斜拉橋空間索導管定位技術

周玖利

摘 要：斜拉橋索導管定位難度大、精度高成為了斜拉橋工程施工測量的一大難題。文章以實際工程為例，對主塔說明及主塔控制網進行了分析，探討三維坐標定位技術結合全站儀進行高塔柱斜拉橋高精度定位的方法，制定切合實際的索導管測量定位方案，保證了索導管的定位質量。

關鍵詞：索導管 三維坐標 測量精度

1.工程概況

某大橋跨越黃河兩岸，大橋與主流約成70°夾角，兩側發育不對稱，屬黃河河谷相對寬闊地帶，堆積物以卵石為主，地表凹凸不平。橋跨布置為2×40m預應力混凝土簡支箱梁（南岸引橋）+（177+360+177）m雙塔三跨半漂浮體系結合梁斜拉橋+5×40m預應力混凝土連續箱梁（北岸引橋）。橋斜拉索通過索導管上端錨固于主塔內，下端錨固于主梁上，全橋共計斜拉索112根，采用Φ7mm平行鋼絲索，外包雙層PE護套，兩層PE護套間設置隔離層，采用五種規格。錨具為冷鑄錨。

橋塔采用鋼筋混凝土菱形型塔，上塔柱截面橫向寬度450cm，縱向寬度700cm。下塔柱截面橫向寬度4.5m～約9m，縱向寬度7m～10m。

根據斜拉橋施工特點以及外界地理因素，該橋主橋控制網以整個路線控制導線網作為基線，建立以JM2-1、JM4-1、JM5-1、JM7-1這4個強制對中觀測墩為基站的大地四邊形控制網作為主橋施工測量的獨立平面、高程控制網，控制網的建立有效地保證了索導管定位安裝的精度。

2.導管的精密定位測量

2.1索導管的定位原理

空間索導管的精密定位應該優先保證索導管與主塔的空間實際夾角與設計索導管空間理論夾角一致的相對定位精度，其主要取決于索導管入塔口、出塔口的中心三維坐標的實測值與理論值的相對精度；由于空間索面的特殊性，還需要控制索導管下端口斷面與其出塔面的平齊性。

2.2空間直角坐標系的建立

通索導管空間圖形與數組之間有序的聯系，以達到簡化計算和方便實際操作的目的，需要建立索導管空間圖形的數學模型，使空間圖形與數組對應起來。而建立這個數學模型前要先建立空間直角坐標系，通常以主橋直線段橋軸線L為坐標縱軸X、在水平面內與X軸垂直的軸線M為坐標橫軸Y、而通過平面坐標系原點的鉛垂線則為坐標豎軸Z。

任意一點工程獨立坐標轉換為施工坐標計算見式（1）和式（2）。L=（Xp-XO）cosα+（YP-YO）sinα （1）M=-（Xp-XO）sinα+（YP-YO）cosα （2）

式（1）和式（2）中：XO、YO-直線段起點坐標； Xp 、YP-直線段待求點坐標；α-方位角。

2.3索導管放樣數據的計算

橋梁施工坐標系的建立給索導管坐標的計算帶來了很大的方便，見式（3）和式（4）。

式（3）和式（4）中：X0，Y0，Z0-索導管錨固中心點坐標；β-索導管側面和立面；γ-與索塔中心軸線的夾角；Z-索導管上任意一點的高程；X，Y-計算Z高程上的索導管中心坐標。因為入塔點、出塔點的Z值設計已給出，所以出口中心點的坐標（X，Y，Z）可求。

