某橋塔測量控制及錨固鋼套管精確定位

吳國平 徐 宏 許鐵力

測量控制是橋塔施工的關鍵內容之一，準確測量每節塔身的平面位置及標高，精確定位鋼筋及勁性骨架的位置，對保證塔身施工質量和實現對橋塔幾何位置的有效控制十分重要。另外，為了保證成橋后結構部件受力的合理性，施工過程中需對錨固鋼套管進行準確定位，使得橋塔、拉索及主梁的空間位置符合設計要求。本文將從控制網布設、測試方法、精度分析等方面對橋塔測量控制方法及錨固鋼套管準確定位進行研究。

1 工程概況

某橋塔柱分為上、中、下三部分，高度為 187.397 m。其中，下塔柱為變截面五邊形，變截面高度為101.305 m，內側為垂直面，其余4個面為40∶1的斜面。塔柱施工采用的是液壓自爬模系統，每節的施工高度為6 m。

2 誤差來源分析及精度保證措施

2.1 控制網的布設

在施工測量控制中，首要的誤差來源于控制網的布設精度，主要包括平面控制網測量及高程控制網的測量，以YS13，YS14為計算基線按三等邊角網的要求布設該橋的三角控制網。高程與平面控制網統一布設，同時進行觀測。在平面控制網中，為減少地球曲率的影響，應將所測的導線邊長距離歸算至測區的平均高程面上。

2.2 儀器軸系誤差改正

全站儀測量的高效高精度，在很大程度上依賴于軸系誤差的自動改正功能，尤其對于大傾角情況下的觀測，因此，觀測前必須實時檢測各項軸系誤差以確保設置值為當前狀態下的實際值，這對于高精度的單鏡位模式極為重要。

2.3 儀器及棱鏡的對中誤差

三維極坐標法的主要誤差來源于測角精度 mβ。影響的主要因素有對中及目標偏心、目標照準等。僅僅按全站儀的標稱精度來衡量測角精度是不全面的。對應于高精度的近距離測量，利用光學對中器架設儀器的精度是不夠的，應盡量采用有強制歸心裝置的設備。在極坐標測量中，減弱目標偏心的誤差也是一個重要的環節。所以測量的高精度要求棱鏡必須正對儀器，以保證大傾角情況下的豎角觀測精度，同時避免測距發射管的相位不均勻性以及飛旋標效應。

2.4 氣溫氣壓的影響

由于工程處于海拔較高、點位落差較大的地區，所以在每次測量放樣時，應對實際量取溫度及氣壓值，并在儀器中設置值進行改正，以消除這方面的影響。

3 塔柱施工的監控

塔柱施工的過程中，為確保主塔在施工過程中結構受力和變形處于安全范圍內，應對施工過程中結構的實際狀態實施有效的監控。塔身施工中測量方面的主要監控任務之一是對它的沉降進行定期觀測。施工前，在承臺上布設觀測點，觀測出初始值，再定期對其進行復測(該橋沉降觀測點每月復測一次)，并與初始值進行對比，計算出差值，為橋梁監控提供數據的支持，以利于對塔身的實際狀態進行分析和控制。對施工過程中不同時段、不同天氣狀態下塔身的變化情況進行有效的監控，以利于選擇合理的測量條件進行放樣，保證測量控制的準確性。

4 上塔柱施工中錨固鋼套管的精確定位

4.1 錨固鋼套管定位測量原理

4.1.1 定位元素

錨固鋼套管為斜拉索兩端錨固于主塔、主梁的定位，構件構造如圖1所示。根據《公路工程質量檢驗評定標準》和《公路橋涵施工技術規范》，錨固鋼套管的定位精度包括兩個方面:1)錨固點空間位置的三維允許誤差±10 mm;2)錨固鋼套管軸線與斜拉索的相對允許偏差±5 mm。根據兩方面的要求和斜拉索的結構受力特性，錨固鋼套管的定位應優先保證其軸線精度，其次才是錨固點的三維精度。通過以上說明:斜拉索的空間位置由主塔、主梁錨固鋼套管的錨墊板中心(亦即錨固點)所確定，其三維允許偏差為±10 mm;管口中心至實際索軸線的相對偏差最大值，允許值為±5 mm。由于斜拉索的長度遠大于錨固偏差值，斜拉索的空間方向余弦變化甚微(小于10-4)，錨固鋼套管軸線與斜拉索軸線的相對偏差主要由錨固鋼套管兩端口中心的相對定位精度決定。

