高速公路192 m高墩施工自動(dòng)化測(cè)量控制技術(shù)

梁海朋，崔成男，周成龍，劉曉東

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100088）

1 工程概況

我國高速公路網(wǎng)正在向山區(qū)蔓延，山區(qū)高速公路地形條件復(fù)雜，峽谷縱橫，橋隧比大，施工測(cè)量控制也成了施工過程中的控制關(guān)鍵點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)高墩進(jìn)行高效、精確的測(cè)量控制是保證高墩質(zhì)量及縮短整個(gè)工程工期的關(guān)鍵[1-2]。

渝湘高速公路復(fù)線工程第二總包部承建的蘆溝河特大橋位于重慶市巴南區(qū)東泉鎮(zhèn)朝陽村，橫跨蘆溝河，為跨河橋，是第一座墩高超過190 m 的7 跨連續(xù)剛構(gòu)橋。該橋?yàn)榉蛛x式橋梁，左線橋長(zhǎng)2 148 m，右線橋長(zhǎng)2 184 m，其中最高墩為左線7#墩，墩高192 m。

2 自動(dòng)化測(cè)量控制系統(tǒng)的組成

為了保證192 m 高墩的測(cè)量精度及測(cè)量效率，特準(zhǔn)備了一套專用的高墩自動(dòng)化測(cè)量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1 臺(tái)帶馬達(dá)的全站儀、1 部智能手機(jī)、8 組棱鏡組成。高墩設(shè)計(jì)多為變截面墩身，且轉(zhuǎn)角處為圓弧，8 組棱鏡需放置每條邊的直圓點(diǎn)處。如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)化測(cè)量控制系統(tǒng)示意圖

3 平面位置自動(dòng)化測(cè)量控制流程及工藝

3.1 控制流程

高速公路192 m 高墩施工自動(dòng)化測(cè)量控制流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)化測(cè)量控制流程

3.2 全站儀架設(shè)并設(shè)站

將全站儀架設(shè)于已知控制點(diǎn)上，對(duì)中整平后，設(shè)站方式選擇“多個(gè)后視點(diǎn)”模式，其原理是測(cè)量一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)定向，后視點(diǎn)不少于3 個(gè)，設(shè)站方式選擇示意圖如圖3 所示。此種模式為全站儀定向模式精度最高的一種，設(shè)站后自動(dòng)計(jì)算設(shè)站殘差，查看設(shè)站精度是否滿足要求，不滿足重新設(shè)站[3-5]。

圖3 設(shè)站方式選擇示意圖

3.3 藍(lán)牙連接全站儀

用智能手機(jī)打開測(cè)量軟件App，點(diǎn)擊右上角藍(lán)牙圖標(biāo)，自動(dòng)搜索全站儀藍(lán)牙，全站儀藍(lán)牙要處于打開模式，選擇對(duì)應(yīng)藍(lán)牙名稱點(diǎn)擊連接，連接成功后點(diǎn)擊測(cè)試，如全站儀可自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量即可進(jìn)行下一步測(cè)量作業(yè)。如圖4 所示。

圖4 連接全站儀示意圖

3.4 測(cè)量數(shù)據(jù)輸入及選擇

在圖紙中找出待放樣高墩對(duì)應(yīng)里程及尺寸數(shù)據(jù)，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)在軟件中選擇“斜交斜做”或“斜交正做”模式，將相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入軟件中，點(diǎn)擊“計(jì)算”，則可自動(dòng)計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)待測(cè)的選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“小旗”標(biāo)志即可。如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)輸入及選擇示意圖

3.5 自動(dòng)化測(cè)量控制

以蘆溝河特大橋192 m 高墩為例，橋墩采用液壓爬模工藝施工，每個(gè)澆筑節(jié)段4.5 m，共計(jì)43 個(gè)節(jié)段。每個(gè)節(jié)段模板合完后均需對(duì)平面位置及豎直度進(jìn)行校正，首先將8 個(gè)棱鏡組分別置于模板頂?shù)? 個(gè)直圓點(diǎn)上（見圖1），校正縱橋向方向，則同時(shí)可觀測(cè)“棱鏡2、棱鏡3、棱鏡6、棱鏡7”，分別點(diǎn)擊軟件數(shù)據(jù)中“左前、右前、右后、左后”對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的小旗標(biāo)志，點(diǎn)擊后帶馬達(dá)的全站儀自動(dòng)捕捉棱鏡，并自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差，調(diào)整縱橋向只看“大小里程偏差”即可，通過對(duì)講機(jī)告知作業(yè)工人進(jìn)行調(diào)整至指定位置。縱橋向調(diào)整合格后，繼續(xù)測(cè)量橫橋向，同時(shí)觀測(cè)“棱鏡1、棱鏡8、棱鏡4、棱鏡5”，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)“左前、左后、右前、右后”，數(shù)據(jù)偏差只看“向左幅、向右幅”即可。高程可同步測(cè)出，同時(shí)進(jìn)行調(diào)整。待模板全部調(diào)整合格后，進(jìn)行對(duì)8 個(gè)棱鏡數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)，自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“記錄按鈕”自動(dòng)保存至手機(jī)，可直接輸出生產(chǎn)文件通過微信或QQ 發(fā)送至內(nèi)業(yè)處理人員存檔。自動(dòng)化控制實(shí)景圖如圖6 所示。

