公軌兩用剛性懸索橋頂推法施工自動測量技術(shù)應(yīng)用

李勝輝 謝振解 李美娟 姚立波 張高杰

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

特大型橋梁由于跨度大、頂推距離長，采用現(xiàn)場拼裝頂推施工工藝時要求合龍精度達(dá)到毫米級[1]。但采用傳統(tǒng)的人工測量方法，存在受人為誤差影響較大、效率較低且實(shí)時偏差數(shù)據(jù)不能及時與各建設(shè)相關(guān)方共享分析處理的問題，因此在鋼桁梁頂推過程中如何及時監(jiān)測、反饋其空間位置數(shù)據(jù)并及時指導(dǎo)糾偏至關(guān)重要。

一、工程概況

錢塘江新建大橋項(xiàng)目位于浙江省杭州市，是國內(nèi)首座多跨長聯(lián)公軌兩用懸鏈形上加勁鋼桁梁橋。大橋跨度布置為（73.4+122+4×240+122+73.4）m，全長1350.8m，其中主跨長240m，上層為八車道公路，下層為雙線快軌，項(xiàng)目總投資約17.7億元。其中鋼桁梁主桁架中心間距36.8m，桁高12m。鋼桁梁總長1348m，共71個節(jié)段，全橋鋼桁梁總重約6.2萬噸。

二、頂推自動測量施工技術(shù)概述

（一）技術(shù)原理

針對以往頂推過程中測量需人工數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析、上傳導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)共享、現(xiàn)場糾偏滯后的難題，本文介紹了一套自動測量方法及軟件。其主要由三個模塊組成：Leica TS60機(jī)器人全站儀、無線傳輸模塊、Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)。其中Leica TS60機(jī)器人全站儀主要負(fù)責(zé)頂推過程中測點(diǎn)位置的自動跟蹤和坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集；無線傳輸模塊主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至計(jì)算機(jī)Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)；Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)與監(jiān)控單位給出的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算對比分析，并將處理結(jié)果通過云平臺傳輸至BIM平臺，BIM平臺將接收到的數(shù)據(jù)代入模型后，即可實(shí)現(xiàn)橋梁頂推進(jìn)程及相關(guān)數(shù)據(jù)的可視化，如圖1所示。

圖1 頂推自動測量原理圖

（二）技術(shù)特點(diǎn)

采用全站儀自動測量，加快了測量速度，減少了人為照準(zhǔn)誤差，提高了測量精度和效率；能實(shí)現(xiàn)自動化觀測，無需測量人員一直值守，減少專業(yè)測量人員的投入；頂推數(shù)據(jù)通過頂推測量控制系統(tǒng)分析處理后，可實(shí)時將偏差數(shù)據(jù)傳輸至BIM平臺實(shí)現(xiàn)三維偏差展示，實(shí)時查看橋梁頂推情況并指導(dǎo)現(xiàn)場施工，可視化程度較高。

三、施工技術(shù)應(yīng)用

（一）施工準(zhǔn)備

技術(shù)準(zhǔn)備。施工前對頂推測量所需理論線型的計(jì)算復(fù)核、測點(diǎn)布置要求、測量方法等技術(shù)要點(diǎn)開展交底和培訓(xùn)。

機(jī)具準(zhǔn)備。標(biāo)定測量所需的leica TS60機(jī)器人全站儀，同時準(zhǔn)備好相應(yīng)的棱鏡、腳架、無線傳輸模塊和Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)。

測量準(zhǔn)備。一是控制點(diǎn)復(fù)核。在鋼桁梁頂推施工前需要對設(shè)計(jì)單位移交的首級控制網(wǎng)施行全面細(xì)致的復(fù)測，明確移交的控制點(diǎn)坐標(biāo)系和頂推施工坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立相應(yīng)計(jì)算方程。根據(jù)首級控制網(wǎng)復(fù)測結(jié)果對兩端加密的控制點(diǎn)開展靜態(tài)測量，計(jì)算坐標(biāo)和高程，并使用電子水準(zhǔn)儀對兩端觀點(diǎn)高程開展聯(lián)測和復(fù)核。二是測點(diǎn)布置。測站點(diǎn)應(yīng)布置在鋼桁梁前后視線通視處，可選擇前/后端還未架設(shè)鋼桁梁的墩頂上，距離不宜太小影響視線，一般情況下控制測站儀器與測點(diǎn)仰角小于45°[2]。根據(jù)施工規(guī)范要求，以橋梁軸線上的兩個中心點(diǎn)控制橫向偏差，以左右兩個測點(diǎn)（中心線外15.6m）控制高程偏差。具體測點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 鋼桁梁測點(diǎn)布置示意圖