4.1.2 定位作業程序

1)確定出錨固鋼套管的安裝高度，將其錨固中心及管口中心的護樁放樣于勁性骨架上，使之基本就位;2)將直徑等于錨固鋼套管內徑的圓盤標志件(見圖2)放入錨固鋼套管并固定，使其盤面與錨墊板面位于同一平面，此時盤心即為錨固鋼套管中心軸線上一點(不必精確在管口設計位置);3)由控制點上的全站儀直接測量錨固鋼套管的錨墊板中心和管口中心三維坐標，并由實測坐標計算兩中心的間距;4)將錨墊板中心調整到設計位并檢測;5)由錨墊板中心實測坐標(調整到位后)、斜拉索的空間方向余弦(設計值)和兩中心間距計算管口中心的設計坐標;6)將管口中心調整到設計位并檢測，然后計算實測點位至斜拉索軸線的垂距(偏差值);7)由于調校管口時可能引起錨墊板移動，故應復測錨墊板中心并再次調校;8)重復4)～7)，直至滿足定位精度要求。

該方法的定位精度不受錨固鋼套管及錨墊板焊接加工誤差的影響。

4.1.3 計算模型計算管口中心至錨墊板中心距離:

其中，X1，Y1，Z1均為錨墊板中心實測坐標;X2，Y2，Z2均為管口中心實測坐標。由于坐標差值為三維測量的差分值，L值的精度主要決定于棱鏡的對點精度。

1)計算管口中心設計坐標。

其中，X1′，Y1′，Z1′均為調整到位后的錨墊板中心實測坐標;cosα，cosβ，cosγ均為斜拉索軸線的空間方向余弦值。

2)計算管口中心至斜拉索軸線的垂距。

斜拉索軸線方程:

過管口中心且垂直斜拉索軸線的平面方程為:

其中，X2″，Y2″，Z2″均為調整到位后的錨墊板中心實測坐標。

將式(1)變換為參數方程代入式(2)，即可求得管口中心在斜拉索軸線上的投影，再由此計算管口中心至斜拉索軸線的垂距:

其中 ，ΔX=X2″-X1′;ΔY=Y2″-Y1′;ΔZ=Z2″-Z1′。

4.2 錨固鋼套管定位精度分析

4.2.1 錨固點定位精度要求

由于錨固鋼套管的安裝定位是由施工測量指導完成，即根據實測坐標偏差值進行調整，因此其定位誤差完全由測量誤差構成。取兩倍中誤差為極限誤差，則錨固點三維坐標中誤差的允許值(包括控制)為:Mx=My=Mz=Δ限/2=±5 mm。

與普通放樣不同的一點是，錨固鋼套管定位誤差中還包括一項標志件標定誤差。用于標定錨固鋼套管中心的圓盤標志件采用車床加工，為便于安裝和拆卸，其外徑比錨固鋼套管設計內徑減小0.2 mm，同時考慮到車床加工誤差小于0.1 mm，則錨固鋼套管中心的三維標定誤差小于0.15 mm，可忽略。

4.2.2 錨固鋼套管軸線定位精度要求

由于錨固鋼套管的軸線定位精度是由兩端口中心的相對定位精度決定，故由式(3)推導可得:

故兩端口中心三維坐標的中誤差允許值為:

5 結語

上述各項是在某大橋主塔施工中測量控制方面的實踐總結，可以看出，施工測量中影響精度的因素是多方面的，只有我們優化測量方案，利用先進的測量儀器，把握住每一個環節，嚴格規范每一步操作程序，才能滿足施工的要求，使塔柱各項指標處于設計及規范的要求范圍之內。

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[3] 許秀波.論全站儀極坐標法在橋梁測量中應用[J].四川建筑，2008(1):9-11.