高塔柱斜拉橋索導(dǎo)管高精度定位方法研究

廖輝軍，田克明

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司，湖南長(zhǎng)沙 410004; 2.江西省國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃院，江西南昌 330002)

0 引言

斜拉索是聯(lián)系斜拉橋塔、梁的紐帶，錨固于索塔與主梁的拉索預(yù)埋導(dǎo)管上。索導(dǎo)管的軸線與呈懸鏈狀態(tài)的斜拉索端頭軸線不一致時(shí)會(huì)改變斜拉索的受力狀態(tài)，使其局部受剪力，不僅影響其使用壽命，而且極不安全［1］。因此，在其安裝時(shí)需確保索導(dǎo)管軸線與張拉后的斜拉索軸線偏差在一定范圍內(nèi)。目前索導(dǎo)管的定位常采用三維坐標(biāo)定位法與全站儀相結(jié)合進(jìn)行，也獲得了較好的精度［2－6］。但由于其安裝位置較高，且所處區(qū)域常布置有大量的預(yù)應(yīng)力材料、鋼筋等，在較高的塔柱上定位固定尤其困難，本文擬探討相對(duì)定位技術(shù)結(jié)合全站儀進(jìn)行高塔柱斜拉橋高精度定位的方法。

1 定位精度的關(guān)鍵影響因素分析

如圖1所示，斜拉橋的斜拉索一端錨固于塔端，一端錨固于主梁，長(zhǎng)度從幾十米到幾百米不等，若兩端錨固點(diǎn)相對(duì)位置相差1 cm，以長(zhǎng)度100 m、傾角30°計(jì)算，則引起的角度誤差約為 0°0′20.63″。如果索導(dǎo)管的兩端點(diǎn)在安裝時(shí)相對(duì)位置相差1 cm，假設(shè)索導(dǎo)管的長(zhǎng)度為2 m，則因此而引起的角度誤差為0°17′11.32″，遠(yuǎn)大于前者。由此可見(jiàn)，斜拉索系統(tǒng)的精度主要由單個(gè)索導(dǎo)管的定位精度控制。

2 定位精度分析與討論

高程一般采用高精度水準(zhǔn)儀和三角高程測(cè)量方法相結(jié)合來(lái)確定，能達(dá)到較高的定位精度，本文只分析全站儀觀測(cè)的平面定位精度。

圖1 斜拉索及索導(dǎo)管安裝示意圖

2.1 三維坐標(biāo)法定位精度分析

索導(dǎo)管由全站儀現(xiàn)場(chǎng)放樣安裝并調(diào)整到位，其放樣測(cè)量的平面定位精度可近似為:

以定向邊到待測(cè)量邊角度為45°按式(1)計(jì)算不同精度儀器在各種觀測(cè)條件下的放樣誤差，可得表1所示結(jié)果。

表1 不同精度儀器在各種觀測(cè)條件下的放樣誤差

由表1可知，假設(shè)控制點(diǎn)誤差完全忽略不計(jì)，在放樣距離為300 m的觀測(cè)條件下，大多數(shù)類型全站儀的觀測(cè)誤差都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度(5 mm)，但在實(shí)際的大、中型橋梁施工建設(shè)中，這樣的觀測(cè)條件通常難以實(shí)現(xiàn)，或者需要花費(fèi)大量人力、財(cái)力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在較容易實(shí)現(xiàn)的觀測(cè)條件情況下(定向距離和放樣距離皆為1 000 m)，則需要使用超高精度觀測(cè)儀器才能達(dá)到精度要求，但超高精度儀器價(jià)格較貴，性價(jià)比不高。

2.2 相對(duì)定位技術(shù)定位精度分析

由圖1可以看出，索塔的錨固區(qū)集中在一個(gè)平面空間很狹小的范圍內(nèi)，如果在這個(gè)平面空間內(nèi)加密一個(gè)高精度控制點(diǎn)，由于斜拉橋的特殊結(jié)構(gòu)，可以將控制點(diǎn)布置在索塔的橫梁上，放樣的時(shí)候，同時(shí)在這個(gè)控制點(diǎn)上安置棱鏡，就可以通過(guò)測(cè)量這個(gè)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)高程值來(lái)預(yù)計(jì)放樣誤差并修正。由于它們?cè)谕粋€(gè)區(qū)域內(nèi)，測(cè)量?jī)x器、方法、時(shí)間均相同，因此大部分誤差來(lái)源也相同，在觀測(cè)時(shí)可以利用已知的誤差值來(lái)消除或者減弱一部分放樣誤差，從而提高放樣精度。

從具體的誤差來(lái)源分析平面位置的定位精度:

3)(u×s)2:因測(cè)距引起的誤差，由固定誤差和比例系數(shù)誤差組成，在位置、距離大致相同，觀測(cè)條件一致的情況下大致相同，可以消除或大幅度減弱。

4)δ2:將放樣點(diǎn)位傳遞到待定位目標(biāo)的誤差。索導(dǎo)管定位一般使用定做的精確標(biāo)定的短桿棱鏡，誤差在1 mm之內(nèi)。

使用相對(duì)定位技術(shù)進(jìn)行定位，以定向邊到待測(cè)量邊角度為45°計(jì)算的平面位置誤差結(jié)果如表2所示。

表2 全站儀結(jié)合相對(duì)定位技術(shù)觀測(cè)平面誤差結(jié)果

比較表1、表2誤差結(jié)果可知，在各種測(cè)量條件下，各種精度全站儀采用相對(duì)定位技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)都大大提高了定位精度，且大多都能得到優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的測(cè)量結(jié)果。即使在最惡劣條件下，使用超高精度全站儀也能確保平面定位精度在2 mm以內(nèi)，完全滿足索導(dǎo)管的定位精度要求，確保斜拉索導(dǎo)管的安裝質(zhì)量，提高整個(gè)斜拉索系統(tǒng)的安全性，確保其使用壽命，降低維護(hù)成本。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析可知，相對(duì)定位技術(shù)不僅可以大大提高塔柱斜拉橋拉索預(yù)埋導(dǎo)管定位精度，而且可以減弱對(duì)觀測(cè)環(huán)境的依賴性，提高定位效率，節(jié)約觀測(cè)成本。

［1］陳明憲.斜拉橋建造技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］錢(qián) 敬.大型斜拉橋高塔柱索道管精密定位測(cè)量方法研究［J］.湖南交通科技，2001，27(4):42 －44.

［3］張海岐.斜拉橋索道管空間多點(diǎn)定位技術(shù)研究探討［J］.湖南交通科技，2006，32(4):82－84.

［4］盧 鵬.無(wú)背索斜拉橋錨墊板、索道管的定位測(cè)量［J］.橋梁建設(shè)，2007(2):134－136.

［5］劉柏平.鐵羅坪特大橋塔柱施工控制測(cè)量［J］.公路交通技術(shù)，2007(6):61－65.

［6］葉建良.淺談城閘大橋斜拉橋索導(dǎo)管的定位［J］.公路，2008(10):47－49.