公轨两用刚性悬索桥顶推法施工自动测量技术应用

李胜辉 谢振解 李美娟 姚立波 张高杰

（浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051）

特大型桥梁由于跨度大、顶推距离长，采用现场拼装顶推施工工艺时要求合龙精度达到毫米级[1]。但采用传统的人工测量方法，存在受人为误差影响较大、效率较低且实时偏差数据不能及时与各建设相关方共享分析处理的问题，因此在钢桁梁顶推过程中如何及时监测、反馈其空间位置数据并及时指导纠偏至关重要。

一、工程概况

钱塘江新建大桥项目位于浙江省杭州市，是国内首座多跨长联公轨两用悬链形上加劲钢桁梁桥。大桥跨度布置为（73.4+122+4×240+122+73.4）m，全长1350.8m，其中主跨长240m，上层为八车道公路，下层为双线快轨，项目总投资约17.7亿元。其中钢桁梁主桁架中心间距36.8m，桁高12m。钢桁梁总长1348m，共71个节段，全桥钢桁梁总重约6.2万吨。

二、顶推自动测量施工技术概述

（一）技术原理

针对以往顶推过程中测量需人工数据采集、计算分析、上传导致测量数据共享、现场纠偏滞后的难题，本文介绍了一套自动测量方法及软件。其主要由三个模块组成：Leica TS60机器人全站仪、无线传输模块、Bridge launching桥梁顶推测量系统。其中Leica TS60机器人全站仪主要负责顶推过程中测点位置的自动跟踪和坐标数据采集；无线传输模块主要负责将数据实时传输至计算机Bridge launching桥梁顶推测量系统；Bridge launching桥梁顶推测量系统主要负责对采集的数据与监控单位给出的理论数据进行计算对比分析，并将处理结果通过云平台传输至BIM平台，BIM平台将接收到的数据代入模型后，即可实现桥梁顶推进程及相关数据的可视化，如图1所示。

图1 顶推自动测量原理图

（二）技术特点

采用全站仪自动测量，加快了测量速度，减少了人为照准误差，提高了测量精度和效率；能实现自动化观测，无需测量人员一直值守，减少专业测量人员的投入；顶推数据通过顶推测量控制系统分析处理后，可实时将偏差数据传输至BIM平台实现三维偏差展示，实时查看桥梁顶推情况并指导现场施工，可视化程度较高。

三、施工技术应用

（一）施工准备

技术准备。施工前对顶推测量所需理论线型的计算复核、测点布置要求、测量方法等技术要点开展交底和培训。

机具准备。标定测量所需的leica TS60机器人全站仪，同时准备好相应的棱镜、脚架、无线传输模块和Bridge launching桥梁顶推测量系统。

测量准备。一是控制点复核。在钢桁梁顶推施工前需要对设计单位移交的首级控制网施行全面细致的复测，明确移交的控制点坐标系和顶推施工坐标系之间的转换关系，建立相应计算方程。根据首级控制网复测结果对两端加密的控制点开展静态测量，计算坐标和高程，并使用电子水准仪对两端观点高程开展联测和复核。二是测点布置。测站点应布置在钢桁梁前后视线通视处，可选择前/后端还未架设钢桁梁的墩顶上，距离不宜太小影响视线，一般情况下控制测站仪器与测点仰角小于45°[2]。根据施工规范要求，以桥梁轴线上的两个中心点控制横向偏差，以左右两个测点（中心线外15.6m）控制高程偏差。具体测点布置如图2所示。

图2 钢桁梁测点布置示意图

（二）初次定向

前（后）端测站仪器架设完成后在仪器测量界面输入测站点坐标和后视点坐标，将仪器置于正镜并精确照准后视点施行定向，同时利用另一个控制点校核数据，确认数据无误后完成定向。

（三）初始值设置

每轮次顶推前，需对leica TS60机器人全站仪按照测点进行测量路径设置，以便后续自动测量时，按照该测量路径进行采集数据。

待前后端测点路径设置完成后，在软件界面上设置桥梁的设计中轴线，同时输入桥梁起、终点坐标，计算方位角；接着输入起始里程，然后选择钢桁梁顶推方向；最后检查软件上记录测点数据是否准确。该数据后续将作为顶推横向偏差、纵向推进距离、高程变化的初始值。

（四）自动跟踪测量、采集

初始值及桥梁设计中轴线设置完成后，打开Bridge launching桥梁顶推测量系统的“顶推测量”界面，设置好测量周期和间隔时间（如2min/次）、测量开始时间和结束时间，并保存。钢桁梁开始顶推后，两台Leica TS60全站仪会按照设置好的周期、间隔时间和初始路径自动展开循环跟踪捕捉监测点棱镜，并采集记录各个监测点的数据[3]。

（五）测量数据传输

Leica TS60全站仪采集完监测点的数据后，通过全站仪端的无线传输模块将采集的数据传输至计算机Bridge launching桥梁顶推测量系统。

（六）测量数据处理

Bridge launching桥梁顶推测量系统将对采集到的数据开展整体分析和计算，计算出每个点位与桥梁设计中轴线的横向偏差、纵向推进距离、高程变化，并对成果数据开展趋势分析。

（七）测量数据共享

经过Bridge launching桥梁顶推测量系统处理完成后的数据，通过该系统预设的对外传输云端接口，将处理结果通过云平台传输至BIM平台等第三方单位。

（八）测量数据可视化

采集到的数据经软件计算分析，共享至BIM平台后，平台可根据实时接收的数据对三维模型开展姿态校正，通过三维模型及专用窗口显示当前的顶推进程及偏差数据，最后现场施工人员可以通过网络地址或手机App实时查看偏差值，监控现场顶推施工。

四、结语

通过该技术的应用，解决了顶推施工中因测量数据反馈不及时、测量误差大等导致的一系列问题。与传统的人工测量和安装GPS相比，该技术利用Leica TS60机器人全站仪进行自动测量和Bridge launching桥梁顶推测量系统结合实现数据分析处理共享，既能减少GPS在测点布置上的局限性，又提高了测量精度。在缩短施工工期的同时降低了桥梁顶推施工的安全风险，减少了设备资源和专业测量人员的投入，具有自动化、可视化的优势。该技术可广泛应用于需实时进行自动测量监测、反馈分析的桥梁顶推测量作业，以及有类似需求的常规桥梁、道路等工程测量作业。