斜拉桥主塔索道管精密定位工法

1、1 前言随着桥梁建设的发展 , 斜拉桥以其良好的结构性能和跨越能力以及优美的建 筑造型在现代桥梁中占据着重要地位 . 而斜拉桥主塔索导管的定位则是其施工过 程中一项精度要求最高、 工作难度最大， 对成桥质量影响显著的测量工作。 本工 法可应用于建设条件相类似的项目， 其成果将为斜拉桥索导管定位测量工作带来 积极的推动作用 .2 工法特点目前,主塔索导管的定位方法较多 ,主要有间接测量定位法、 场地定位安装后 直接吊装法等。由于其定位的精度很大程度上受管件或其他构件的加工误差影 响，很难满足其定位精度要求。另外受其工法影响，其定位需要多次转换，工序 繁琐，不直观。 而本工法采用三维直接定位法，

2、配以高精度精密全站仪对索导管 的中轴线进行现场实时安装定位， 从而达到索导管真正意义要求上的精度以及测 量位置的直观性。 在索导管定位时， 采用可编程计算器， 提前将索导管空间线型 模型进行编程，测量时可进行实时测量计算，从而提高测量效率。此工法通过技术创新以及成功应用， 突破了常规的索导管定位施工方法， 为 国内此项技术工法填补了空白。3 适用范围本工法适用于斜拉桥索导管定位、 悬索桥索导管定位以及类似索导管之类的 管道施工定位。4 工艺原理索道管的定位精度包括两个方面：一是锚固点空间位置的三维允许偏差 5mm二是索道管轴线与斜拉索轴线的允许角度偏差 5。根据两方面的要求和 斜拉索的结构受力

3、特性， 索道管的定位应优先保证其轴线精度， 其次才是锚固点 位置的三维精度。 索道管轴线与斜拉索轴线的相对偏差主要由索道管两端口中心 的相对定位精度决定。4.1空间直角坐标系的建立桥梁建设通常建立以桥轴线方向为 X轴的平面桥梁独立坐标系和以某高程 系为基准的高程值来表达工程结构物的位置。 为了沟通索道管空间图形与数组之 间有序的联系，以达到简化计算和方便实际操作的目的， 需要建立索道管空间图 形的数学模型，使空间图形与数组对应起来。而建立这个数学模型前要先建立空 间直角坐标系，通常以主桥直线段桥轴线为 X轴（纵轴）、在水平面内与X轴垂 直的轴为丫轴（横轴）、而通过平面坐标系原点的铅垂线则是 Z

4、轴。4.2索导管特征点与特征轴线的寻找索导管常规定位采用索导管的顶面线或底面线进行定位，但是，受索导管上附着物（螺旋筋、加紧钢板、附着钢筋等）影响，上下特征线将不方便或不能够 准确寻找。为了解决索导管的定位问题，我们根据索导管的尺寸以及外形特征对 索导管的锚固处以及出塔处设计加工了专门的定位板，（见图一、图二）。使用时， 锚固处定位板直接放置在锚垫板上， 直接观测定位板中心即锚固点中心坐标， 进 行锚垫板位置的调整定位；出塔处将出塔处定位板放置于索导管开口处， 注意使 定位板的半圆弧与圆杆下侧同索导管的内壁同时紧贴后，观测定位板中心即索导管出口处中心坐标，对索导管出口位置进行调整定位。2-21

5、-1图一 索导管定位板示意图（出塔处定位板）说明：1、本图与图一尺寸均以毫米计；2 、图中D尺寸为索道管的内径减2mr，R尺寸为索道管内口半径减1mm3 、2m圆杆与半圆盖板保持垂直；4 、加工误差要求在+0.5mn以内。5 、连接处尽量用锚接，减少焊接变形。图二索导管定位板示意图（锚固处定位板）4.3索导管定位模型：为了定位方便，索道管定位的数学模型由空间直线方程推导、 简化后，可用下式表达：(1)：Y = 丫0 + a (X - X 0) .Z = Z + b(X - X o)式中单位以米计，式中xo,Yo,Zo,a,b对每一根索道管而言均为常数（依据设计图纸给出的索道管锚固点坐标、塔壁侧

6、索道管中心点坐标以及索道管倾斜角 度就可得出），里程X为自变量，表示斜拉索中心线上某一点的里程，丫、Z分别是与X相对应的斜拉索中心线上某一点的横向坐标与高程。4.4精度分析设测站点坐标为Xo,Yo,Zo,则索道管上的观测点P点的三维坐标表达式为:X P = X + S cos z cos a* Yp =Y +S cos z sin Zp = Z。+S sinz式中单位以米计，S为斜距，a为方位角，z为竖角应用误差传播定律对（2）式求导后得出P点的观测中误差为:(2)2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2M xp =M X。+cos zcosotM s+S sin zcosot(MZ

7、/P) +S cos zsin otWP)2 2 2 2 2 2 2 2 2222 2 *M Yp =M 飞 +cos zsin M s+S sin zsin g(Mz/P) +S cos zcos 口口/戸)9222222M 2 = M 2z。+sin2 z M 2s+S2 cos z (MZ / P)2 (3)式中单位以毫米计，Mzp是三角高程单向观测的高程中误差。在一般情况下，三 角高程测量误差主要还包括大气折光影响、 仪器高量测误差等。其中大气折光是 三角高程测量的主要误差源，索导管定位时可通过后视主塔横梁上的标高点来进行改正；棱镜高直接由棱镜杆上标数读出，精确标定后其中误差取v =1

