武汉天兴洲长江大桥上塔柱施工测量技术

1、武汉天兴洲长江大桥上塔柱施工测量技术摘要:本文结合天兴洲长江大桥的主塔墩上塔柱的施工方法，通过 测量的误差理论分析方法，采取特殊的测量定位手段，保证天兴洲长江大 桥的主塔墩的索道管的定位精度。关键词：误差分析、主塔墩、索道管、定位精度1、工程概况武汉天兴洲公铁两用长江大桥主塔是双塔三索面三主桁斜拉桥。主桥 式布置为(98+196+504+196+98) m，2#、3#墩为天兴洲大桥主塔墩，是倒“Y” 形结构，2#墩里程为DK10+698.00m； 3#墩里程为DK11+202.00m。塔底标高 +15.00m，塔顶标高+205.0m，主塔高度为190m。分为下塔柱、横梁、中塔 柱和上塔柱四个部

2、分。下塔柱高29.288m，中塔柱高85.0m (标高 +44.288m+129.288m)，上塔柱高75.712m。依据施工规范和施工图，塔段 的摸板平面轴线位置与设计位置的差W5mm ；锚垫板中心位置偏差W5m ；索 道管轴线偏差W5；塔拄的倾斜度应该满足塔高的1/3000且不大于30mm。为了保证天兴洲大桥的整体施工工期，为了保证上塔柱的施工线形和 索道管定位精度，我们要建立局部精密施工控制网；要用测量误差分析的 方法保证索道管定位精度；在测量过程中要解决日照和温度变化的影响以 便全天候测量定位，特编制上塔柱施工测量技术。2、测量仪器设备及标称精度由于主塔的平面位置、倾斜度、高程及索道管

3、的定位要求精度高，同 时现场施工作业难度大，因此对测量仪器的要求也很高，为满足施工精度 的要求，主塔施工测量作业采用TC2003或同等级精度的测量仪器，其标称 精度为：测角0.5”，测距为1mm+1ppmXD。本工程所使用的测量仪器均经 过国家授权的计量单位检验合格。TC2003经鉴定一测回水平方向标准偏差 为0.4 ”； 一测回竖百角测角标准偏差为0.48 测距部分的固定误差A= 0.89mm；比例误差B二土0.70ppm,满足标称精度。在施工测量作业过程中 每隔一段时间做一次自检，检查仪器的双轴补偿纵横向指标差、垂直编码 度盘指标差、水平视准差、水平轴倾斜误差等项目。3、上塔柱施工测量的方

4、法主塔墩的上塔柱体施工测量的主要内容包括：塔柱体十字线放样、劲 性骨架定位、索道管安装定位、模板调校和竣工测量。塔柱的平面位置测 量方法：采用三维坐标测量法，对劲性骨架、索道管、塔柱模板的位置进 行定位测量，调整各作业部位使其满足设计和相应的规范要求。3. 1建立主塔的施工测量控制网在天兴洲大桥的全桥控制网的基础上，为满足主塔高精度定位测量的 要求，在2#、3#墩附近和横梁上建立高精度的局部施工测量控制网。在进行 上塔柱施工测量前必须对局部施工测量控制网复测。在2#墩和3#墩横梁上 设置高程测量控制点，要保证2#墩和3#墩的高程系统偏差满足设计要求。 同时在2#、3#墩横梁增加两控制点，以满足

5、索管定位测量的要求。已布控制 点位置见“主塔施工测量控制网”。在天兴洲岸布设两个点分别为M31、M32且分布在桥轴线上下游测，距 桥轴线垂直距离约200m左右。在武吕岸防护林边的桥轴线上下游分别布设 M51和M52，且距桥轴线垂直距离在300m到400m以内，和现有GPS控制点 DQ16、DQ14构成双大地四边形。利用DQ14作为已知点，DQ14DQ16作为 起始方位角，采用TC2003进行全测边，部分测角，形成边角网。用软件CODAPS2003进行严密平差处理，外业测量作业及数据处理严格按精密工 程测量规范GB/T15314-94的有关规定进行。M31、M32、M51、M52，建立 强制对中

