论高速公路悬索桥基准索卡环测量定位控制技术

摘要 悬索桥施工环节主缆线形控制极为关键，决定着桥梁整体的承载能力和结构稳定性，对桥梁结构的安全性具有不容忽视的影响。而基准索股的定位直接决定主缆线形施工质量，因此如何对其实施精准测定，是现阶段悬索桥施工中的难题。文章结合某桥梁工程实践，对公路悬索桥基准索卡环测量定位控制技术展开全面探讨，分析了传统测量方式的局限性及基准索卡环测量定位控制技术的优势，归纳出该测量技术要点及注意事项，为后续同类工程施工提供借鉴。

关键词 桥梁工程;悬索桥;主缆基准索;卡环;精确定位

中图分类号 U448.25 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）11-0130-03

引言

悬索桥主缆基准索安装前必须进行精准定位，因此需要在温度恒定、风速为零的夜间对其跨中位置的里程及标高实施全程跟踪测量[1-2]。现提出严格按照基准索索股具體型号、尺寸定做卡环，环抱基准索股，并将其端部位置加装棱镜。通过全站仪对棱镜标高及坐标实施测量，测得的数据中数便是索股中心位置处的坐标和高程。

1 工程概况

某高速公路桥梁工程设计全长2 390.18 m，结构形式为（1 480+453.6）m双塔双跨钢桁梁悬索桥，东、西两侧主桥副孔依次为3×60 m和（32.58+4×60.5）m等截面悬臂现浇预应力混凝土连续刚构，桥面设计宽度为33.5 m。在进行主缆基准索定位时，将通过精细定做的卡环安装在索股之上，测量时通过全站仪直接对卡环端部棱镜实施测量，直接测出索股中心坐标及高程，解决了基准索股难以组装棱镜的技术难题，有效降低了基准索定位测量的时间，提高了施工效率。

2 施工技术特点

2.1 定位效率高

将定做好的卡环套在索股上，并将两边的螺栓紧固到位，然后在卡环上下部位分别安装棱镜，即可实施定位测量。传统的测量方式是通过人工辅助的方式将对中棱镜立于索股之上，需对各测定位置的索股线型实施测量。而利用该技术能够通过卡环实现对棱镜的精准固定，且可进行随意调节，实现各个方向的精确测量，提高工作效率，节省人力、物力[3]。

2.2 定位精度高

常规的测量方式要全面结合索股规格、各测点位置处线型垂度，将测量的索股表面坐标、高程转换至索股中心部位，测量精度存在较大的人为误差。而该施工技术则避免了人为误差的产生，卡环中心点和两棱镜位于一条直线上，实际测量时直接读取两端棱镜坐标和高程，分别取二者中数即为索股中心坐标和高程，这一测量方式，增大了观测视角，有效提升测量精度。

2.3 适用范围

该施工技术主要应用于悬索桥主缆基准索股三维坐标测量，同时可应用于高空、空间钢结构以及管线的三维坐标定位。

3 工艺原理

该施工技术的原理是将定做好的卡环套在索股上，并在其上下部位分别设置反射棱镜，确保两棱镜与卡环中心在一条直线上，利用全站仪对上下棱镜进行坐标测量和高程测量，利用测量得出的两组坐标和高程数据，取中数得出索股中心点处的坐标和高程[4]。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程（见图1）

4.2 施工操作要点

4.2.1 建立全桥高精度控制网

平面控制网的加密技术：

（1）主缆基准索股各个测点的里程测量，须在两侧分别设置至少2个控制点。

（2）测量设备选择高精度LeicaTS50全站仪并配备单一棱镜。

（3）测量等级采用二等边角控制网，通过一点一方向的测量方式对误差进行合理分配。通过这些措施，有效保证两端控制网具有较强的精度，此外还可以通过GNSS静态网对其实施校核[5]。

