三維坐標法在海河大橋主塔索道管定位測量中的應(yīng)用

三維坐標法在xx大橋主塔索道管定位測量中的應(yīng)用【摘要】在斜拉橋高塔索道管測量中，運用獨立控制系統(tǒng)配合全站儀三維坐標法對索導(dǎo)管定位測量，簡化測量步驟，提高測量速度，確保測量工作在高塔索道管定位測量中的精確性?！娟P(guān)鍵詞】獨立控制；三維坐標；索道管定位；測量1、工程概況天津xx大橋主塔為“鉆石型”，直接坐落在承臺頂面上，承臺以上全高為164.798米。主塔由塔靴、下塔柱、中塔柱、上塔柱、下橫梁及上橫梁組成。索道管布置在上塔柱部分，斜拉索共74根，采用空間扇形布置，索面豎直方向在主塔上交點間距為1.5～2.5米，斜拉索錨點位于塔壁中心線。主梁上主跨側(cè)的水平方向索距為16米，橫橋向斜拉索線10.719米，豎直方向斜拉索錨固點距梁頂（最高點）1米，斜拉索通過鋼錨箱邊跨側(cè)索距為8米～10米，橫橋方向斜拉索錨點距道路中心線10.7米，豎直方向（最高點）2米。2、坐標系的轉(zhuǎn)換在施工測量中平面坐標系統(tǒng)采用天津任意直角坐標系統(tǒng)。該系統(tǒng)不能直觀的反映構(gòu)筑物幾何尺寸和坐標之間的位置關(guān)系，為了方便主塔施工控制，在原有坐標系的基礎(chǔ)上，我們建立了大橋獨立坐標系，作為主塔的獨立控制網(wǎng)。（如右圖）圖空間坐標原點（0，0，0）為塔對稱中心線高程+0．000m處，X軸正方向指向大樁號方向（邊墩方向），Y軸指向下游方向，Z軸指向塔頂。高程采用1972年大沽高程系統(tǒng)2003年成果。如右圖換算公式如下：其中：x、y為大橋獨立坐標；x′、y′為天津任意直角坐標；α為獨立坐標X軸正方向在大地坐標系中的方位角。3.索道管空間位置推算根據(jù)設(shè)計提供的主塔錨固區(qū)尺寸數(shù)據(jù)表和拉索錨固點坐標數(shù)據(jù)表，求解每根拉索的空間直線方程?！?′=′=注：為待測點到錨固點的斜距算式中ax、zy、az、為索號在大橋獨立坐標系中XZ、YZ、XY平面的投影角x、y、h為索號對應(yīng)塔上錨固點坐標。為驗證空間直線方程的正確性，以C1號索為例，按照設(shè)計提供的主塔錨固區(qū)尺寸數(shù)據(jù)表和拉索坐標數(shù)據(jù)表中的已知數(shù)據(jù)代入直線方程中，索道管斜長取整個纜索的長度=79.671m（該根索的設(shè)計總長）′=1.54+=15′=6.592+=10.719′=116.364-=39.695經(jīng)驗證，所求點坐標和設(shè)計提供的梁上錨固點坐標一致。4．三維坐標法在空間定位中的運用4.1.索管道定位斜拉索管道定位的關(guān)鍵是保證錨固中心點的空間位置及管道的方向正確。上塔柱每節(jié)有多層索導(dǎo)管，并且導(dǎo)管精密定位時無模板可依，索道管定位可分兩步。4.1.1首先將概略位置放樣于勁性骨架上，將索道管基本就位；然后精密定位時先定位錨座中心位置。考慮到索道管本身變形以及索道管和錨墊板的焊接加工誤差，應(yīng)直接實測錨座中心。4.1.2將直徑等于索道管內(nèi)徑的套件放入索道管并固定，使其盤面與錨墊板面位于同一平面內(nèi)，此時盤面圓心即為索道管錨座中心，實測該中心并調(diào)到設(shè)計位置，然后將圓盤標志件放入索道管另一端口，此時盤面圓心即為索道管中心軸線上一點，實測該點三維坐標，由此反算該點到錨座中心設(shè)計位的距離，再由拉索中心軸線的空間直線方程求得該點設(shè)計坐標，將其調(diào)到設(shè)計位置，由于調(diào)校端口時可能引起錨座移動，反復(fù)觀測錨座中心并調(diào)校，直至錨座中心和另一端口中心均位于設(shè)計位的允許偏差范圍內(nèi)，索道管定位完成。套件如下圖：4.2.定位檢核和糾偏4.2.1由于索道管自身重量較大，在勁性骨架上焊接過程中，其標定三維位置將產(chǎn)生移動，在錨固端固定好之后，需對出口端進行二次調(diào)整。