6、装置，以保证精度。根据控制点误差不显著影响原则,控制点误差所引起的误差为放样点总误差的0.4倍时，使总误差仅增加10%,因此我们取精密控制测量三级的相邻点相对点位中误差MW3mm，距离约为1km，点位误差：M = M 2 + (M xs/p)2( M为测距中误差、m为测角中误差) + (B X S )2)+ (M 疽 s / p )2)=土 ；(0.892 + (0.7X 1)2 + (0.5X 1/2.06265)2)二土2.675mm因此只要采取适当的措施能达到三级精度平面控制网的精度要求，同时也 可以简单推算出控制点的点位精度:M W 点/2xM W2.12mm，% ijijQ 1DQ1

7、5M 2/2xM W2.12mm y 0ijQ 1DQ15.2上塔柱施工测量的方法上塔柱施工采用劲性骨架作为钢筋、模板、索道管等安装的依托架， 它的加工质量及安装精度直接影响着模板、钢筋和管道定位的精度。劲性 骨架的理论位置的计算类同于模板的计算公式。建立塔拄的数学模型：X = / （ X , H , / ）y = f（y，H，1）I为塔柱各方向的斜率，（X0, y0）为已知高程处的特征点的坐标，H为 实际测量的高程。采用三维坐标测量法，对劲性骨架、塔柱模板的位置进行逐步趋近调整的 定位测量，调整各作业部位使其满足设计和相应的规范要求。上塔柱垂直 度的控制，不仅要求在每节塔柱的施工中，模板轴线

8、、特征点和结构尺寸 等定位要素按设计的要求进行严格的控制外，还要选择测量定位时的气象 条件，以消弱气象变化对上塔柱的变形影响，将塔柱垂百度控制在允许的 范围内。3. 3三维坐标测量放样的误差分析由于2#、3#主塔墩施工困难，测量要求精度高、稳定、需要实时进行三 维空间定位，特别是孔道位置的三维位置偏差要小于5mm，因此以5mm测量 误差来进行误差的分析。随着测量仪器设备的发展，特别是在高程方面， 可以利用三角高程来进行高程测量作业，由于测量仪器受到大气、环境、 大气折光、温度等方面的影响，还同时受到测量仪器的误差、人为的对中 整平、瞄准观测等因素的影响，因此三维极坐标法放样主要有以下几个误 差

9、来源。（1）仪器测距精度等的影响M1，我们采用TC2003全站仪，其测距精度为：0.89mm0.70ppm,从天兴洲岸观测3#墩时视线长约为800m。以此 距离作为考虑M 1 = ，:(0.89)2 + (0.7 X 0.8)2 = 1.052 mm同时由于有温度变化、气压变化对测量产生了测量误差的影响，在施 工作业中可以准确地测出大气的温度、气压值，通过对一起设置数据的更 改，当温度测量误差小于1笆气压小于测量误差小于3.4mbar时，对测距的 影响为1ppm，因此M 1 =(0.892 + (0.7 +1.0) X 0.82 = 1.625 mm水平方位角的误差影响M2,我们采用的TC20

10、03全站仪标称测角 精度为0.5，经鉴定：其一测回水平方向标准偏差为0.40，我们在施 工作业中每次观测都必须测一个测回才能作为最终观测结果，因此取M =2 0.40 。竖百角观测误差的影响，我们采用的TC2003全站仪经鉴定： 一测回竖百角测角标准偏差为土 0.48我们在施工测量中每次观测都必须 至少观测一个测回，才能作为测量结果使用，因此取M3=0.48。控制点点位误差的影响M/由于控制点进行平差处理后都存在点 位误差，见天兴洲大桥局部高精度测量控制网报告和天兴洲大桥主 塔塔柱施工测量方案，建立了高精度的局部控制网，可以取M4=Mx=My= 2.12mm，取高程M=2.0mm，对于塔柱的每

