三维坐标法在海河大桥主塔索道管定位测量中的应用

三维坐标法在xx大桥主塔索道管定位测量中的应用【摘要】在斜拉桥高塔索道管测量中，运用独立控制系统配合全站仪三维坐标法对索导管定位测量，简化测量步骤，提高测量速度，确保测量工作在高塔索道管定位测量中的精确性。【关键词】独立控制；三维坐标；索道管定位；测量1、工程概况天津xx大桥主塔为“钻石型”，直接坐落在承台顶面上，承台以上全高为164.798米。主塔由塔靴、下塔柱、中塔柱、上塔柱、下横梁及上横梁组成。索道管布置在上塔柱部分，斜拉索共74根，采用空间扇形布置，索面竖直方向在主塔上交点间距为1.5～2.5米，斜拉索锚点位于塔壁中心线。主梁上主跨侧的水平方向索距为16米，横桥向斜拉索线10.719米，竖直方向斜拉索锚固点距梁顶（最高点）1米，斜拉索通过钢锚箱边跨侧索距为8米～10米，横桥方向斜拉索锚点距道路中心线10.7米，竖直方向（最高点）2米。2、坐标系的转换在施工测量中平面坐标系统采用天津任意直角坐标系统。该系统不能直观的反映构筑物几何尺寸和坐标之间的位置关系，为了方便主塔施工控制，在原有坐标系的基础上，我们建立了大桥独立坐标系，作为主塔的独立控制网。（如右图）图空间坐标原点（0，0，0）为塔对称中心线高程+0．000m处，X轴正方向指向大桩号方向（边墩方向），Y轴指向下游方向，Z轴指向塔顶。高程采用1972年大沽高程系统2003年成果。如右图换算公式如下：其中：x、y为大桥独立坐标；x′、y′为天津任意直角坐标；α为独立坐标X轴正方向在大地坐标系中的方位角。3.索道管空间位置推算根据设计提供的主塔锚固区尺寸数据表和拉索锚固点坐标数据表，求解每根拉索的空间直线方程。′=′=′=注：为待测点到锚固点的斜距算式中ax、zy、az、为索号在大桥独立坐标系中XZ、YZ、XY平面的投影角x、y、h为索号对应塔上锚固点坐标。为验证空间直线方程的正确性，以C1号索为例，按照设计提供的主塔锚固区尺寸数据表和拉索坐标数据表中的已知数据代入直线方程中，索道管斜长取整个缆索的长度=79.671m（该根索的设计总长）′=1.54+=15′=6.592+=10.719′=116.364-=39.695经验证，所求点坐标和设计提供的梁上锚固点坐标一致。4．三维坐标法在空间定位中的运用4.1.索管道定位斜拉索管道定位的关键是保证锚固中心点的空间位置及管道的方向正确。上塔柱每节有多层索导管，并且导管精密定位时无模板可依，索道管定位可分两步。4.1.1首先将概略位置放样于劲性骨架上，将索道管基本就位；然后精密定位时先定位锚座中心位置。考虑到索道管本身变形以及索道管和锚垫板的焊接加工误差，应直接实测锚座中心。4.1.2将直径等于索道管内径的套件放入索道管并固定，使其盘面与锚垫板面位于同一平面内，此时盘面圆心即为索道管锚座中心，实测该中心并调到设计位置，然后将圆盘标志件放入索道管另一端口，此时盘面圆心即为索道管中心轴线上一点，实测该点三维坐标，由此反算该点到锚座中心设计位的距离，再由拉索中心轴线的空间直线方程求得该点设计坐标，将其调到设计位置，由于调校端口时可能引起锚座移动，反复观测锚座中心并调校，直至锚座中心和另一端口中心均位于设计位的允许偏差范围内，索道管定位完成。套件如下图：4.2.定位检核和纠偏4.2.1由于索道管自身重量较大，在劲性骨架上焊接过程中，其标定三维位置将产生移动，在锚固端固定好之后，需对出口端进行二次调整。

首先，实测索道管锚固点和出口点O1、O2的三维位置；根据锚固点与设计点的三维偏差值修正出口点的位置。′=′′=′′=′式中：xo1、yo1、zo1、——出口点三维坐标实测值；xo′、yo′、zo′——塔上锚固点和梁上锚固点差值；l、l′——索道管实测长度和设计长度的差值和该根索的设计总长；4.2.2计算管中心到斜拉索轴线的垂距斜拉索轴线方程为：过管口中心切垂直于斜拉索轴线的平面方程为：将斜拉索轴线方程代入平面方程，再由此求管口中心至斜拉索轴线的垂距：Ｄ＝式中：、、、出口点调整后，实测其三维实测坐标，代入方程验算索道管定位精度是否满足设计要求，若不满足，适当调整，直到达到要求为止。4.3外界影响产生的误差

由于塔柱受温度、气压、风力、潮位、及太阳活动等外界因素影响较大，所以我们在主塔左右幅第三十二节段分别布置变形观测点，并进行48小时连续观测，取得其变形规律以此来进行误差改正.一般采用在温差变化较小时安装索道管.即早晨或下午四点以后安装.5、三维坐标法精度分析全站仪的放样源程序一般采用极坐标法计算模式，放样点位测量时，点位误差m的主要来源是水平角误差△α，竖直角误差△β，和测距误差△S引起的，三维坐标计算公式为：（1）（2）（3）式中：β为观测的水平角，α为观测点的竖直角，S为斜距。不考虑标高H0和仪器高i，及棱镜的高度l，则上式可修改为：（4）（5）（6）根据误差传播定律，可得待测点的点位水平位移中误差为：垂直中误差为：实际观测时，采用瑞士徕卡TC802全站仪，mα=mβ=±2”；ms=2±2ppm，的全站仪，根据误差传播定律，代入上式可得水平位移的点位中误差m=±2．16mm,垂直位移点位中误差m=±0．78mm。取二倍中误差为极限误差，M=2Mp=±4.32mm＜±5mm,完全满足桥梁施工和索道管安装精度的需要。由于施工中不确定因素的存在，受支架或其它构件的影响，不能保证视线的理想通视状态。为了能更快，更准确的确定放样的点位，施工放样时采用后方交会的方法，后视三个或三个以上的控制桩。此方法在《工程测量规范》高程构筑物放样中得到认可。由于后视的桩位为独立闭合环中的导线桩，各桩位相对精度得到充分保证，仪器建站中误差稳定，这就充分保证了主塔外形几何尺寸和铅垂度的准确性。6、结论斜拉桥一般都是高索塔，跨度大，是高度超静定结构体系，截面尺寸随高度变化，内部构造繁琐，预埋件多，它的每个接点的三维坐标的位置变化都会影响结构内力的分配。因此，斜拉桥的成桥线形要求严格符合设计，在建桥过程中，必须以精密工程测量手段控制测设斜拉桥的线形和索道构件位置，这就给传统的施工测量带来难题，本案在运用了施工独立坐标系的基础上，采用全站仪三维坐标法，对主塔索道管安装进行控制测量，该方案灵活，方便，经济，高效，有效的解决了构件和外部尺寸对测量带来的难题，避免了现场施工和测量工作带来的冲突，既保证了施工质量,又加快了进度,为类似工程提供了不错的借鉴。参考文献：[1]房栓社.三维坐标法在深基坑变形监