首先，實測索道管錨固點和出口點O1、O2的三維位置；根據(jù)錨固點與設(shè)計點的三維偏差值修正出口點的位置?！?′′=′′=′式中：xo1、yo1、zo1、——出口點三維坐標實測值；xo′、yo′、zo′——塔上錨固點和梁上錨固點差值；l、l′——索道管實測長度和設(shè)計長度的差值和該根索的設(shè)計總長；4.2.2計算管中心到斜拉索軸線的垂距斜拉索軸線方程為：過管口中心切垂直于斜拉索軸線的平面方程為：將斜拉索軸線方程代入平面方程，再由此求管口中心至斜拉索軸線的垂距：Ｄ＝式中：、、、出口點調(diào)整后，實測其三維實測坐標，代入方程驗算索道管定位精度是否滿足設(shè)計要求，若不滿足，適當(dāng)調(diào)整，直到達到要求為止。4.3外界影響產(chǎn)生的誤差

由于塔柱受溫度、氣壓、風(fēng)力、潮位、及太陽活動等外界因素影響較大，所以我們在主塔左右幅第三十二節(jié)段分別布置變形觀測點，并進行48小時連續(xù)觀測，取得其變形規(guī)律以此來進行誤差改正.一般采用在溫差變化較小時安裝索道管.即早晨或下午四點以后安裝.5、三維坐標法精度分析全站儀的放樣源程序一般采用極坐標法計算模式，放樣點位測量時，點位誤差m的主要來源是水平角誤差△α，豎直角誤差△β，和測距誤差△S引起的，三維坐標計算公式為：（1）（2）（3）式中：β為觀測的水平角，α為觀測點的豎直角，S為斜距。不考慮標高H0和儀器高i，及棱鏡的高度l，則上式可修改為：（4）（5）（6）根據(jù)誤差傳播定律，可得待測點的點位水平位移中誤差為：垂直中誤差為：實際觀測時，采用瑞士徠卡TC802全站儀，mα=mβ=±2”；ms=2±2ppm，的全站儀，根據(jù)誤差傳播定律，代入上式可得水平位移的點位中誤差m=±2．16mm,垂直位移點位中誤差m=±0．78mm。取二倍中誤差為極限誤差，M=2Mp=±4.32mm＜±5mm,完全滿足橋梁施工和索道管安裝精度的需要。由于施工中不確定因素的存在，受支架或其它構(gòu)件的影響，不能保證視線的理想通視狀態(tài)。為了能更快，更準確的確定放樣的點位，施工放樣時采用后方交會的方法，后視三個或三個以上的控制樁。此方法在《工程測量規(guī)范》高程構(gòu)筑物放樣中得到認可。由于后視的樁位為獨立閉合環(huán)中的導(dǎo)線樁，各樁位相對精度得到充分保證，儀器建站中誤差穩(wěn)定，這就充分保證了主塔外形幾何尺寸和鉛垂度的準確性。6、結(jié)論斜拉橋一般都是高索塔，跨度大，是高度超靜定結(jié)構(gòu)體系，截面尺寸隨高度變化，內(nèi)部構(gòu)造繁瑣，預(yù)埋件多，它的每個接點的三維坐標的位置變化都會影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配。因此，斜拉橋的成橋線形要求嚴格符合設(shè)計，在建橋過程中，必須以精密工程測量手段控制測設(shè)斜拉橋的線形和索道構(gòu)件位置，這就給傳統(tǒng)的施工測量帶來難題，本案在運用了施工獨立坐標系的基礎(chǔ)上，采用全站儀三維坐標法，對主塔索道管安裝進行控制測量，該方案靈活，方便，經(jīng)濟，高效，有效的解決了構(gòu)件和外部尺寸對測量帶來的難題，避免了現(xiàn)場施工和測量工作帶來的沖突，既保證了施工質(zhì)量,又加快了進度,為類似工程提供了不錯的借鑒。參考文獻：[1]房栓社.三維坐標法在深基坑變形監(jiān)