斜拉桥空间索导管定位技术

周玖利

摘 要：斜拉桥索导管定位难度大、精度高成为了斜拉桥工程施工测量的一大难题。文章以实际工程为例，对主塔说明及主塔控制网进行了分析，探讨三维坐标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，制定切合实际的索导管测量定位方案，保证了索导管的定位质量。

关键词：索导管 三维坐标 测量精度

1.工程概况

某大桥跨越黄河两岸，大桥与主流约成70°夹角，两侧发育不对称，属黄河河谷相对宽阔地带，堆积物以卵石为主，地表凹凸不平。桥跨布置为2×40m预应力混凝土简支箱梁（南岸引桥）+（177+360+177）m双塔三跨半漂浮体系结合梁斜拉桥+5×40m预应力混凝土连续箱梁（北岸引桥）。桥斜拉索通过索导管上端锚固于主塔内，下端锚固于主梁上，全桥共计斜拉索112根，采用Φ7mm平行钢丝索，外包双层PE护套，两层PE护套间设置隔离层，采用五种规格。锚具为冷铸锚。

桥塔采用钢筋混凝土菱形型塔，上塔柱截面横向宽度450cm，纵向宽度700cm。下塔柱截面横向宽度4.5m～约9m，纵向宽度7m～10m。

根据斜拉桥施工特点以及外界地理因素，该桥主桥控制网以整个路线控制导线网作为基线，建立以JM2-1、JM4-1、JM5-1、JM7-1这4个强制对中观测墩为基站的大地四边形控制网作为主桥施工测量的独立平面、高程控制网，控制网的建立有效地保证了索导管定位安装的精度。

2.导管的精密定位测量

2.1索导管的定位原理

空间索导管的精密定位应该优先保证索导管与主塔的空间实际夹角与设计索导管空间理论夹角一致的相对定位精度，其主要取决于索导管入塔口、出塔口的中心三维坐标的实测值与理论值的相对精度；由于空间索面的特殊性，还需要控制索导管下端口断面与其出塔面的平齐性。

2.2空间直角坐标系的建立

通索导管空间图形与数组之间有序的联系，以达到简化计算和方便实际操作的目的，需要建立索导管空间图形的数学模型，使空间图形与数组对应起来。而建立这个数学模型前要先建立空间直角坐标系，通常以主桥直线段桥轴线L为坐标纵轴X、在水平面内与X轴垂直的轴线M为坐标横轴Y、而通过平面坐标系原点的铅垂线则为坐标竖轴Z。

任意一点工程独立坐标转换为施工坐标计算见式（1）和式（2）。L=（Xp-XO）cosα+（YP-YO）sinα （1）M=-（Xp-XO）sinα+（YP-YO）cosα （2）

式（1）和式（2）中：XO、YO-直线段起点坐标； Xp 、YP-直线段待求点坐标；α-方位角。

2.3索导管放样数据的计算

桥梁施工坐标系的建立给索导管坐标的计算带来了很大的方便，见式（3）和式（4）。

式（3）和式（4）中：X0，Y0，Z0-索导管锚固中心点坐标；β-索导管侧面和立面；γ-与索塔中心轴线的夹角；Z-索导管上任意一点的高程；X，Y-计算Z高程上的索导管中心坐标。因为入塔点、出塔点的Z值设计已给出，所以出口中心点的坐标（X，Y，Z）可求。

因为入塔点、出塔点的Z值设计已给出，所以出口中心点的坐标（X，Y，Z）可求，其索导管中心长度L亦可求，以前5号索为例说明。

2.4索导管的现场安装

定位前，先在前后竖直的劲性骨架上搭焊两根角钢，焊接角钢前，配合高精度全站仪现场放样出索导管上、下剖切口的高程，并在相应高程位置处做标记，进行角钢焊接。角钢焊接好之后，在角钢的顶面放出索导管的里程控制点以及偏距控制点，并在角钢上的索导管里程控制点之间开口预留槽。安装索导管时，直接将索导管吊装至角钢开口预留槽位置处，并用鉴定钢尺丈量出索导管左侧里程控制点到索导管的水平距离和索导管右侧里程控制点到索导管的水平距离，保证两边距离相等。然后适当旋转索导管，使其剖切面与角钢上里程控制点的连线平行，做临时加固处理，防止索导管发生偏移。