因為入塔點、出塔點的Z值設計已給出，所以出口中心點的坐標（X，Y，Z）可求，其索導管中心長度L亦可求，以前5號索為例說明。

2.4索導管的現場安裝

定位前，先在前后豎直的勁性骨架上搭焊兩根角鋼，焊接角鋼前，配合高精度全站儀現場放樣出索導管上、下剖切口的高程，并在相應高程位置處做標記，進行角鋼焊接。角鋼焊接好之后，在角鋼的頂面放出索導管的里程控制點以及偏距控制點，并在角鋼上的索導管里程控制點之間開口預留槽。安裝索導管時，直接將索導管吊裝至角鋼開口預留槽位置處，并用鑒定鋼尺丈量出索導管左側里程控制點到索導管的水平距離和索導管右側里程控制點到索導管的水平距離，保證兩邊距離相等。然后適當旋轉索導管，使其剖切面與角鋼上里程控制點的連線平行，做臨時加固處理，防止索導管發生偏移。

2.5索導管的測量定位

索導管數據放樣采用全站儀三維極坐標法，實際控制時測量出索導管入塔口、出塔口中心坐標，并與上述方法計算的理論數據進行對比，然后調整索導管直至與理論數據一致。完成后，焊接索導管與勁性骨架的連接處，并對周圍鋼筋、勁性骨架、角鋼加固處理，防止混凝土澆筑過程中因外部因素導致索導管發生偏移。

2.6索導管安裝精度要求

由于索導管安裝難度大、精度高，為了確保成橋后斜拉索與主梁線形接近設計現形，即與業主、設計、監理等單位溝通，相應的根據規范及設計要求，索導管安裝精度應滿足平面誤差：±10mm，高程誤差：±10mm，且兩端同向。

2.7定位精度分析

本工程索導管的定位均采用三維坐標法， 以4#主塔中跨3#斜拉索為例，根據大橋控制網及儀器配備情況，取ms=±2.6mm， ma=±1.4mm，S=360m，β=150，mi=mv=±1mm，代入上式得：m x測=my測=±2.7mm，mz測=±2.8mm。

安裝誤差按mx安==2mm，則索導管的定位誤差為：

mx定=（m2x測+m2x安）=±3.4mm

my定=（m2y測+m2y安）=±3.4mm

mz定=（m2z測+m2z安）=±3.4mm

可得出，3#索導管的測量精度滿足設計院給定的x、y、z誤差值在±10mm以內，完全可以達到設計要求。如表1所示為精度分析表。

通過對1、2號索導管數據分析，該方法能滿足設計與規范要求。

3.控制措施

該橋索導管主要從以下幾個方面對測量成果進行控制：

（1）儀器配備：要滿足索導管的定位精度要求，必須要選擇合適的的全站儀。而全站儀的高精度在很大程度上依賴于儀器視準軸、指標差、橫軸差等改正功能，尤其對于主塔設計坡度較大的索導管外業觀測值影響較大.因此，選用的全站儀性能非常重要。同時，在索導管定位前必須保證全站儀處于檢定周期內，各項實時精度指標滿足儀器檢定要求，才能保證索導管在定位測量時的精度。

（2）測量時段選擇：在進行索導管定位時，由于塔柱內的勁性骨架及鋼筋受溫度影響大，易變形的原因，安裝定位索導管時，其空間位置隨機變化較明顯。因此，在進行索導管高精度定位時，要選擇合適的測量時間段。在日出前、日落后的時間段內，主塔溫度變化低、空氣濕度小宜進行索導管定位測量。一般情況下，宜選擇在夜間溫度恒定時段內進行測量定位作業，以減少塔柱變形對索導管定位精度的影響。

（3）索導管定位完成后的保護工作十分重要，該主塔施工時，應加強主塔混凝土澆注過程中和澆注后對索導管的監測和復測，對索導管進行實時監控，保證其空間位置的準確性。

4.結束語

綜上所述，通過該大橋索導管采用三維坐標法進行測量，有效保證了斜拉橋索導管空間位置的精度，其定位技術是滿足相應要求的。索導管的快速準確定位滿足了設計要求，為后續斜拉橋施工提供了保障。同時該定位技術實踐證明，運用全站儀三維坐標配合圓板與半圓板輔助測量定位索導管，不受施工環境限制，外業觀測簡便，進度快、精度高，是一種非常有效的方法。

參考文獻：

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