11、一个施工测量部位而言，我们4均采用三维极坐标法进行施工放样，因此：工=工0)+ D x cos I x cos ay=y + D x cos I x sin a 0Z = h o + D x sin I注：D为斜距且DW 800 mI为竖百角I W30控制网的布设时已考虑到I W30。为方位角X、y、h为已知控制点坐标 000所以放样点在不考虑其他因素的影响时点位误差为m (22 +1.6252 + (800 x 0.48. 206.265)2 = 3.179 mm 由于在施工作业中还受对中误差、大气折光差、瞄准误差的影响 对中整平误差,我们对控制点采用强制对中装置，每次作业多 个方向整平仪器

12、，因此我们取M5W 1 mm。 大气折光差*,我们采用在2#墩和3#墩分别布设一个稳定的点，在测量作业前先对2#、3#墩进行测量推算出放样2#或3#墩时大气折光的影响 值，对测量数据进行改正，因此我们取M6W 1 mm。瞄准误差叫，由于受眼睛分辨率的影响，越长距离照准误差越大，在 (22 +1.6252 + (800 x 0.48. 206.265)2= 3.179 mm由于在施工作业中还受对中误差、大气折光差、瞄准误差的影响对中整平误差,我们对控制点采用强制对中装置，每次作业多 个方向整平仪器，因此我们取M5W 1 mm。大气折光差*,我们采用在2#墩和3#墩分别布设一个稳定的点，在测量作业

13、前先对2#、3#墩进行测量推算出放样2#或3#墩时大气折光的影响 值，对测量数据进行改正，因此我们取M6W 1 mm。瞄准误差叫，由于受眼睛分辨率的影响，越长距离照准误差越大，在 .2.122 +1.6252 + (800 x0.48. 206.265)2 +(800 x0.40；206.265)2= 3.606 mmy0m = + (cos I x sin a x m. )2 + D x sin a x (一 sin I)xm . p 2 + D x cos I x cos a x m p 2 (2.122 +1.6252 + (800 x 0.48 206.265)2 + (800 x 0

14、.40；206.265)y0= 3.606 mmm =、：m 2 + (sin I x m )2 + (D x cos i x m / p )2 测量过程中必须要多次照准日标，因此我们取M7W 2 mm 综上所述，测量放样点点位精度应为：m = m = j（3.606）2 + m 2 + m 2 + m 2=土 4.36 mmm = J（3.179）2 + m 2 + m2 + m 2=土 4 .01 mm在施工中还存在施工偏差，根据设计要求锚垫板中心偏差小于5mm，因 此我们可以计算施工的偏差不应大于2.6mm。测量时应尽量调整，当测量值 与设计坐标差值小于3mm后可以不做调整，否则必须重新

15、调整再测量。当 锚垫板与管口中心坐标差在3mm8mm （N16N1）之内即可满足轴线偏差 5的要求。3. 3索道管定位的方法斜拉桥索道管精密定位是斜拉桥高塔柱施工中一项测量精度要求很高、 测量难度极大的作业，斜拉桥索道管的位置及其角度均应准确控制，锚垫 板与索道管必须互相垂直，并符合图纸要求。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土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。

16、3. 3. 1斜拉桥索道管的定位原理及方法3. 3.1.1确定索道管轴线的空间直线方程依据设计图纸给出的索道管参数，计算每一个索道管轴线上锚固点和 索道管中心出塔点的坐标，计算索道管轴线与X轴的夹角a；与Y轴的夹 角B；与Z轴的夹角Y。由此可归纳出索道管轴线的空间直线方程L：X 一 X 0 = Y 一 Y = z - Z。= Dcos a cos p cos yX。、Y。、Z0是索道管锚固点的坐标；D是两实际测量点的空间距离；X、 Y、Z是索道管轴线上D距离处的理论计算坐标。3. 3. 1.2 索道管三维定位的步骤（1）将索道管基本就位后采用圆套管标志件标出锚垫扳中心（实际锚固 点坐标的位置）

