大跨度橋梁控制網方案設計探討

摘 要:為滿足高精度的橋梁空間三位定位測量的技術要求，通過對橋梁進行必要精度分析，理論計算橋梁極軸線的極限中誤差，確定橋梁控制網中誤差的最低精度、指導優化設計網型方案，從而保證控制網的穩定性和可靠性。最后在大跨度的橋梁勘察設計與施工過程中，以落布溪大橋控制網設計為實例，建立高精度控制網，為橋梁勘察設計與施工提供量提供有益的幫助和借鑒。

關鍵詞:必要精度分析 極限中誤差 控制網優化設計

中圖分類號:U443文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0102-02

1 引言

隨著國家科技實力的提高，我國在橋梁建設方面取得飛速發展。大跨度拱橋、鋼構橋、斜拉橋、懸索橋等特殊橋梁在山區拔地而起，這類特殊橋梁除了科技含量高、技術先進外，跨度大、合攏精度極高，從而促使工程測量技術發展。為滿足高精度控制測量與變形監測技術要求，控制網設計是工程建設至關重要的一項。應用理論計算指導建立可靠而穩定的控制網。

2 理論分析計算

2.1 必要精度的分析

橋梁施工控制網一般是由三角網(邊角)和大地四邊形來進行平面控制，根據橋墩和橋臺的位置，大橋控制網需要怎樣的精度才能滿足施工測量的又要求呢？下面從確定橋長和放樣的橋墩來進行分析。現在根據大橋的跨度和結構架設的誤差來確定控制網的必要精度。根據新《工程測量規范》大橋與特大橋的軸線長度、測量設備和跨河條件來確定，采用三角網或光電測距儀等方法測定，其極限長度誤差為1/2000，而梁長制造的限差為1/5000。其支座墊板的安裝誤差為±10mm，為了保證三角網形測量精度我們取控制網誤差是橋梁架設誤差的，以求得控制網的三角形網在橋梁軸線上的邊長相對中誤差。

2.2 理論計算橋梁軸線的極限中誤差

(1)跨間極限誤差

(1)

式中、為支座安裝誤差，N為跨數，S為梁長。

(2)架設的極限誤差

(2)

(3)預制梁梁(連續可假定為特殊預制梁)的全長

(3)

式中d為支座中心間距，N為跨數，S為梁長，

(4)橋梁的全長架設的相對中誤差

相對中誤差= (4)

(5)得出控制網橋梁的軸線邊長相對中誤差極限誤差為

相對中誤差極限誤差= (5)

通過理論計算得出的橋梁的軸線邊長相對中誤差極限誤差，當我們在實際布設控制網時，整個網型的精度高于理論計算精度，即可滿足橋梁設計的合攏精度要求。

3 工程實例

3.1 工程概況

落布溪大橋位于湖北省宜昌市點軍區境內，屬于修建中宜萬鐵路重點控制性工程，也是國內跨度最大的上承式鋼管混凝土勁性骨架提籃拱橋，大橋橋面距谷底140m兩岸為懸崖峭壁，地理條件差，測量環境非常復雜惡劣，是宜萬鐵路的一個焦點。橋梁中心里程為Dk27+722.98，全長252.3m，橋跨組合為1-24m的后張梁+1-178m的上承式拱橋+1-32m的后張梁。主跨采用1-178m的上承式勁性鋼管砼拱，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數2.814，矢跨比1/4.5(矢高39.556m)。

現根據我落布溪大橋項目的具體情況計算施工控制網的橋梁軸線上邊長相對中誤差。落布溪大橋分宜萬兩岸1+24m和1+32m簡支梁，其余中間部分為連續現澆梁，由于大橋橋面系既不屬于純粹的簡支梁也不屬于純粹的連續現澆梁，而且跨度不等的特點。從以上現狀分析，將連續梁部分全部假想為一片預制梁，故將大橋假想為1+24m、1+178m、1+32m的3片簡支梁結構形式分別進行計算落布溪大橋軸線上邊長相對中誤差。

3.2 理論計算落布溪大橋的軸線極限中誤差

1+24m簡支梁軸線上邊長相對中誤差計算

(1)跨間極限誤差:

式中、為支座安裝誤差，N為跨數，S為梁長。代入據計算得出跨間極限誤差為:

(2)架設的極限誤差:

代入數據計算得出架設極限誤差為:

(3)1+24m預制梁的全長

式中d為支座中心間距，N為跨數，S為梁長，在這里簡支梁1+24m、1+32m兩端的支座中心間間距為2.2m，連續梁1+178m兩端的支座中心間距為4.2m。

代如數據計算得出跨間極限誤差為:

(4)1+24梁的全長架設的相對中誤差:

相對中誤差=

相對中誤差=

(5)得出控制網對1+24m張梁的軸線邊長相對中誤差極限誤差為:

相對中誤差極限誤差=

代入數據計算:

相對中誤差極限誤差

=

同理可以計算出1+178m、1+32m的軸線邊長相對中誤差:

1+178m的軸線邊長相對中誤差=

1+32m的軸線邊長相對中誤差=

假設落布溪大橋全橋控制網軸線邊長中誤差為，分析三片梁的相對中誤差，我們建立控制網要求中誤差為同時滿足下面3片梁限差相對邊長中誤差的條件:

即:

故我們經過計算得出落布溪大橋全橋控制網軸線邊長相對中誤差滿足:

即可以保證控制網符合工程空間三位定位測量精度的技術要求。

3.3 落布溪大橋大地四邊形閉合導線平差計算

根據我們理論計算得出落布溪大橋全橋控制網軸線邊長相對中誤差，要求邊長相對中誤差必須滿足，從而設計出我落布溪大橋施工控制導線網及其相關技術要求。

根據宜萬鐵路W4標原GPS點建立新閉合導線控制網，以LBX-3為起始點，LBX-3～4BM11為起算邊，按三等控制測量規范要求測量。如圖1所示。

測量儀器徠佧TC802全站儀，該儀器的測角精度±1″，測距精度為2mm+2ppm，儀器狀態

狀態良好，儀器各種系統誤差均符合三等控制測量限差要求，三等導線控制網主要技術如表1。

技術參數摘錄:國家測繪總局《工程測量規范》(GB50026—93)n為測站數

落布溪大橋導線控制網測量成果:

式中:n為測站數。

因為:

所以導線測量角度閉合差合格。

根據《工程測量規范》三等導線網控制測量測距相對閉合差。

因為:

所以測距相對閉合差符合三等導線測量合格。落布溪大橋三等閉合導線測量成果符合國家三等導線控制測量技術要求，測量成果合格，測量數據可用。數據平差表格附表2。

4 結語

通過對橋梁控制網優化設計，保證了兩岸控制點精度一致性。為大跨度的特殊橋梁高精度的空間三維定位定位與控制測量積累了寶貴的測量經驗。

根據施工規范定位精度的要求并結合現場實際情況，通過施工控制網設計，預先計算出滿足工程建設需要最低控制網精度;反過來通過理論計算的控制網形的最低精度，來指導我們組織設計控制測量技術方案，因此在建立施工控制網前進行控制網形的最低精度理論計算是有必要的，為優化合理的測量方案有舉足輕重的作用。

4.1 保證控制網的精度和質量

通過我們的理論計算指導現場測量工作，從而保證了大橋控制點位中誤差、邊長相對中誤差以及最弱邊的相對中誤差滿足設計及測量規范的要求。

4.2 有效控制測量成本投入

建立施工控制網所消耗的成本(包括人力、儀器設備、用于設計、造標埋石、交通運輸、儀器設備檢核以及測量必須花費的資金)，總是隨著建網等級的升高而增加，但是他們的關系并不是一成不變的。通過理論優化設計測量方案可以為項目工程測量資金投入、預算提供依據，從而為項目節約成本。

參考文獻

[1]張正祿.工程測量學[M].武漢:武漢大學出版社，2006(6):299～300.

[2]廉勇.施工測量內業計算的CAD方法[J].測繪通報，1999(6):10～12.

[3]馮文灝，李建松，等．用于工業部件放樣與檢測的特高精度工業測量3維控制網的建立[J].測繪學報，2000(11):361～362.

[4]肖東升，揭培見，黃丁發.Excel和AutoCAD相結合的放線模擬方法[J].測繪通報，2007(10):45～47.

[5]肖東升，黃丁發，揭培見.匝道中線外一點高程CASIO編程解算[J].測繪通報，2007(10):44～46.

[6]李孟山，李少元，等.利用復化辛甫生公式解算線路加樁點的坐標和里程[J].石家莊鐵道學院學報，1999，(3):51～53.

①作者簡介:馮立勝，男，重慶彭水工業園區建設實業有限責任公司總工程師，長期從事城市規劃與基礎測繪工作。