斜拉橋主塔索道管精密定位工法

1、1 前言隨著橋梁建設的發(fā)展 , 斜拉橋以其良好的結構性能和跨越能力以及優(yōu)美的建 筑造型在現(xiàn)代橋梁中占據(jù)著重要地位 . 而斜拉橋主塔索導管的定位則是其施工過 程中一項精度要求最高、 工作難度最大， 對成橋質量影響顯著的測量工作。 本工 法可應用于建設條件相類似的項目， 其成果將為斜拉橋索導管定位測量工作帶來 積極的推動作用 .2 工法特點目前,主塔索導管的定位方法較多 ,主要有間接測量定位法、 場地定位安裝后 直接吊裝法等。由于其定位的精度很大程度上受管件或其他構件的加工誤差影 響，很難滿足其定位精度要求。另外受其工法影響，其定位需要多次轉換，工序 繁瑣，不直觀。 而本工法采用三維直接定位法，

2、配以高精度精密全站儀對索導管 的中軸線進行現(xiàn)場實時安裝定位， 從而達到索導管真正意義要求上的精度以及測 量位置的直觀性。 在索導管定位時， 采用可編程計算器， 提前將索導管空間線型 模型進行編程，測量時可進行實時測量計算，從而提高測量效率。此工法通過技術創(chuàng)新以及成功應用， 突破了常規(guī)的索導管定位施工方法， 為 國內此項技術工法填補了空白。3 適用范圍本工法適用于斜拉橋索導管定位、 懸索橋索導管定位以及類似索導管之類的 管道施工定位。4 工藝原理索道管的定位精度包括兩個方面：一是錨固點空間位置的三維允許偏差 5mm二是索道管軸線與斜拉索軸線的允許角度偏差 5。根據(jù)兩方面的要求和 斜拉索的結構受力

3、特性， 索道管的定位應優(yōu)先保證其軸線精度， 其次才是錨固點 位置的三維精度。 索道管軸線與斜拉索軸線的相對偏差主要由索道管兩端口中心 的相對定位精度決定。4.1空間直角坐標系的建立橋梁建設通常建立以橋軸線方向為 X軸的平面橋梁獨立坐標系和以某高程 系為基準的高程值來表達工程結構物的位置。 為了溝通索道管空間圖形與數(shù)組之 間有序的聯(lián)系，以達到簡化計算和方便實際操作的目的， 需要建立索道管空間圖 形的數(shù)學模型，使空間圖形與數(shù)組對應起來。而建立這個數(shù)學模型前要先建立空 間直角坐標系，通常以主橋直線段橋軸線為 X軸（縱軸）、在水平面內與X軸垂 直的軸為丫軸（橫軸）、而通過平面坐標系原點的鉛垂線則是 Z

4、軸。4.2索導管特征點與特征軸線的尋找索導管常規(guī)定位采用索導管的頂面線或底面線進行定位，但是，受索導管上附著物（螺旋筋、加緊鋼板、附著鋼筋等）影響，上下特征線將不方便或不能夠 準確尋找。為了解決索導管的定位問題，我們根據(jù)索導管的尺寸以及外形特征對 索導管的錨固處以及出塔處設計加工了專門的定位板，（見圖一、圖二）。使用時， 錨固處定位板直接放置在錨墊板上， 直接觀測定位板中心即錨固點中心坐標， 進 行錨墊板位置的調整定位；出塔處將出塔處定位板放置于索導管開口處， 注意使 定位板的半圓弧與圓桿下側同索導管的內壁同時緊貼后，觀測定位板中心即索導管出口處中心坐標，對索導管出口位置進行調整定位。2-21

5、-1圖一 索導管定位板示意圖（出塔處定位板）說明：1、本圖與圖一尺寸均以毫米計；2 、圖中D尺寸為索道管的內徑減2mr，R尺寸為索道管內口半徑減1mm3 、2m圓桿與半圓蓋板保持垂直；4 、加工誤差要求在+0.5mn以內。5 、連接處盡量用錨接，減少焊接變形。圖二索導管定位板示意圖（錨固處定位板）4.3索導管定位模型：為了定位方便，索道管定位的數(shù)學模型由空間直線方程推導、 簡化后，可用下式表達：(1)：Y = 丫0 + a (X - X 0) .Z = Z + b(X - X o)式中單位以米計，式中xo,Yo,Zo,a,b對每一根索道管而言均為常數(shù)（依據(jù)設計圖紙給出的索道管錨固點坐標、塔壁側

6、索道管中心點坐標以及索道管傾斜角 度就可得出），里程X為自變量，表示斜拉索中心線上某一點的里程，丫、Z分別是與X相對應的斜拉索中心線上某一點的橫向坐標與高程。4.4精度分析設測站點坐標為Xo,Yo,Zo,則索道管上的觀測點P點的三維坐標表達式為:X P = X + S cos z cos a* Yp =Y +S cos z sin Zp = Z。+S sinz式中單位以米計，S為斜距，a為方位角，z為豎角應用誤差傳播定律對（2）式求導后得出P點的觀測中誤差為:(2)2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2M xp =M X。+cos zcosotM s+S sin zcosot(MZ

7、/P) +S cos zsin otWP)2 2 2 2 2 2 2 2 2222 2 *M Yp =M 飛 +cos zsin M s+S sin zsin g(Mz/P) +S cos zcos 口口/戸)9222222M 2 = M 2z。+sin2 z M 2s+S2 cos z (MZ / P)2 (3)式中單位以毫米計，Mzp是三角高程單向觀測的高程中誤差。在一般情況下，三 角高程測量誤差主要還包括大氣折光影響、 儀器高量測誤差等。其中大氣折光是 三角高程測量的主要誤差源，索導管定位時可通過后視主塔橫梁上的標高點來進行改正；棱鏡高直接由棱鏡桿上標數(shù)讀出，精確標定后其中誤差取v =1