8、mm平面点位测量误差要考虑棱镜的对点误差 t。棱镜对点误差由棱镜杆倾斜误差和棱镜杆尖对点误差构成，棱镜杆倾斜误差以圆水准器的格值8 /2mm计算,杆高0.6m时，倾斜误差为0.7mm,棱镜杆尖对点误差在采用精加工标志件时取0.5mm,因此棱镜对点中误差近似取为1mm综上分析可得P点测量误差为:(4)Mx 二,M2Xp - .2 M Y =Jm 2YP +t2=Y，M 2zP +y2 +M 2k式中单位以毫米计，据江顺桥控制网及仪器使用情况，TCR180C全站仪标称精度 为T, 1+1ppm,取最大观测竖角Zmax =15 ,最大斜距Smax二750m,对点误差忑1mm, 控制点点位误差 MX。

9、= MY。= MZ。= Mq 汉=+2.12mm ，Mk =D2 ，k/2R=：0.03mm代入(4)式求得单镜位测量P点最大误差为：M X = M Y =垃.44mm 5mm/ 、丿(5)M Z = *2.38mm 300m，按抛物线计算会带来一定的误差，因 而采用更精确的悬链线方程求解。534投影面的改正在三维极坐标法对索导管进行观测时， 索导管分布在上塔柱，其所在位置与 两岸侧的测站点之间高差较大，所以在索导管定位时必须考虑高程投影面的改 正。距离投影改正公式为：H - H RS式中H为测线平均高程，H0为投影面高程，S为平距，R为地球曲率半径 通过改正全站仪里棱镜常数设置的办法进行修正

10、测量距离。5.3.5球气差改正受气象条件影响改正公式为:6 281.8 - .29065 P1 + 0.00366 t式中P为大气压，t为大气温度；受球气差影响改正公式为:1 - K2R式中，K为大气折光系数，R为地球曲率半径。此项改正可以利用修改全站仪内部程序设置里的气象条件来完成改正 536三角咼程误差的消除对于高塔柱的高程测量，全站仪测距三角高程具有方法简便灵活、作业速度 快、效率高、受地形条件限制较少等特点，经济指标优于几何水准测量。目前影 响全站仪三角高程精度的主要因素仍然是大气折光的影响。由于大气折光系数与气候、地区以及地形等复杂因素相关，即使同一边的两端也不尽相同，因此，用 对向

11、观测或水准测量反算的大气折光系数 K值或平均K值，对一个地区的三角高 程进行改正，并不能真正减弱大气折光的影响。而对于大跨度的斜拉桥进行索导 管测量时，对向观测非常困难，大气折光影响比较严重。为减少这种误差，在主 塔横梁大小里程侧各埋设一个高精度的高程控制点，在进行索导管三维测量时，后视横梁上的高程控制点，实时计算:2 RS2用计算所得的厶k值对全站仪设置的K值进行修正。由于视线所通过的环境与后视大致相同，可以基本消除大气折光对高程测量的影响。537定位时间段的选择在进行索导管定位时，由于塔柱受日照、风力、以及塔柱内外温度不均等因 素影响，塔柱位置会发生随机的变化。在进行索导管高精度定位时，要

12、选择合适 的测量时间段。在没有日照、没有3级以上大风，且空气湿度及塔柱温度变化不 大的时间段里进行索导管定位。一般情况下，宜选择在夜间8点到第二天早上5点进行测量定位作业，以减少塔柱变形对索导管定位精度的影响。6主要测量仪器设备主要测量仪器设备序号名称数量备注1全站仪1台标称精度（测角w T,测距w1+1ppn）2计算器2部可编程3棱镜2套棱镜杆为可伸长的45cm棱镜杆4对讲机4部7投入人员情况表主要投入人员序号技术人数备注1高级工程师12工程师23技术员24测量员28质量与安全控制8.1严格按照控制网测设规范要求进行控制网测设；8.2对加工后的定位板进行尺寸检查，其加工误差不得大于0.5mm

13、8.3仪器精度满足要求，每次测量前对仪器进行检查、校准；8.4定期或不定期对棱镜杆进行检查校准；8.5各测量人员要各尽其职。9安全措施索导管施工属于高空作业，应在保证安全的前提下进行测量工作。9.1各操作人员必须佩戴安全帽方能进入施工场地；9.2高空操作人员必须系安全带，穿防滑鞋；9.3索导管定位处设置定位平台，确保人员安全。10效益分析10.1经济效益此工法的成功应用，精度上满足了设计要求，施工方面大大提高了定位效率 为塔柱的如期竣工节省了时间.同时,高精度的定位工法使得索导管免去了由于 定位精度不够而采取的一系列措施费用，为公司节省了一定的成本费用.10.2社会效益索导管精密定位工法的成功研究应用，使得我公司在业主单位和监理单位获 得了良好的声誉，同时为我公司树立了良好的社会形象，并为我公司