高程控制网的加密技术：

（1）采用跨河水准和陆地水准两种测量形式，二者测量等级均为二级。

（2）水准点采用平面控制点，观测墩面水准标志，在桥梁中轴线部位实施高程测量。

（3）在进行跨河水准测量时，结合跨河视线的具体工况，常选用“测距三角高程法”，此种方法能够实现超长距离的水准测量，其跨河长度最大能够达到3 500 m。

（4）测量设备选择2台LeicaTS50全站仪在河流两岸实施同步观测。

（5）陆地水准测量，利用各个水准点实施同路线闭合测量进行精度控制，主要测量仪器为Trimble Dini03数字水准仪。

4.2.2 基准索股卡环的加工及安装

（1）卡环制作：结合主缆基准索测量定位的实际需求，制作同型号卡环6个（各索股端跨和中跨跨中部位均需安装卡环），利用铝材或不锈钢材料进行卡环制作，其内径严格按照索股直径尺寸确定[6]。卡环主要由两个对称半幅组成，外部组装连接杆，连接杆末端安装徕卡圆棱镜，卡环制作效果图如图2所示。

（2）卡环安装：通过全站仪依次测量定位基准索边跨及中跨跨中位置的设计里程坐标，确保卡环和基准索完全贴合，使卡环完全处于垂直状态，并确保棱镜和地面控制点相对应，进而有效保证同一卡环可观测不同测点。

4.2.3 大气折光测量

对悬索桥主缆基准索，实施坐标定位。因测设环境条件限制，现阶段应用全站仪三角高程测量是最高效、最精确的测量方式。测量过程的空气折射是影响其测量精度最关键因素，所以科学有效地对大气折光参数k值实施测定，成为保证基准索股测量精度的决定性因素[7]。

借助现场存在的控制点，规划测量路线，对边跨及中跨跨中位置实施k值精准测量。具体实施方式为：

（1）分别在河流两岸控制点位置架设全站仪，然后结合控制点高程和实际测量所得的高差对大气折光进行计算。

（2）将实测的误差调整系数，分别代入基准索高程测量计算式，科学运算准确得到索股高程。

4.2.4 主缆基准索股定位测量

主缆基准索实施测量定位，准确测定出边跨和中跨跨中位置坐标和高程，然后进行卡环安装。左、右幅主缆基准索共布置6个测点，各测点均需规范安装，利用地面控制点架设高精度全站仪，先对各边跨跨中位置坐标和高程实施测量，然后再同时测量中跨跨中位置坐标和高程[8]。

（1）监测左、右幅索股温差等工况，达到规定要求后，利用河流两岸两台全站仪，同时测量河岸边跨跨中位置卡环上、下棱镜坐标和高程。

（2）继续采用同样的测量方式，对中跨跨中位置卡环上、下棱镜进行定位测量。

（3）分别计算出各自棱镜位置的坐标和高程，取各自中数即为基准索股中心位置的高程和坐标。

（4）待各基准索股每一跨跨中位置的高程、左右幅高差全部达到条件后，及时对基准索实施稳定性观测，观测时间至少72 h，待各时段的观测高程全部达到规范要求后，再进行其他索股的施工。

5 材料與设备

该施工技术无需特别说明的材料，采用的主要机械设备见表1及表2。

6 工程质量控制

根据三角高程测量计算公式可知，测量精度主要受仪器精度、控制点精度、仪器高及觇高量取精度、大气折光测量精度等因素制约[9]。

（1）仪器的选用：选用高精度自动搜索并照准的带ATR马达功能全站仪，减弱人为瞄准反射棱镜误差，如LeicaTS50，测角精度为0.5 s，测距精度为（0.6 mm+

1 ppm）。

（2）控制点的保障：观测前进行不低于二等精度的跨河水准测量，确保两岸控制点精度一致，为多测站测量中跨位置提供精度保障。

（3）仪器高及觇高量取精度保障：控制点均强制对中观测墩，设置墩面水准点，用解析法量取仪器高度精度，控制在0.2 mm范围内。

（4）大气折光测量精度：在基准索测量工作前1 h进行大气折光实时测量，中跨处采用对向观测，边跨采用单向观测，大气折光测线与测站、基准索测点的测线尽量保持相近，使测量的k值具有代表性。

