斜拉橋空間索導(dǎo)管定位技術(shù)

周玖利

摘 要：斜拉橋索導(dǎo)管定位難度大、精度高成為了斜拉橋工程施工測(cè)量的一大難題。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)主塔說明及主塔控制網(wǎng)進(jìn)行了分析，探討三維坐標(biāo)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，制定切合實(shí)際的索導(dǎo)管測(cè)量定位方案，保證了索導(dǎo)管的定位質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：索導(dǎo)管 三維坐標(biāo) 測(cè)量精度

1.工程概況

某大橋跨越黃河兩岸，大橋與主流約成70°夾角，兩側(cè)發(fā)育不對(duì)稱，屬黃河河谷相對(duì)寬闊地帶，堆積物以卵石為主，地表凹凸不平。橋跨布置為2×40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁（南岸引橋）+（177+360+177）m雙塔三跨半漂浮體系結(jié)合梁斜拉橋+5×40m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁（北岸引橋）。橋斜拉索通過索導(dǎo)管上端錨固于主塔內(nèi)，下端錨固于主梁上，全橋共計(jì)斜拉索112根，采用Φ7mm平行鋼絲索，外包雙層PE護(hù)套，兩層PE護(hù)套間設(shè)置隔離層，采用五種規(guī)格。錨具為冷鑄錨。

橋塔采用鋼筋混凝土菱形型塔，上塔柱截面橫向?qū)挾?50cm，縱向?qū)挾?00cm。下塔柱截面橫向?qū)挾?.5m～約9m，縱向?qū)挾?m～10m。

根據(jù)斜拉橋施工特點(diǎn)以及外界地理因素，該橋主橋控制網(wǎng)以整個(gè)路線控制導(dǎo)線網(wǎng)作為基線，建立以JM2-1、JM4-1、JM5-1、JM7-1這4個(gè)強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩為基站的大地四邊形控制網(wǎng)作為主橋施工測(cè)量的獨(dú)立平面、高程控制網(wǎng)，控制網(wǎng)的建立有效地保證了索導(dǎo)管定位安裝的精度。

2.導(dǎo)管的精密定位測(cè)量

2.1索導(dǎo)管的定位原理

空間索導(dǎo)管的精密定位應(yīng)該優(yōu)先保證索導(dǎo)管與主塔的空間實(shí)際夾角與設(shè)計(jì)索導(dǎo)管空間理論夾角一致的相對(duì)定位精度，其主要取決于索導(dǎo)管入塔口、出塔口的中心三維坐標(biāo)的實(shí)測(cè)值與理論值的相對(duì)精度；由于空間索面的特殊性，還需要控制索導(dǎo)管下端口斷面與其出塔面的平齊性。

2.2空間直角坐標(biāo)系的建立

通索導(dǎo)管空間圖形與數(shù)組之間有序的聯(lián)系，以達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算和方便實(shí)際操作的目的，需要建立索導(dǎo)管空間圖形的數(shù)學(xué)模型，使空間圖形與數(shù)組對(duì)應(yīng)起來。而建立這個(gè)數(shù)學(xué)模型前要先建立空間直角坐標(biāo)系，通常以主橋直線段橋軸線L為坐標(biāo)縱軸X、在水平面內(nèi)與X軸垂直的軸線M為坐標(biāo)橫軸Y、而通過平面坐標(biāo)系原點(diǎn)的鉛垂線則為坐標(biāo)豎軸Z。

任意一點(diǎn)工程獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)計(jì)算見式（1）和式（2）。L=（Xp-XO）cosα+（YP-YO）sinα （1）M=-（Xp-XO）sinα+（YP-YO）cosα （2）

式（1）和式（2）中：XO、YO-直線段起點(diǎn)坐標(biāo)； Xp 、YP-直線段待求點(diǎn)坐標(biāo)；α-方位角。

2.3索導(dǎo)管放樣數(shù)據(jù)的計(jì)算

橋梁施工坐標(biāo)系的建立給索導(dǎo)管坐標(biāo)的計(jì)算帶來了很大的方便，見式（3）和式（4）。

式（3）和式（4）中：X0，Y0，Z0-索導(dǎo)管錨固中心點(diǎn)坐標(biāo)；β-索導(dǎo)管側(cè)面和立面；γ-與索塔中心軸線的夾角；Z-索導(dǎo)管上任意一點(diǎn)的高程；X，Y-計(jì)算Z高程上的索導(dǎo)管中心坐標(biāo)。因?yàn)槿胨c(diǎn)、出塔點(diǎn)的Z值設(shè)計(jì)已給出，所以出口中心點(diǎn)的坐標(biāo)（X，Y，Z）可求。

因?yàn)槿胨c(diǎn)、出塔點(diǎn)的Z值設(shè)計(jì)已給出，所以出口中心點(diǎn)的坐標(biāo)（X，Y，Z）可求，其索導(dǎo)管中心長(zhǎng)度L亦可求，以前5號(hào)索為例說明。