17、和管口中心。（2）由控制点上的全站仪直接测量索道管实际锚固点坐标和管口中轴线 上的坐标（用盘左盘右平均值为最终测量值），并计算两中心的空间距离。（3）将锚垫扳中心调整到设计位置。（4）用锚垫扳中心的实测坐标（调整到设计位置的）、索道管轴线的空间 方向角和两中心的空间距离计算管口中心的设计坐标。X = D * COS a + X0Y = D * C OS P + Y0z = d * c os y + Z0（5）将管口中心调整到设计位置，计算索道管轴线角度的偏差。（6）复测锚垫扳中心并做调整，（7）重复（3）（6）的作业步骤，直到满足定位的限差要求。3. 3. 1.3定位过程中要解决的问题（1）在

18、进行索道管定位时由于索塔砼受到日照、索塔砼内部温度不均、 风力等因素影响，上塔柱位置发生随机的变化。在进行索道管高精度定位 时，要选择合适的测量时间，在没有日照、没有3级以上大风、并且空气 温度及索塔温度变化不大的时段里进行索道管高精度定位。因此一般情况 下宜选择在夜里8点到第二天早上5点进行测量定位作业，以减弱索塔变 形对索道管定位精度的影响。（2）由于在定位测量时不可能做到对向观测，用三角高程法测量三维坐标时要尽量消除球气差对高程的影响。在2#墩和3#墩的横梁上各设置一 个高精度的高程控制点H。，在进行索道管三维测量时，测量横梁上高程控 制点的高程H，计算 h = H - H0再利用公式：

19、A k =2 R x A hS 2用计算所得&值在全站仪里对设置的K值进行修正。由于视线所通过 的环境与后视大致相同，可以基本消除球气差对高程测量的影响。（3）天兴洲大桥的平面控制点在平差时已经投影到+50m高程了，上塔 柱测量时也应该消除投影对距离的影响，因此在上塔柱施工高程大于+130m 时，还要进行将距离归算到+50m高程面的投影改正，提高塔柱的位置和索 道管的定位精度。投影改正值为：A D = - x D R式中：h为测站点与被测点的平均高程与50m高程之差。在全站仪里采用对棱镜常数进行修正的办法修正测量距离。（4）仪器具有的一些机械误差可能会由于时间和温度的变化而变化， 因此在进行上

20、塔柱和索道管的定位前要自己调较仪器的双轴补偿纵横向指 标差、垂直编码度盘指标差、水平视准差、水平轴倾斜误差等项目。（5）三维测量的高精度要求棱镜必须正对仪器，在对上塔柱和索道管 定位时，倾角较大，如果无法准确照准棱镜中心就会严重影响竖百角的观 测精度，同时由于仪器测距发射管的相位不均匀性以及飞旋标效应而影响 测量精度。3. 3. 2采用相对坐标法进行索道管定位的方法在进行索道管定位时，受日照的影响，测量定位的时间受到限制，同 时在进行3#墩索道管定位时，必须要在南北两侧的测量控制点上设仪器，定位时的距离相差很多，在南岸控制点距3#墩索道管的平面距离约为400m, 在北岸控制点距3#墩索道管的平面距离约为1200 m，由此产生的误差差别 较大。因此为了满足全天候测量定位和南北侧的索道管定位精度相同，我 们采用独立坐标法进行定位测量。（1）在上塔柱的劲性骨架上设2个相对稳定的点D1、D2，要能满足同 时可以看到6个索道管的中心和满足测量仪器操作的小平台。（2）在温度变化不大且没有日照的时间段，在上塔柱的点上摆放全站 仪，用后方交会的方法测量3个控制点，平差计算出D1、D