2.5索导管的测量定位

索导管数据放样采用全站仪三维极坐标法，实际控制时测量出索导管入塔口、出塔口中心坐标，并与上述方法计算的理论数据进行对比，然后调整索导管直至与理论数据一致。完成后，焊接索导管与劲性骨架的连接处，并对周围钢筋、劲性骨架、角钢加固处理，防止混凝土浇筑过程中因外部因素导致索导管发生偏移。

2.6索导管安装精度要求

由于索导管安装难度大、精度高，为了确保成桥后斜拉索与主梁线形接近设计现形，即与业主、设计、监理等单位沟通，相应的根据规范及设计要求，索导管安装精度应满足平面误差：±10mm，高程误差：±10mm，且两端同向。

2.7定位精度分析

本工程索导管的定位均采用三维坐标法， 以4#主塔中跨3#斜拉索为例，根据大桥控制网及仪器配备情况，取ms=±2.6mm， ma=±1.4mm，S=360m，β=150，mi=mv=±1mm，代入上式得：m x测=my测=±2.7mm，mz测=±2.8mm。

安装误差按mx安==2mm，则索导管的定位误差为：

mx定=（m2x测+m2x安）=±3.4mm

my定=（m2y测+m2y安）=±3.4mm

mz定=（m2z测+m2z安）=±3.4mm

可得出，3#索导管的测量精度满足设计院给定的x、y、z误差值在±10mm以内，完全可以达到设计要求。如表1所示为精度分析表。

通过对1、2号索导管数据分析，该方法能满足设计与规范要求。

3.控制措施

该桥索导管主要从以下几个方面对测量成果进行控制：

（1）仪器配备：要满足索导管的定位精度要求，必须要选择合适的的全站仪。而全站仪的高精度在很大程度上依赖于仪器视准轴、指标差、横轴差等改正功能，尤其对于主塔设计坡度较大的索导管外业观测值影响较大.因此，选用的全站仪性能非常重要。同时，在索导管定位前必须保证全站仪处于检定周期内，各项实时精度指标满足仪器检定要求，才能保证索导管在定位测量时的精度。

（2）测量时段选择：在进行索导管定位时，由于塔柱内的劲性骨架及钢筋受温度影响大，易变形的原因，安装定位索导管时，其空间位置随机变化较明显。因此，在进行索导管高精度定位时，要选择合适的测量时间段。在日出前、日落后的时间段内，主塔温度变化低、空气湿度小宜进行索导管定位测量。一般情况下，宜选择在夜间温度恒定时段内进行测量定位作业，以减少塔柱变形对索导管定位精度的影响。

（3）索导管定位完成后的保护工作十分重要，该主塔施工时，应加强主塔混凝土浇注过程中和浇注后对索导管的监测和复测，对索导管进行实时监控，保证其空间位置的准确性。

4.结束语

综上所述，通过该大桥索导管采用三维坐标法进行测量，有效保证了斜拉桥索导管空间位置的精度，其定位技术是满足相应要求的。索导管的快速准确定位满足了设计要求，为后续斜拉桥施工提供了保障。同时该定位技术实践证明，运用全站仪三维坐标配合圆板与半圆板辅助测量定位索导管，不受施工環境限制，外业观测简便，进度快、精度高，是一种非常有效的方法。

参考文献：

[1]杨辉，田世宽.斜拉桥索导管精密定位的一种方法[J].工程勘察，2017（01）：69-73.

[2]贾海军.斜拉桥主塔索导管精密定位[J].北京测绘，2016（03）：46-49+27.

[3]刘长卿.斜拉桥主塔索导管安装测量高精度定位研究[J].公路，2015（08）：75-78.