2.4索導(dǎo)管的現(xiàn)場(chǎng)安裝

定位前，先在前后豎直的勁性骨架上搭焊兩根角鋼，焊接角鋼前，配合高精度全站儀現(xiàn)場(chǎng)放樣出索導(dǎo)管上、下剖切口的高程，并在相應(yīng)高程位置處做標(biāo)記，進(jìn)行角鋼焊接。角鋼焊接好之后，在角鋼的頂面放出索導(dǎo)管的里程控制點(diǎn)以及偏距控制點(diǎn)，并在角鋼上的索導(dǎo)管里程控制點(diǎn)之間開口預(yù)留槽。安裝索導(dǎo)管時(shí)，直接將索導(dǎo)管吊裝至角鋼開口預(yù)留槽位置處，并用鑒定鋼尺丈量出索導(dǎo)管左側(cè)里程控制點(diǎn)到索導(dǎo)管的水平距離和索導(dǎo)管右側(cè)里程控制點(diǎn)到索導(dǎo)管的水平距離，保證兩邊距離相等。然后適當(dāng)旋轉(zhuǎn)索導(dǎo)管，使其剖切面與角鋼上里程控制點(diǎn)的連線平行，做臨時(shí)加固處理，防止索導(dǎo)管發(fā)生偏移。

2.5索導(dǎo)管的測(cè)量定位

索導(dǎo)管數(shù)據(jù)放樣采用全站儀三維極坐標(biāo)法，實(shí)際控制時(shí)測(cè)量出索導(dǎo)管入塔口、出塔口中心坐標(biāo)，并與上述方法計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，然后調(diào)整索導(dǎo)管直至與理論數(shù)據(jù)一致。完成后，焊接索導(dǎo)管與勁性骨架的連接處，并對(duì)周圍鋼筋、勁性骨架、角鋼加固處理，防止混凝土澆筑過程中因外部因素導(dǎo)致索導(dǎo)管發(fā)生偏移。

2.6索導(dǎo)管安裝精度要求

由于索導(dǎo)管安裝難度大、精度高，為了確保成橋后斜拉索與主梁線形接近設(shè)計(jì)現(xiàn)形，即與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位溝通，相應(yīng)的根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，索導(dǎo)管安裝精度應(yīng)滿足平面誤差：±10mm，高程誤差：±10mm，且兩端同向。

2.7定位精度分析

本工程索導(dǎo)管的定位均采用三維坐標(biāo)法， 以4#主塔中跨3#斜拉索為例，根據(jù)大橋控制網(wǎng)及儀器配備情況，取ms=±2.6mm， ma=±1.4mm，S=360m，β=150，mi=mv=±1mm，代入上式得：m x測(cè)=my測(cè)=±2.7mm，mz測(cè)=±2.8mm。

安裝誤差按mx安==2mm，則索導(dǎo)管的定位誤差為：

mx定=（m2x測(cè)+m2x安）=±3.4mm

my定=（m2y測(cè)+m2y安）=±3.4mm

mz定=（m2z測(cè)+m2z安）=±3.4mm

可得出，3#索導(dǎo)管的測(cè)量精度滿足設(shè)計(jì)院給定的x、y、z誤差值在±10mm以內(nèi)，完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如表1所示為精度分析表。

通過對(duì)1、2號(hào)索導(dǎo)管數(shù)據(jù)分析，該方法能滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

3.控制措施

該橋索導(dǎo)管主要從以下幾個(gè)方面對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行控制：

（1）儀器配備：要滿足索導(dǎo)管的定位精度要求，必須要選擇合適的的全站儀。而全站儀的高精度在很大程度上依賴于儀器視準(zhǔn)軸、指標(biāo)差、橫軸差等改正功能，尤其對(duì)于主塔設(shè)計(jì)坡度較大的索導(dǎo)管外業(yè)觀測(cè)值影響較大.因此，選用的全站儀性能非常重要。同時(shí)，在索導(dǎo)管定位前必須保證全站儀處于檢定周期內(nèi)，各項(xiàng)實(shí)時(shí)精度指標(biāo)滿足儀器檢定要求，才能保證索導(dǎo)管在定位測(cè)量時(shí)的精度。

（2）測(cè)量時(shí)段選擇：在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)，由于塔柱內(nèi)的勁性骨架及鋼筋受溫度影響大，易變形的原因，安裝定位索導(dǎo)管時(shí)，其空間位置隨機(jī)變化較明顯。因此，在進(jìn)行索導(dǎo)管高精度定位時(shí)，要選擇合適的測(cè)量時(shí)間段。在日出前、日落后的時(shí)間段內(nèi)，主塔溫度變化低、空氣濕度小宜進(jìn)行索導(dǎo)管定位測(cè)量。一般情況下，宜選擇在夜間溫度恒定時(shí)段內(nèi)進(jìn)行測(cè)量定位作業(yè)，以減少塔柱變形對(duì)索導(dǎo)管定位精度的影響。

（3）索導(dǎo)管定位完成后的保護(hù)工作十分重要，該主塔施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)主塔混凝土澆注過程中和澆注后對(duì)索導(dǎo)管的監(jiān)測(cè)和復(fù)測(cè)，對(duì)索導(dǎo)管進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證其空間位置的準(zhǔn)確性。

4.結(jié)束語

綜上所述，通過該大橋索導(dǎo)管采用三維坐標(biāo)法進(jìn)行測(cè)量，有效保證了斜拉橋索導(dǎo)管空間位置的精度，其定位技術(shù)是滿足相應(yīng)要求的。索導(dǎo)管的快速準(zhǔn)確定位滿足了設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)斜拉橋施工提供了保障。同時(shí)該定位技術(shù)實(shí)踐證明，運(yùn)用全站儀三維坐標(biāo)配合圓板與半圓板輔助測(cè)量定位索導(dǎo)管，不受施工環(huán)境限制，外業(yè)觀測(cè)簡(jiǎn)便，進(jìn)度快、精度高，是一種非常有效的方法。

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