探討懸索橋主纜基準索卡環測量定位技術要點

楊文濤

（湖南路橋建設集團有限責任公司長江分公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

懸索橋主纜基準索定位精度對懸索橋梁施工質量具有重要影響[1]。采用傳統測量方法，需要考慮繩索溫縮效應、環境風力對繩索的線型影響，測量環境要求較高，且測量精度難以保證。某懸索橋項目工程，根據該橋梁基準索規格參數，設計了可抱于基準索股精密卡環，卡環兩端可設置連接桿件，用于連接徠卡單棱鏡，通過測定棱鏡的坐標、標高，即可準確計算主纜基準索坐標、高程參數，有效解決了傳統主纜基準索定位方法的不足[2]。經實踐，該方法在大型鋼結構的空間定位測量中也具有良好的適用性。

1 工程概況

某高速橋梁工程，主橋為（1 480+453.6）m 雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，橋梁全長2 390.18 m，橋面寬33.5 m。該橋梁懸索橋主纜基準索卡環測量定位技術，避免了人工立桿的人為誤差，且定位精確性不受索股線型狀態影響，有效解決了傳統測量方法無法在基準索股上安置反射棱鏡的難題，保證了懸索橋主纜基準索定位精度和橋梁整體質量。

2 施工技術工藝原理

技術原理是將精加工卡環安裝于基準索股上，在卡環上、下兩端安裝反射棱鏡，使上、下兩端棱鏡與卡環中心三點一線[3]。

通過地面全站儀觀測上、下兩端反射棱鏡的坐標、標高，取其中數即可計算出索股幾何中心的坐標及對應標高。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點

3.2.1 材料與設備準備

該施工技術無需特別說明的材料，采用的主要機械設備見表1 及表2。

表1 主要機械設備表

表2 主要工裝設備表

3.2.2 建立全橋高精度控制網

平面控制網的加密：主纜基準索股各測點的里程測量精度要求，一般在兩端各布設不少于2 個控制點，觀測儀器采用高精度全站儀Leica TS50 配單棱鏡，測量等級為二等邊角控制網，采用一點一方向進行嚴密平差，確保兩端控制網內部精度足夠強，也可以采用GNSS 靜態網進行復核[4]。

高程控制網的加密：高程控制網的加密主要采用跨河水準+陸地水準的形式，測量等級均為二等，水準點利用平面控制點觀測墩的墩面水準標志，在橋軸線處進行跨河水準測量，跨河水準測量方法根據跨河視線長度一般采用“測距三角高程法”，該方法最大跨河視線長度可達3 500 m，測量儀器采用兩臺Leica TS50 全站儀在兩岸進行同步觀測[5-6]。采用陸地水準對各水準點進行同路線往返觀測，觀測儀器采用Trimble Dini03 數字水準儀。

3.2.3 基準索股卡環的加工及安裝

（1）卡環的加工：根據主纜基準索定位要求，加工卡環6 個（每根索股的邊、中跨跨中點同時安裝卡環），卡環加工材質采用不銹鋼或鋁材，卡環內徑根據索股直徑確定。卡環分兩個對稱半幅，外側固定連接桿，連接桿端頭安裝徠卡圓棱鏡，卡環加工制作見圖2。

圖2 卡環制作圖

（2）卡環的安裝：利用全站儀將基準索各邊、中跨跨中點設計里程現場放樣，卡環內邊與六邊形基準索吻合，使卡環整體呈垂直狀態，充分擰緊固定螺桿，螺桿兩端安裝徠卡圓棱鏡，兩端棱鏡分別對準地面控制點，以滿足不同測站對同一卡環同步觀測的需求。

3.2.4 大氣折光測量

懸索橋主纜基準索的定位測量，由于特殊條件目前采用全站儀三角高程測量是最佳方法，大氣折光是制約三角高程測量精度的主要因素，因此如何測定最為有效大氣折光參數k 值，成為確保基準索股定位測量精度的關鍵因素之一[7]。

利用已有控制點，選擇合理測線，對中跨跨中、邊跨跨中分別進行大氣折光k 值的實時測定。測量的方法主要是在兩岸控制點架設全站儀，并根據控制點高程與實測高差計算出實時的大氣折光，將大氣折光k 值代入基準索的各次調整測量中的高程計算公式中，精確計算出索股的高程。

