浅谈斜拉桥索导管测量定位控制

魏继顺 WEI Ji-shun

（中铁十六局集团第五工程有限公司，唐山 063000）

0 引言

斜拉桥的施工控制主要是对成桥目标进行有效控制，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。为保证成桥时的线形与受力，主要的调控手段为调整斜拉索索力和主梁施工时模板高程。斜拉索是通过预埋在主塔和主梁上的索导管确定其空间位置，索导管的测量定位控制精度直接影响斜拉索的理论状态。索导管定位精度要求高，高空定位困难，施工空间狭小，混凝土浇筑后无法调整偏差，那么如何将外径0.4m，长度2－6m的索导管准确的固定到三维空间位置上，成为施工中遇到的问题。下面以永宁黄河公路大桥主墩索导管实际施工为例，介绍测量控制网布设、索导管中心三维坐标计算、测量放样过程和索导管定位方法。

1 工程概况

永宁黄河公路大桥全长3743.37m，共十八联，主桥跨为110m+260m+110m钻石型双塔双索面斜拉桥，总塔高102.15m。40#、43#为边墩，设置在黄河两岸，41#、42#为主墩，设置在主河道中。斜拉索采用扇形密索布置，对称布置在主塔两侧，塔顶向下8根斜拉索竖向索距2.5m，其下索距2.2m，索导管长度2－4m，主梁中跨索距6m，边跨索距6m和2.5m，索导管长度4－6m，共计160根斜拉索。

2 测量控制网的布设

设计院移交的平面及高程控制点等级均为国家二等。根据现场情况及控制网形状要求，在黄河上、下游各布设2个控制点，按四边形布设，相邻点位互相通视，保证在施工测量时全站仪能够后视2个控制点。主桥平面控制网采用GPS（标称精度：±5mm+1ppm）静态测量方式按二等精度要求进行测设，高程控制网按国家二等精度要求进行测设，采用徕卡DNA03电子水平仪（标称精度：0.3mm）进行往返观测。对符合规范要求的观测数据使用科傻平差软件进行平差，做为施工测量成果使用。控制网布设如图1。

图1 控制网布设示意图

3 索导管坐标计算

该桥设计图纸只给出了拉索锚点三维坐标，由于确定索导管的空间位置至少需要2个三维坐标。在测量定位过程中，往往因为空间受限、钢筋及劲性骨架遮挡，需要在锚点和管口之间的延长线上移动放样点的位置，因此需要根据设计图给出的斜拉索技术参数计算索导管管口坐标及延长线的任意坐标。

根据设计图纸确定斜拉索的主要技术参数有：中跨拉索编号H1～H20；边跨拉索编号A1～A20；主塔和主梁拉索间距；索导管与塔柱、主梁的的尺寸关系；塔上和梁上索导管锚点三维相对坐标；修正后斜拉索顺桥向夹角α、横桥向夹角在三维投影面的关系，如图2。

图2 斜拉索角度示意图

3.1 主塔索导管管口坐标计算

以41#墩左塔肢H20索导管为例：已知锚点三维坐标，XB、YB（与41#墩中心的相对应的里程和偏距），ZB（为绝对高程），根据拉索技术参数和索导管与塔柱尺寸关系，计算管口A点坐标的方法和索导管布置图如图3。

图3 主塔索导管布置图

3.2 主梁索导管管口坐标计算

以41#墩主梁左侧H20索导管为例：已知锚点三维坐标，XB、YB（与41#墩中心的相对应的里程和偏距）、ZB（为绝对高程），根据管口至梁顶和锚点至梁顶的高差值、锚点至管口的纵坡值确定锚点至管口的高差，根据拉索技术参数和索导管与塔柱尺寸关系，计算管口A点坐标的方法和索导管布置图如图4。

图4 主梁索导管布置图

注：i为索导管处的纵坡值，上坡为正，下坡为负。

3.3 复核索导管坐标

①在计算管口坐标开始前，复核设计图纸给出的锚点坐标，目的在于确认计算管口坐标的方法是否正确。复核塔上锚点坐标时需要计算出D点至B点的高差，按照管口坐标计算方法和拉索技术参数计算锚点坐标。复核梁上锚点坐标时，仅需要根据设计图纸与索导管的尺寸关系，计算锚点坐标。

②在计算管口坐标完成后，利用拉索的塔上锚点、梁上锚点坐标和索导管长度，在CAD软件中利用三维制图画出每根索导管，提取图中管口相对坐标与计算管口相对坐标进行复核，目的在于通过不同的计算方式确认坐标是否计算正确。只有索导管坐标准确无误，才能保证索导管空间位置的正确。

3.4 索导管轴线上任意点坐标计算

在计算轴线上任意点坐标时，需要复核导管锚点（X1，Y1，Z1）和管口（X2，Y2，Z2）坐标是否准确。通过实测待放样点的位置的Z3坐标和已知锚点、管口坐标，计算待放样点坐标。计算方法如下：