（二）初次定向

前（后）端測站儀器架設(shè)完成后在儀器測量界面輸入測站點(diǎn)坐標(biāo)和后視點(diǎn)坐標(biāo)，將儀器置于正鏡并精確照準(zhǔn)后視點(diǎn)施行定向，同時利用另一個控制點(diǎn)校核數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤后完成定向。

（三）初始值設(shè)置

每輪次頂推前，需對leica TS60機(jī)器人全站儀按照測點(diǎn)進(jìn)行測量路徑設(shè)置，以便后續(xù)自動測量時，按照該測量路徑進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

待前后端測點(diǎn)路徑設(shè)置完成后，在軟件界面上設(shè)置橋梁的設(shè)計(jì)中軸線，同時輸入橋梁起、終點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算方位角；接著輸入起始里程，然后選擇鋼桁梁頂推方向；最后檢查軟件上記錄測點(diǎn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。該數(shù)據(jù)后續(xù)將作為頂推橫向偏差、縱向推進(jìn)距離、高程變化的初始值。

（四）自動跟蹤測量、采集

初始值及橋梁設(shè)計(jì)中軸線設(shè)置完成后，打開Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)的“頂推測量”界面，設(shè)置好測量周期和間隔時間（如2min/次）、測量開始時間和結(jié)束時間，并保存。鋼桁梁開始頂推后，兩臺Leica TS60全站儀會按照設(shè)置好的周期、間隔時間和初始路徑自動展開循環(huán)跟蹤捕捉監(jiān)測點(diǎn)棱鏡，并采集記錄各個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)[3]。

（五）測量數(shù)據(jù)傳輸

Leica TS60全站儀采集完監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，通過全站儀端的無線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)。

（六）測量數(shù)據(jù)處理

Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)將對采集到的數(shù)據(jù)開展整體分析和計(jì)算，計(jì)算出每個點(diǎn)位與橋梁設(shè)計(jì)中軸線的橫向偏差、縱向推進(jìn)距離、高程變化，并對成果數(shù)據(jù)開展趨勢分析。

（七）測量數(shù)據(jù)共享

經(jīng)過Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)處理完成后的數(shù)據(jù)，通過該系統(tǒng)預(yù)設(shè)的對外傳輸云端接口，將處理結(jié)果通過云平臺傳輸至BIM平臺等第三方單位。

（八）測量數(shù)據(jù)可視化

采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件計(jì)算分析，共享至BIM平臺后，平臺可根據(jù)實(shí)時接收的數(shù)據(jù)對三維模型開展姿態(tài)校正，通過三維模型及專用窗口顯示當(dāng)前的頂推進(jìn)程及偏差數(shù)據(jù)，最后現(xiàn)場施工人員可以通過網(wǎng)絡(luò)地址或手機(jī)App實(shí)時查看偏差值，監(jiān)控現(xiàn)場頂推施工。

四、結(jié)語

通過該技術(shù)的應(yīng)用，解決了頂推施工中因測量數(shù)據(jù)反饋不及時、測量誤差大等導(dǎo)致的一系列問題。與傳統(tǒng)的人工測量和安裝GPS相比，該技術(shù)利用Leica TS60機(jī)器人全站儀進(jìn)行自動測量和Bridge launching橋梁頂推測量系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理共享，既能減少GPS在測點(diǎn)布置上的局限性，又提高了測量精度。在縮短施工工期的同時降低了橋梁頂推施工的安全風(fēng)險，減少了設(shè)備資源和專業(yè)測量人員的投入，具有自動化、可視化的優(yōu)勢。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于需實(shí)時進(jìn)行自動測量監(jiān)測、反饋分析的橋梁頂推測量作業(yè)，以及有類似需求的常規(guī)橋梁、道路等工程測量作業(yè)。