斜拉橋主塔索導管安裝測量技術與高精度定位

呂超武

（中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶400037）

作為一種典型的高次超靜定結構，斜拉橋具有較為敏感的受力特性，其中的塔、梁以及索中的任何一個部分發生變化，均會致使結構內力分配情況發生相應的改變。基于提升主梁施工安全性以及增強合攏線性精度這兩方面的目的，有必要采取可行的安裝測量方法，最終確保斜拉橋的整體施工質量。

1 工程概況

本文以長灣澧水大橋為背景展開探討，其位于湖南省桑植縣青龍村長灣組附近。此橋梁為典型的H型結構，施工中以鋼筋混凝土為原材料，所得到塔為47.5m，無論是塔柱還是連接橫梁均設置為矩形截面的形式。橋梁共使用到了56組拉索結構，各拉索的上下間距均控制為7.0m，而彼此之間的豎向間距則設置為1.2m。

2 索導管測量

在進行斜拉索導管安裝過程中，其所處的安裝位置必須具有足夠的精度，而這隨之提升了安裝與測量難度。在施工過程中，應充分考慮到所處位置與角度這兩大因素，并嚴格遵循工程圖紙而展開。當塔柱不受到外力的影響時，在進行索導管定位時難度相對更低。施工中應滿足塔梁同步施工的要求，但由于塔柱變形是一項極為復雜的問題，因此應充分明確索導管的偏差并對其采取針對性解決措施 [1]。

在工程中，索導管的定位精度應滿足如下兩大要求：（1）錨固點所對應的三維坐標應符合工程要求；（2）索導管與斜拉索二者所對應的軸線偏差應控制在合理范圍內，關于具體內容可見下表1。基于以上兩方面要求，在進行索導管定位施工時首先應確保其滿足軸線精度要求，而后再考慮錨固點所提出的三維精度要求。在進行索導管安裝作業時，其定位測量工作的難度普遍較大，所提出的精度要求也較為嚴格，此時宜使用全站儀三維坐標法進行定位處理。

表1 導管允許偏差

當索導管運輸到指定區域后，應對其結構尺寸做以全面檢查，尋找到其中的軸線并做好標記工作，具體檢查內容有長度與內外徑兩大方面。

設站：在進行索導管定位作業時，應安排2組人員共同完成，所使用到的全站儀設備以2臺為宜，其中一臺置于JM14-3，其對應的后視控制點為JM14-4；此外，另一臺則為CPII084，其對應的后視控制點為JM14。

無論是哪一臺全站儀設備，均對應有A、B兩處錨索固定端，在進行測量之前應對設備進行核對，確保二者的三維坐標差值控制在5mm范圍內，在滿足此要求后方可進行放線處理。

3 高精度定位

3.1 索導管任意一點三維坐標計算

對所得到的設計參數表做以認真復核，確保所有原始數據均不存在錯誤現象。在進行斜拉橋設計過程中，通常需要圍繞主塔的三個維度具有針對性地建立出各自的直角坐標系。以三角函數為基礎進行反推，由此得出諸如錨固點坐標等各類參數，當所得到的反推結果與原始表單數據具有一致性時，則說明數據具有足夠的可靠性；若二者存在出路，此時應尋找到其中的原因，并做以相應改進。

3.2 通過CAD計算索導管上任一點三維坐標

在圍繞斜拉橋進行數據計算時，主要體現在空間獨立坐標系與項目所對應的大地坐標系之間的轉換。

（1）以設計路線為指導，借助CAD將控制路中心線準確繪制出來，在此基礎上標示出主塔中心所對應的具體位置，由此作為獨立空間坐標系的原點。在設定三維方向時，將順橋向設置為X軸，將主塔縱向設置為Y軸，在此基礎上綜合參考參數表內的各個坐標，由此繪制出索導管錨固點所對應的具體位置，并做好上下錨點的連接工作。此時所得到的長度則反映的是兩個錨固點間距L在平面上的投影長度，此處用L平進行表示。最后，以所得到的平面投影長度為基準，在此基礎上將錨固點作為起點，從而標注出索導管所對應的端口點。在平面定位圖的作用下，可以精準獲悉任何一點所對應的平面坐標值。

（2）以X軸為基本出發點，在此基礎上以主塔縱向為基準，由此向中軸線Y方向偏移適量的距離，此時可以得到X，在此基礎上將Y軸進行延伸并使其達到X'，此時將會表現出相交的關系，而后再次延伸一段距離，由此得到Y'，此時可以將Y'作為定位圖的Z軸。基于以上方法，將會使得X,X'與Y'產生相應的交點，由此作為XOZ面的原點。而后以參數表的坐標為指導，由此繪制出各個錨固點所對應的具體位置，并將上下錨固點進行連接處理，二者之間的距離L可以在XOZ面上投影出相應的長度，此處用L垂進行表示。在此基礎上綜合考慮索導管的直徑以及L垂值，最終可以得到索導管對應的端口以及頂底面。而受惠于立面定位圖，可以靈活的獲悉到索導管的高程值。

（3）考慮到主塔施工時存在三維預偏值的問題，因此需要利用CAD對坐標數據做以修正處理。

3.3 索導管定位過程控制

就當前的全站儀工作精度而言，其在三維坐標定位過程中所得到的精度極容易受到外界環境的影響，而要想提升此方面精度，最為基礎的便是確保三角高程具有足夠的測量精度。但在實際操作過程中，影響三角高程測量精度的因素較多，諸如距離測量以及量高誤差等均會對其造成影響。對此，在進行索導管定位時，應盡可能采取相應的手段。

要想使得主塔索導管定位精度達到工程提出的要求，就必須挑選高精度的儀器，其中最為主要的便是高精度棱鏡。總結本單位在過去的相關工作經驗，最后所選定的全站儀設備測角精度應達到1°及其以上標準，所帶來的測距精度應達到1mm+1.5ppm及其以上水平。基于自動搜索的方式可以尋找到棱鏡的中心，此舉可以良好地規避人工作業誤差[2]。

除了上述所提及的儀器精度外，諸如儀器高以及棱鏡高均會對三角高程測量結果造成影響。在進行主塔索導管定位時，每進行一次設站都需要做出相應的量取，若以鋼卷尺人工作業的方式進行操作，極容易受到人為因素的影響，此時所得到的測量精度很有可能達不到工程標準。此外，無論是儀器高還是棱鏡高都具有一定的隨機誤差，在二者的共同作用下所帶來的整體影響尤為明顯，而這便是三維坐標定位過程中應尤為關注的問題。通常情況下，儀器高需要使用鋼卷尺進行測量，而后將所得到的平均值作為最終結果；而棱鏡高則需要使用棱鏡單桿進行校準，由此提升相對測量精度。工程中若采用反側法，此時所得到的儀器高將會擺脫各類因素的影響。關于其具體方法有：將全站儀設備架設在指定的三維坐標點上，在此基礎上輸入一個值并做好記錄工作；而后對另一三維坐標點進行測量，由此得出測量結果與實際值之間形成的高程差，最后反算出儀器高，將所得到的結果輸入儀器中，再次進行定向即可。

4 結語

綜上所述，在進行斜拉橋索導管安裝過程中，其對定位精度提出了極高的要求，在全站儀設備的作用下，所得到的定位精度得以大幅提升，此時可以滿足工程所提出的精度要求，具有良好的可行性。