（5）大桥主缆基准索稳定性观测成果见表3。基准索的各关键点高程、高差均满足设计及规范要求。

7 效益分析

7.1 经济效益

以该大桥项目为例，采用卡环测量悬索桥主缆基准索股，只增加6个卡环的加工费用，但相比传统方法节省了人工、对中杆等费用。基准索股调整测量用时3天，稳定性观测用时3天，工期控制效果明显，而传统方法测量需12天。该方案测量精度可靠性高，经济效益分析明细如下：

（1）节约人工费：6人×6天/人×120元/天=0.432万元。

（2）节约测量对中杆费：6个×2 300元/个=1.38万元。

（3）节约工期费：6天×6万元/天=36万元。

（4）增加了卡环加工费用：1 300元/个×6个=0.78万元。

综合以上，共取得了0.432+1.38+36−0.78≈37万元的综合效益。

7.2 社会效益

该施工技术解决了悬索桥主缆基准索定位测量仪器反射装置无法安装的难题，以及因索股呈自由状态时无法测量至索股几何中心而带来的换算误差的难题，提高了测量精度和观测效率，丰富和发展了悬索桥主缆基准索施工技术，节约了基准索定位测量时间[10]。

随着科技的进步，国内各种超高大型建筑物、钢结构建筑物越来越多，该施工技术也可以解决此类建筑物管状结构的精确定位问题。

7.3 节能环保效益

采用该施工技术施工，对环境影响小，对施工的地理位置要求低。施测过程没有大功率、高污染设备投入，降低了声、光对环境的污染，降低能耗效果明显。

8 结论

该高速桥梁项目，施工环节采用加工卡环固定反射装置，完成了对主缆基准索的精准定位测量控制。测量时共设置6个主缆基准索测点，分别布设于边跨中间、中跨中部，依次在各测点固定卡环棱镜装置。基准索计算主要参数包括：各跨跨中位置里程、各跨跨中位置高程、索塔实际里程、塔顶实测高程等内容。通过采用基准索卡环测量定位控制技术，测量各关键点座标、高程、高差等均满足设计及规范要求。

参考文献

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[3]金强， 祝文斌， 郭登峰， 等. 独塔非对称自锚式悬索桥主缆施工的监控测量调整[J]. 安装， 2020（1）： 27-30+33.

[4]冯丛. 钢筋混凝土自锚式悬索桥主缆安装施工技术探讨[J]. 四川建材， 2013（3）： 170-171+173.

[5]卢磊， 汪丽君. 西南山区多雨雾天气下的悬索桥主缆施工质量控制[J]. 公路， 2018（7）： 166-171.

[6]赵燕. 悬索桥主缆架设施工中的测量控制——以武汉市鹦鹉洲长江大桥主缆架设测量控制为例说明[J]. 中小企业管理与科技， 2014（4）： 89-92.

[7]戚斌， 宋亚宏， 岳顺. 基于差分技术的悬索桥主缆高程测量误差修正方法[J]. 测绘与空间地理信息， 2017（2）： 190-191+194.

[8]邓小康， 孙杰. 悬索桥基准索股调整计算的改进方法[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2021（12）： 90-95.

[9]王海城， 肖军， 郭湘， 等. 一种新的自锚式悬索桥基准索股线形控制方法[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2020（7）： 60-65.

[10]郭湘， 王海城， 肖军， 等. 基于主缆分段无应力索长的自锚式悬索桥基准索分析方法[J]. 公路， 2019（7）： 131-136.

收稿日期：2022-03-15

作者简介：田波（1994—），男，本科，助理工程师，研究方向：公路工程施工。