3.2.5 主纜基準索股定位測量

在主纜基準索上放樣出中、邊跨跨中點，安裝卡環，左、右幅共6 個測點（安裝卡環），在地面控制點至少架設2 臺高精度全站儀，先分別測量各側邊跨跨中點，再同步測量中跨跨中點。

（1）在左、右幅索股溫差等條件滿足監控要求后，兩岸儀器分別同步對各自本岸邊跨跨中點的卡環上、下反射棱鏡自動觀測，再同步對索股中跨跨中點卡環上、下反射棱鏡自動觀測，計算出卡環上、下棱鏡點的里程、標高，取其中數即為基準索股幾何中心里程、標高。

（2）每根基準索股的各跨中點絕對標高、左右幅高差均滿足監控要求后，至少進行不少于3 d 的基準索穩定觀測，每天觀測標高均滿足要求后即可開始進行一般索股的架設。

4 工程質量控制

根據三角高程測量計算公式可知，測量精度主要受到儀器精度、控制點精度、儀器高及覘高量取精度、大氣折光測量精度等因素制約[8]。

（1）儀器的選用：在實際工作中可以選用高精度自動搜索并照準的帶ATR 馬達功能全站儀，減弱人為瞄準反射棱鏡誤差，如Leica TS50，測角精度為0.5 s，測距精度為（0.6 mm+1 ppm）。

（2）控制點的保障：觀測前進行不低于二等精度的跨河水準測量，確保兩岸控制點精度一致，為多測站測量中跨跨行點提供精度保障。

（3）儀器高及覘高量取精度保障：控制點均設置強制對中觀測墩，設置墩面水準點，用解析法量取儀器高度，精度小于0.2 mm。

（4）大氣折光測量精度：在基準索測量工作前一小時進行大氣折光實時測量，中跨處采用對向觀測，邊跨采用單向觀測，大氣折光測線與測站至基準索測點的測線盡量保持相近，使測量的 k 值具有代表性。

（5）大橋主纜基準索穩定觀測成果見表3。基準索的各關鍵點高程、高差均滿足設計及規范要求。

表3 主纜基準索穩定觀測成果表（中跨跨中）

5 效益分析

5.1 經濟效益

該大橋項目為例，采用精加工卡環測量懸索橋主纜基準索股，只增加6 個卡環的加工費用，但相比傳統方法節省了人工、對中桿等費用，同時由于測量精度可靠性高，節約了工期費用等，基準索股調整測量僅用了3天時間，穩定觀測用了3 天時間。用傳統方法測量預計要12 天，而該工程采用精加工卡環測量只用了6 天時間，大大節約了人力、物力，提高了施工速度，主要明細如下：

（1） 節 約 人 工 費：6 人×6 天/ 人×120 元/ 天=0.432 萬元。

（2）節約測量對中桿費：6 個×2 300 元/個=1.38萬元。

（3）節約工期費：6 天×6 萬元/天=36 萬元。

（4）增加了卡環加工費用：1 300 元/個×6 個=0.78 萬元。

綜合以上，共取得了0.432+1.38+36-0.78≈37 萬元的綜合效益。

5.2 社會效益

該施工技術解決了懸索橋主纜基準索定位測量儀器反射裝置無法安裝的難題，解決了因索股呈自由狀態時無法測量至索股幾何中心而帶來的換算誤差的難題，無須人工值守，同時通過增加大量多余觀測，提高了測量精度和觀測效率，填補了國內大跨徑懸索橋主纜基準索定位反射裝置工藝的空白，豐富和發展了懸索橋主纜基準索施工技術，節約了基準索定位測量時間[9]。

隨著科技的進步，國內各種超高大型建筑物、鋼結構建筑物越來越多，該施工技術可以解決該類建筑物的管狀結構的精確定位問題。

5.3 節能環保效益

采用該施工技術施工，對環境影響小，對施工的地理位置要求低[10]。施工無大功率、高污染設備的使用，降低了聲、光對環境的污染。該施工技術施工效率高，大大降低了能耗。

6 結論

懸索橋主纜基準索卡環測量定位技術，是利用主纜基準索定位反射裝置的原理，對其他超高建筑、鋼結構建筑管狀結構的精確定位，具有較強適用性。經工程實踐驗證，使用卡環測量定位技術，測量周期比傳統方法的節約6 天，節約人工、設備、工期費近40 萬元，經濟效益顯著；且全程無須使用大功率、高污染設備，環境效益顯著。同類工程及涉及管狀結構的精確定位施工的其他工程，可結合項目實際情況，予以推廣使用。