探讨悬索桥主缆基准索卡环测量定位技术要点

杨文涛

（湖南路桥建设集团有限责任公司长江分公司,湖南 长沙 410000）

0 引言

悬索桥主缆基准索定位精度对悬索桥梁施工质量具有重要影响[1]。采用传统测量方法，需要考虑绳索温缩效应、环境风力对绳索的线型影响，测量环境要求较高，且测量精度难以保证。某悬索桥项目工程，根据该桥梁基准索规格参数，设计了可抱于基准索股精密卡环，卡环两端可设置连接杆件，用于连接徕卡单棱镜，通过测定棱镜的坐标、标高，即可准确计算主缆基准索坐标、高程参数，有效解决了传统主缆基准索定位方法的不足[2]。经实践，该方法在大型钢结构的空间定位测量中也具有良好的适用性。

1 工程概况

某高速桥梁工程，主桥为（1 480+453.6）m 双塔双跨钢桁梁悬索桥，桥梁全长2 390.18 m，桥面宽33.5 m。该桥梁悬索桥主缆基准索卡环测量定位技术，避免了人工立杆的人为误差，且定位精确性不受索股线型状态影响，有效解决了传统测量方法无法在基准索股上安置反射棱镜的难题，保证了悬索桥主缆基准索定位精度和桥梁整体质量。

2 施工技术工艺原理

技术原理是将精加工卡环安装于基准索股上，在卡环上、下两端安装反射棱镜，使上、下两端棱镜与卡环中心三点一线[3]。

通过地面全站仪观测上、下两端反射棱镜的坐标、标高，取其中数即可计算出索股几何中心的坐标及对应标高。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程（见图1）

图1 施工工艺流程图

3.2 施工操作要点

3.2.1 材料与设备准备

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。

表1 主要机械设备表

表2 主要工装设备表

3.2.2 建立全桥高精度控制网

平面控制网的加密：主缆基准索股各测点的里程测量精度要求，一般在两端各布设不少于2 个控制点，观测仪器采用高精度全站仪Leica TS50 配单棱镜，测量等级为二等边角控制网，采用一点一方向进行严密平差，确保两端控制网内部精度足够强，也可以采用GNSS 静态网进行复核[4]。

高程控制网的加密：高程控制网的加密主要采用跨河水准+陆地水准的形式，测量等级均为二等，水准点利用平面控制点观测墩的墩面水准标志，在桥轴线处进行跨河水准测量，跨河水准测量方法根据跨河视线长度一般采用“测距三角高程法”，该方法最大跨河视线长度可达3 500 m，测量仪器采用两台Leica TS50 全站仪在两岸进行同步观测[5-6]。采用陆地水准对各水准点进行同路线往返观测，观测仪器采用Trimble Dini03 数字水准仪。

3.2.3 基准索股卡环的加工及安装

（1）卡环的加工：根据主缆基准索定位要求，加工卡环6 个（每根索股的边、中跨跨中点同时安装卡环），卡环加工材质采用不锈钢或铝材，卡环内径根据索股直径确定。卡环分两个对称半幅，外侧固定连接杆，连接杆端头安装徕卡圆棱镜，卡环加工制作见图2。

图2 卡环制作图

（2）卡环的安装：利用全站仪将基准索各边、中跨跨中点设计里程现场放样，卡环内边与六边形基准索吻合，使卡环整体呈垂直状态，充分拧紧固定螺杆，螺杆两端安装徕卡圆棱镜，两端棱镜分别对准地面控制点，以满足不同测站对同一卡环同步观测的需求。

3.2.4 大气折光测量

悬索桥主缆基准索的定位测量，由于特殊条件目前采用全站仪三角高程测量是最佳方法，大气折光是制约三角高程测量精度的主要因素，因此如何测定最为有效大气折光参数k 值，成为确保基准索股定位测量精度的关键因素之一[7]。

利用已有控制点，选择合理测线，对中跨跨中、边跨跨中分别进行大气折光k 值的实时测定。测量的方法主要是在两岸控制点架设全站仪，并根据控制点高程与实测高差计算出实时的大气折光，将大气折光k 值代入基准索的各次调整测量中的高程计算公式中，精确计算出索股的高程。

3.2.5 主缆基准索股定位测量

在主缆基准索上放样出中、边跨跨中点，安装卡环，左、右幅共6 个测点（安装卡环），在地面控制点至少架设2 台高精度全站仪，先分别测量各侧边跨跨中点，再同步测量中跨跨中点。

（1）在左、右幅索股温差等条件满足监控要求后，两岸仪器分别同步对各自本岸边跨跨中点的卡环上、下反射棱镜自动观测，再同步对索股中跨跨中点卡环上、下反射棱镜自动观测，计算出卡环上、下棱镜点的里程、标高，取其中数即为基准索股几何中心里程、标高。

（2）每根基准索股的各跨中点绝对标高、左右幅高差均满足监控要求后，至少进行不少于3 d 的基准索稳定观测，每天观测标高均满足要求后即可开始进行一般索股的架设。

4 工程质量控制

根据三角高程测量计算公式可知，测量精度主要受到仪器精度、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[8]。

（1）仪器的选用：在实际工作中可以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Leica TS50，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，为多测站测量中跨跨行点提供精度保障。

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

（4）大气折光测量精度：在基准索测量工作前一小时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至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。

表3 主缆基准索稳定观测成果表（中跨跨中）

5 效益分析

5.1 经济效益

该大桥项目为例，采用精加工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，同时由于测量精度可靠性高，节约了工期费用等，基准索股调整测量仅用了3天时间，稳定观测用了3 天时间。用传统方法测量预计要12 天，而该工程采用精加工卡环测量只用了6 天时间，大大节约了人力、物力，提高了施工速度，主要明细如下：

（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。

5.2 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，解决了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，无须人工值守，同时通过增加大量多余观测，提高了测量精度和观测效率，填补了国内大跨径悬索桥主缆基准索定位反射装置工艺的空白，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[9]。

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，该施工技术可以解决该类建筑物的管状结构的精确定位问题。

5.3 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[10]。施工无大功率、高污染设备的使用，降低了声、光对环境的污染。该施工技术施工效率高，大大降低了能耗。

6 结论

悬索桥主缆基准索卡环测量定位技术，是利用主缆基准索定位反射装置的原理，对其他超高建筑、钢结构建筑管状结构的精确定位，具有较强适用性。经工程实践验证，使用卡环测量定位技术，测量周期比传统方法的节约6 天，节约人工、设备、工期费近40 万元，经济效益显著；且全程无须使用大功率、高污染设备，环境效益显著。同类工程及涉及管状结构的精确定位施工的其他工程，可结合项目实际情况，予以推广使用。