

4.2基准索股垂度测量精度分析

各观测值采用全站仪三维极坐标法测量，由于上部结构施工控制网所用坐标系X轴沿桥轴线方向，所以里程值即为X观测值。对于大跨径特大跨径悬索桥均采用目前所能达到的最高精度全站仪进行观测，取仪器标称精度为；取大气折光系数为0.20，其计算中误差为0.05；现根据3.2中观测方案一、二，对南京四桥下游侧主缆进行精度分析，其结果见表1，方案一与方案二均能满足基准索股架设精度要求。

表1 各观测项目测量精度单位：mm

方案北主索鞍

IP点南主索鞍

IP点北边跨中跨南边跨北散索鞍南散索鞍

里程标高里程标高里程标高里程标高里程标高里程标高里程标高

方案一 3.04 1.57 3.02 1.49 2.92 0.81 3.20 2.67 2.92 0.85 2.93 0.62 2.90 0.63

方案二 3.15 1.62 3.13 1.62 3.05 0.87 3.56 3.05 3.21 0.97 2.93 0.62 2.90 0.63

结论

（1）基准索股测控精度直接决定后续施工的效果，为保证测控精度，需做好基准索股架设前的准备工作。

（2）通过反推仪器高法修正仪器高量取误差、大气折光修正及平距投影改正这三种方法可有效提高基准索股测控精度。

（3）南京长江四桥基准索股温度及垂度的观测方法方便、可靠，满足设计的要求，对同类工程有一定参考价值。

参考文献：