8、mm平面點位測量誤差要考慮棱鏡的對點誤差 t。棱鏡對點誤差由棱鏡桿傾斜誤差和棱鏡桿尖對點誤差構成，棱鏡桿傾斜誤差以圓水準器的格值8 /2mm計算,桿高0.6m時，傾斜誤差為0.7mm,棱鏡桿尖對點誤差在采用精加工標志件時取0.5mm,因此棱鏡對點中誤差近似取為1mm綜上分析可得P點測量誤差為:(4)Mx 二,M2Xp - .2 M Y =Jm 2YP +t2=Y，M 2zP +y2 +M 2k式中單位以毫米計，據(jù)江順橋控制網(wǎng)及儀器使用情況，TCR180C全站儀標稱精度 為T, 1+1ppm,取最大觀測豎角Zmax =15 ,最大斜距Smax二750m,對點誤差忑1mm, 控制點點位誤差 MX。

9、= MY。= MZ。= Mq 漢=+2.12mm ，Mk =D2 ，k/2R=：0.03mm代入(4)式求得單鏡位測量P點最大誤差為：M X = M Y =垃.44mm 5mm/ 、丿(5)M Z = *2.38mm 300m，按拋物線計算會帶來一定的誤差，因 而采用更精確的懸鏈線方程求解。534投影面的改正在三維極坐標法對索導管進行觀測時， 索導管分布在上塔柱，其所在位置與 兩岸側的測站點之間高差較大，所以在索導管定位時必須考慮高程投影面的改 正。距離投影改正公式為：H - H RS式中H為測線平均高程，H0為投影面高程，S為平距，R為地球曲率半徑 通過改正全站儀里棱鏡常數(shù)設置的辦法進行修正

10、測量距離。5.3.5球氣差改正受氣象條件影響改正公式為:6 281.8 - .29065 P1 + 0.00366 t式中P為大氣壓，t為大氣溫度；受球氣差影響改正公式為:1 - K2R式中，K為大氣折光系數(shù)，R為地球曲率半徑。此項改正可以利用修改全站儀內部程序設置里的氣象條件來完成改正 536三角咼程誤差的消除對于高塔柱的高程測量，全站儀測距三角高程具有方法簡便靈活、作業(yè)速度 快、效率高、受地形條件限制較少等特點，經(jīng)濟指標優(yōu)于幾何水準測量。目前影 響全站儀三角高程精度的主要因素仍然是大氣折光的影響。由于大氣折光系數(shù)與氣候、地區(qū)以及地形等復雜因素相關，即使同一邊的兩端也不盡相同，因此，用 對向

11、觀測或水準測量反算的大氣折光系數(shù) K值或平均K值，對一個地區(qū)的三角高 程進行改正，并不能真正減弱大氣折光的影響。而對于大跨度的斜拉橋進行索導 管測量時，對向觀測非常困難，大氣折光影響比較嚴重。為減少這種誤差，在主 塔橫梁大小里程側各埋設一個高精度的高程控制點，在進行索導管三維測量時，后視橫梁上的高程控制點，實時計算:2 RS2用計算所得的厶k值對全站儀設置的K值進行修正。由于視線所通過的環(huán)境與后視大致相同，可以基本消除大氣折光對高程測量的影響。537定位時間段的選擇在進行索導管定位時，由于塔柱受日照、風力、以及塔柱內外溫度不均等因 素影響，塔柱位置會發(fā)生隨機的變化。在進行索導管高精度定位時，要

12、選擇合適 的測量時間段。在沒有日照、沒有3級以上大風，且空氣濕度及塔柱溫度變化不 大的時間段里進行索導管定位。一般情況下，宜選擇在夜間8點到第二天早上5點進行測量定位作業(yè)，以減少塔柱變形對索導管定位精度的影響。6主要測量儀器設備主要測量儀器設備序號名稱數(shù)量備注1全站儀1臺標稱精度（測角w T,測距w1+1ppn）2計算器2部可編程3棱鏡2套棱鏡桿為可伸長的45cm棱鏡桿4對講機4部7投入人員情況表主要投入人員序號技術人數(shù)備注1高級工程師12工程師23技術員24測量員28質量與安全控制8.1嚴格按照控制網(wǎng)測設規(guī)范要求進行控制網(wǎng)測設；8.2對加工后的定位板進行尺寸檢查，其加工誤差不得大于0.5mm

13、8.3儀器精度滿足要求，每次測量前對儀器進行檢查、校準；8.4定期或不定期對棱鏡桿進行檢查校準；8.5各測量人員要各盡其職。9安全措施索導管施工屬于高空作業(yè)，應在保證安全的前提下進行測量工作。9.1各操作人員必須佩戴安全帽方能進入施工場地；9.2高空操作人員必須系安全帶，穿防滑鞋；9.3索導管定位處設置定位平臺，確保人員安全。10效益分析10.1經(jīng)濟效益此工法的成功應用，精度上滿足了設計要求，施工方面大大提高了定位效率 為塔柱的如期竣工節(jié)省了時間.同時,高精度的定位工法使得索導管免去了由于 定位精度不夠而采取的一系列措施費用，為公司節(jié)省了一定的成本費用.10.2社會效益索導管精密定位工法的成功研究應用，使得我公司在業(yè)主單位和監(jiān)理單位獲 得了良好的聲譽，同時為我公司樹立了良好的社會形象，并為我公司