4 索导管定位控制

为保证快速、准确的对索套管进行测量定位，减少塔柱施工作业循环时间，根据现场条件、测量人员、仪器的配置，在所有计算数据复核无误的情况下，确定最适合现场的索套管测量定位控制方法，保证索导管定位误差满足斜拉索锚具轴线允许偏差5mm、拉索锚固点高程允许偏差±10mm的规范要求。

索导管定位前，结合监控单位，确定塔柱竖向预拱、横向预偏、纵向预偏值和主梁立模标高的预拱值，按线性变化方式对索导管的相对坐标进行调整，换算出里程、偏距和高程后计算出三维施工坐标。在考虑预偏值和预拱值时，理论上斜拉索的技术参数会发生变化，通过计算机进行仿真模拟，其变化很小，可忽略不计。

4.1 影响索导管定位精度超限的因素分析

在该桥索导管测量定位控制过程中出现了定位精度不合格的现象，通过对各种因素分析及改进后的定位方法，确定了以下影响因素。

①定位前对施工班组技术交底不清晰，培训不到位，质量意识淡薄。

②技术人员现场指导不到位，质量检查把关不严；工人责任心差，索套管定位时与测量放样点位对应不严格。

③空间放样的点位支撑不牢固，施工人员对点位保护意识不强，有踩踏、碰撞点位的情况，造成点位下沉、位移。

④全站仪对中、整平不精准，后视点位照准不准确。

⑤在进行高程测量时，未采用全站仪正倒镜观测取平均值方法。

⑥定位支架需要改进，两侧管口处没有微调装置，造成管口无法精确对准放样点位。

⑦未有效避开气温过高、光线过强时段，造成大气折光对测量放样点位的距离和高程误差增加。

4.2 索导管定位测量方法

①全桥测量控制网精度为国家二等，满足测量精度要求。

②配备了一台具有自动照准和追踪测量功能的全站仪，测角精度1秒，在控制点上架设全站仪，直接放样索导管锚点和管口的三维坐标来确定索导管的空间位置及姿态。

③棱镜对中杆在使用过程需要经常调整垂直度，配备一套徕卡小棱镜与对中杆配合使用。

④测量时使用观测点、后视点和复核点进行放样，精确安置仪器，定向完成后对后视点和复核点进行测量，检查两点之间误差是否满足要求，否则需要重新定向。

⑤根据不同的测量时间和现场温度，对观测数据记录并分析，总结外界条件对测量精度的影响，尽量避开高温、强光时间，选择合适的时间段进行测量放样。

4.3 索导管定位控制方法

①塔柱劲性骨架安装完成后，再安装索导管定位架，管口利用劲性骨架固定，锚点利用定位架固定。梁上索导管利用单独的定位架安装。

②依靠劲性骨架和定位架焊接钢筋、钢板，作为三维坐标测设到空间位置上的点位平台，点位确定后加固点位平台，加固完成后需要重新放样点位，然后在点的位置上钻成直径5mm的小孔，用来悬挂线锤。

③索导管在吊装前将锚点和管口位置焊接一条钢板，将索导管的中心点标在钢板上。

④利用手拉葫芦将索导管悬挂在劲性骨架和定位架上，利用点位平台上悬吊下来的线锤和钢尺将两侧管口粗略定位，然后在锚点和管口安装顶丝，作为索导管精确对点的微调装置。利用手拉葫芦调整索导管的高度，利用微调装置调整位置，经过反复调整和量测管口位置正确后，进行简单加固。

⑤利用全站仪测量锚点和管口三维坐标，按照实测坐标与设计坐标的差值，利用微调装置尽可能同步精细调整锚点和管口位置，避免调整管口位置时，锚点位置发生变化。需要反复测坐标和调整位置，直到满足规范要求后，进行最后加固。

⑥定位过程中如果索导管位置与劲性骨架发生冲突，需要切割劲性骨架。索导管粗略定位后将劲性骨架切割部位进行加强焊接，防止劲性骨架变形导致索导管移位。

⑦严格对施工班组的技术交底，提高质量要求，加强测量点及成品保护意识。

⑧为避免钢筋和模板安装过程中发生碰撞引起索导管位置变化，因此混凝土浇筑前需要再次对索导管锚点及管口坐标进行复测，检查是否满足精度要求。

4.4 索导管定位精度

索导管定位精度包括两个方面：一是锚固点高程允许偏差±10mm；二是索导管轴线与斜拉索轴线允许偏差5mm。斜拉索的空间位置由主塔、主梁上的锚点中心确定，实际管口中心至实际斜拉索轴线的垂距为索导管轴线与斜拉索轴线的相对最大偏差值，因此索导管的定位应先保证其轴线精度。索导管在定位完成后需要计算检查索导管的轴线定位精度，管口中心至斜拉索轴线的垂距计算式如下：

注：ΔX、ΔY、ΔZ为锚点中心与管口中心实测坐标差值。

5 结束语

在该斜拉桥索导管测量定位过程中，经过不断研究和改进，总结出了上述测量定位控制方法，有效保证了索导管定位精度，确保了整体施工质量和进度。由于斜拉桥的孔径布局、索塔形式设计及斜拉索设计参数不同，仅以此文作为参考共同研究、探讨。