斜拉桥主塔索导管安装测量技术与高精度定位

2019-08-06吕超武

建材发展导向 2019年3期

吕超武

（中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆400037）

作为一种典型的高次超静定结构，斜拉桥具有较为敏感的受力特性，其中的塔、梁以及索中的任何一个部分发生变化，均会致使结构内力分配情况发生相应的改变。基于提升主梁施工安全性以及增强合拢线性精度这两方面的目的，有必要采取可行的安装测量方法，最终确保斜拉桥的整体施工质量。

1 工程概况

本文以长湾澧水大桥为背景展开探讨，其位于湖南省桑植县青龙村长湾组附近。此桥梁为典型的H型结构，施工中以钢筋混凝土为原材料，所得到塔为47.5m，无论是塔柱还是连接横梁均设置为矩形截面的形式。桥梁共使用到了56组拉索结构，各拉索的上下间距均控制为7.0m，而彼此之间的竖向间距则设置为1.2m。

2 索导管测量

在进行斜拉索导管安装过程中，其所处的安装位置必须具有足够的精度，而这随之提升了安装与测量难度。在施工过程中，应充分考虑到所处位置与角度这两大因素，并严格遵循工程图纸而展开。当塔柱不受到外力的影响时，在进行索导管定位时难度相对更低。施工中应满足塔梁同步施工的要求，但由于塔柱变形是一项极为复杂的问题，因此应充分明确索导管的偏差并对其采取针对性解决措施 [1]。

在工程中，索导管的定位精度应满足如下两大要求：（1）锚固点所对应的三维坐标应符合工程要求；（2）索导管与斜拉索二者所对应的轴线偏差应控制在合理范围内，关于具体内容可见下表1。基于以上两方面要求，在进行索导管定位施工时首先应确保其满足轴线精度要求，而后再考虑锚固点所提出的三维精度要求。在进行索导管安装作业时，其定位测量工作的难度普遍较大，所提出的精度要求也较为严格，此时宜使用全站仪三维坐标法进行定位处理。

表1 导管允许偏差

当索导管运输到指定区域后，应对其结构尺寸做以全面检查，寻找到其中的轴线并做好标记工作，具体检查内容有长度与内外径两大方面。

设站：在进行索导管定位作业时，应安排2组人员共同完成，所使用到的全站仪设备以2台为宜，其中一台置于JM14-3，其对应的后视控制点为JM14-4；此外，另一台则为CPII084，其对应的后视控制点为JM14。

无论是哪一台全站仪设备，均对应有A、B两处锚索固定端，在进行测量之前应对设备进行核对，确保二者的三维坐标差值控制在5mm范围内，在满足此要求后方可进行放线处理。

3 高精度定位

3.1 索导管任意一点三维坐标计算

对所得到的设计参数表做以认真复核，确保所有原始数据均不存在错误现象。在进行斜拉桥设计过程中，通常需要围绕主塔的三个维度具有针对性地建立出各自的直角坐标系。以三角函数为基础进行反推，由此得出诸如锚固点坐标等各类参数，当所得到的反推结果与原始表单数据具有一致性时，则说明数据具有足够的可靠性；若二者存在出路，此时应寻找到其中的原因，并做以相应改进。

3.2 通过CAD计算索导管上任一点三维坐标

在围绕斜拉桥进行数据计算时，主要体现在空间独立坐标系与项目所对应的大地坐标系之间的转换。

（1）以设计路线为指导，借助CAD将控制路中心线准确绘制出来，在此基础上标示出主塔中心所对应的具体位置，由此作为独立空间坐标系的原点。在设定三维方向时，将顺桥向设置为X轴，将主塔纵向设置为Y轴，在此基础上综合参考参数表内的各个坐标，由此绘制出索导管锚固点所对应的具体位置，并做好上下锚点的连接工作。此时所得到的长度则反映的是两个锚固点间距L在平面上的投影长度，此处用L平进行表示。最后，以所得到的平面投影长度为基准，在此基础上将锚固点作为起点，从而标注出索导管所对应的端口点。在平面定位图的作用下，可以精准获悉任何一点所对应的平面坐标值。

（2）以X轴为基本出发点，在此基础上以主塔纵向为基准，由此向中轴线Y方向偏移适量的距离，此时可以得到X，在此基础上将Y轴进行延伸并使其达到X'，此时将会表现出相交的关系，而后再次延伸一段距离，由此得到Y'，此时可以将Y'作为定位图的Z轴。基于以上方法，将会使得X,X'与Y'产生相应的交点，由此作为XOZ面的原点。而后以参数表的坐标为指导，由此绘制出各个锚固点所对应的具体位置，并将上下锚固点进行连接处理，二者之间的距离L可以在XOZ面上投影出相应的长度，此处用L垂进行表示。在此基础上综合考虑索导管的直径以及L垂值，最终可以得到索导管对应的端口以及顶底面。而受惠于立面定位图，可以灵活的获悉到索导管的高程值。

（3）考虑到主塔施工时存在三维预偏值的问题，因此需要利用CAD对坐标数据做以修正处理。

3.3 索导管定位过程控制

就当前的全站仪工作精度而言，其在三维坐标定位过程中所得到的精度极容易受到外界环境的影响，而要想提升此方面精度，最为基础的便是确保三角高程具有足够的测量精度。但在实际操作过程中，影响三角高程测量精度的因素较多，诸如距离测量以及量高误差等均会对其造成影响。对此，在进行索导管定位时，应尽可能采取相应的手段。

要想使得主塔索导管定位精度达到工程提出的要求，就必须挑选高精度的仪器，其中最为主要的便是高精度棱镜。总结本单位在过去的相关工作经验，最后所选定的全站仪设备测角精度应达到1°及其以上标准，所带来的测距精度应达到1mm+1.5ppm及其以上水平。基于自动搜索的方式可以寻找到棱镜的中心，此举可以良好地规避人工作业误差[2]。

除了上述所提及的仪器精度外，诸如仪器高以及棱镜高均会对三角高程测量结果造成影响。在进行主塔索导管定位时，每进行一次设站都需要做出相应的量取，若以钢卷尺人工作业的方式进行操作，极容易受到人为因素的影响，此时所得到的测量精度很有可能达不到工程标准。此外，无论是仪器高还是棱镜高都具有一定的随机误差，在二者的共同作用下所带来的整体影响尤为明显，而这便是三维坐标定位过程中应尤为关注的问题。通常情况下，仪器高需要使用钢卷尺进行测量，而后将所得到的平均值作为最终结果；而棱镜高则需要使用棱镜单杆进行校准，由此提升相对测量精度。工程中若采用反侧法，此时所得到的仪器高将会摆脱各类因素的影响。关于其具体方法有：将全站仪设备架设在指定的三维坐标点上，在此基础上输入一个值并做好记录工作；而后对另一三维坐标点进行测量，由此得出测量结果与实际值之间形成的高程差，最后反算出仪器高，将所得到的结果输入仪器中，再次进行定向即可。