圖6 自動(dòng)化控制實(shí)景圖

4 豎直度自動(dòng)化測(cè)量控制工藝

192 m 高墩墩身為變截面，變截面墩身豎直度控制利用傳統(tǒng)的垂準(zhǔn)儀的控制方法控制困難，且精度無法保證。需將待測(cè)斷面絕對(duì)坐標(biāo)化，利用絕對(duì)豎直度控制變截面墩身，精度更高且操作方便。192 m 高墩變截面墩身豎直度自動(dòng)化測(cè)量控制工藝同平面位置自動(dòng)化測(cè)量控制工藝相類似，主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)。

1）因192 m 高墩墩身為變截面，變截面墩身豎直度測(cè)量位置需保持在同一水平截面，換截面需重新測(cè)量高程，等截面墩身可直接測(cè)量任意位置。

2）192 m 高墩墩身側(cè)面坡比為60∶1，在模板頂升過程中可用水平尺調(diào)平模板頂面，測(cè)量墩頂豎直度及模板豎直度校正時(shí)，頂面高差的略微變化可忽略不計(jì)。

3）選擇軟件計(jì)算對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，如測(cè)縱橋向豎直度，可選擇“左前、右前”或“左后、右后”的數(shù)據(jù)，觀測(cè)“棱鏡2、棱鏡3 或棱鏡6、棱鏡7”的數(shù)據(jù)。橫橋向選擇“左前、左后”或“右前、右后”的數(shù)據(jù)，觀測(cè)棱鏡“棱鏡1、棱鏡8 或棱鏡4、棱鏡5”。選擇對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)界面里的小旗標(biāo)志，自動(dòng)觀測(cè)出的縱橫橋向偏差即為絕對(duì)數(shù)值度偏差。相應(yīng)豎直度測(cè)量數(shù)據(jù)可記錄至手機(jī)，測(cè)量完畢后輸出文件，發(fā)送至內(nèi)業(yè)人員處理存檔。

5 高程自動(dòng)化測(cè)量控制工藝

全站儀設(shè)站時(shí)，測(cè)站點(diǎn)及后視點(diǎn)高程已知，“高程可被傳遞”，可與平面位置自動(dòng)化測(cè)量設(shè)站同步采用“多個(gè)后視點(diǎn)”法進(jìn)行設(shè)站。進(jìn)行高程測(cè)量控制時(shí)，如圖5 所示，在“設(shè)計(jì)坐標(biāo)Z”中將待測(cè)位置高程輸入，自動(dòng)測(cè)量計(jì)算后顯示的“填或挖”數(shù)值即為高程偏差，可根據(jù)偏差要求作業(yè)工人進(jìn)行模板調(diào)整，合格后進(jìn)行復(fù)測(cè)，相應(yīng)數(shù)據(jù)保存至手機(jī)，輸出文件發(fā)送至內(nèi)業(yè)人員存檔。

6 192 m高墩施工自動(dòng)化測(cè)量控制注意事項(xiàng)

1）測(cè)量時(shí)避免光照對(duì)測(cè)量精度的影響，光照對(duì)變截面超高薄壁空心墩豎直度測(cè)量的精度影響較大，高墩柱已成型的混凝土立柱在陽光照射下，一側(cè)陽面和另一側(cè)背面之間形成溫差，出現(xiàn)不均勻膨脹，陽面就向陰面一側(cè)傾斜，其幅度是隨著日照溫度高低和溫差大小而變化；可選擇清晨或傍晚進(jìn)行避免或通過給立柱混凝土周邊加水及養(yǎng)護(hù)，安裝噴水設(shè)施，使混凝土立柱保持濕潤狀態(tài)，減少或消除日照對(duì)混凝土產(chǎn)生的溫度升高或溫差形成的不均勻膨脹。

2）測(cè)量時(shí)避免風(fēng)對(duì)測(cè)量精度的影響，應(yīng)在無風(fēng)或弱風(fēng)時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。

3）測(cè)量時(shí)避免人為因素對(duì)測(cè)量精度的影響，觀測(cè)時(shí)儀器旁除觀測(cè)者外禁止其他人靠近儀器，模板校正固定后禁止私自進(jìn)行調(diào)整或施工碰撞。

7 結(jié)論

1）自動(dòng)化測(cè)量控制技術(shù)的運(yùn)用，所有測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)通過藍(lán)牙傳輸至儀器，自動(dòng)記錄，可避免人為向儀器輸入坐標(biāo)時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)記錄時(shí)出現(xiàn)的記錄錯(cuò)誤，同時(shí)避免坐標(biāo)計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的計(jì)算錯(cuò)誤。

2）平面位置自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)可同時(shí)自動(dòng)觀測(cè)多個(gè)棱鏡，能對(duì)整墩位置偏差進(jìn)行綜合判定，便于作業(yè)人員進(jìn)行模板調(diào)整。

3）豎直度自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)解決了變截面高墩利用傳統(tǒng)垂準(zhǔn)儀方法測(cè)量困難且無法保證精度的難題。

4）自動(dòng)化測(cè)量控制技術(shù)的運(yùn)用，數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算自動(dòng)傳輸，儀器自動(dòng)尋找棱鏡進(jìn)行測(cè)量，避免了人為瞄準(zhǔn)棱鏡產(chǎn)生的照準(zhǔn)誤差，提高了測(cè)量精度，保證了施工質(zhì)量。

5）測(cè)量過程只需人為選擇數(shù)據(jù)，其他過程自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)計(jì)算，節(jié)約了大量測(cè)量時(shí)間，同時(shí)又能綜合指揮作業(yè)工人進(jìn)行操作，方便快捷，大幅度提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量。

6）減少了測(cè)量人員數(shù)量及垂準(zhǔn)儀等測(cè)量設(shè)備數(shù)量，節(jié)約了施工成本。