大型斜拉橋主塔平面控制網(wǎng)設(shè)計

大型斜拉橋主塔平面控制網(wǎng)設(shè)計

南京長江第三橋是上海至成都高速公路的重要組成部分。它位于長江大橋上游19公里處的巨大勝利中。主橋為鋼索塔鋼箱梁雙索面5跨連續(xù)斜拉橋,主跨648m,全長1288m。主塔為國內(nèi)首次采用“人”字形鋼結(jié)構(gòu)索塔,高215m,設(shè)4道橫梁,其中下塔柱及下橫梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),下橫梁以上部分全為鋼結(jié)構(gòu)。除鋼混結(jié)合段外,每個鋼索塔共分為21個節(jié)段,每節(jié)段長7.7~11.42m,最大吊重不超過160t,節(jié)段間連接采用端面金屬接觸、M24高強螺栓連接。鋼索塔總重約12000t,其概貌及節(jié)段劃分見圖1。特大橋鋼索塔施工在我國尚屬首例,且曲線形鋼索塔的現(xiàn)代施工工藝對測量的精度提出了相當(dāng)高的要求。由于鋼索塔施工精度要求相當(dāng)高,大橋首級平面控制網(wǎng)及其加密控制網(wǎng)已不能滿足鋼索塔架設(shè)平面控制的精度要求,因此,必須建立鋼索塔拼裝測量專用平面控制網(wǎng),以確?？⒐さ匿撍魉€形符合設(shè)計要求。本文以南京長江三橋主塔鋼索塔架設(shè)實踐為例,對鋼索塔施工專用平面控制網(wǎng)建立方法及其精度進行探討。1主橋控制網(wǎng)位置南京長江三橋首級平面施工控制網(wǎng)的主網(wǎng)布設(shè)成以橋軸線為公共邊的雙大地四邊形,副網(wǎng)在主網(wǎng)的南北兩側(cè)各布設(shè)兩個以橋軸線為公共邊的雙大地四邊形(見圖2(a))。其全橋平面控制系統(tǒng)分別有抵償坐標(biāo)系和橋軸坐標(biāo)系兩套坐標(biāo)成果,主橋控制網(wǎng)采用橋軸坐標(biāo)系,以橋軸線南岸端點NT01坐標(biāo)為起算坐標(biāo),NT01-NT02方位角為180°,作為起算方位角,采用1956年黃海高程系統(tǒng),邊長投影到大橋橋面平均47.0m(1956年黃海高程)高程面。隨著施工的進展,原有個別控制點被大型機械所損壞,補救方法只能通過增設(shè)插點加密施工控制網(wǎng),以縮短觀測邊長,減少定位誤差,供經(jīng)常性施工放樣使用。因此,在兩岸橋軸線兩側(cè)15#、18#輔助墩上(上、下游兩側(cè))各建立2個控制點(T8、T9、JM02、JM04),同時在南岸上下游方向被破壞點位附近各建立2個新控制點(JM03、JM05)納入首級平面控制網(wǎng),構(gòu)成如圖2(b)所示網(wǎng)形,以滿足施工測量的精度。2特殊類型鋼索塔施工控制網(wǎng)的構(gòu)建2.1建立平面專用控制點為滿足鋼索塔高精度測量的需要,即主塔垂直度差小于1/4000;索塔中心軸線位置的偏差(順橋向和橫橋向)小于±2mm;T0段軸線點平面位置偏差小于土2.0mm,其平面專用控制網(wǎng)必須有足夠的精度?，F(xiàn)根據(jù)定位精度要求最高的T0段的容許誤差Δ來分析該控制網(wǎng)的必要精度。為了精確定位T0段,需在下橫梁上建立平面專用控制點,以極坐標(biāo)法定位T0段的平面位置。根據(jù)極坐標(biāo)法的原理可知Δ2=m2控+m2α+m2S+m2標(biāo)+m2對.(1)式中:m控為平面專用控制點的點位誤差;m對為在控制點上架設(shè)儀器和棱鏡的對中誤差,由于使用強制對中裝置,可取m對≤0.2mm;m標(biāo)為將放樣點固定在地面上的標(biāo)定誤差,為了減弱標(biāo)定誤差,采用專門加工的對中設(shè)備,即在機加工車間內(nèi)將對中桿底部尖端磨尖,調(diào)整并精確測定對中誤差,可使m標(biāo)≤0.5mm;mα、mS分別為測設(shè)極角和極距的誤差,且mα=mβρ?S,(2)m2S=a2+(b?S)2.(3)由于專用控制網(wǎng)的施測采用高精度TCA2003全站儀,根據(jù)其標(biāo)稱精度,取mβ=0.8″,a=1、b=1,ρ=206265″;若在下橫梁處建立控制點,則距離S≤30m?？紤]到Δ≤2mm,帶入式(1)、(2)、(3),得m控=±1.61mm.因此,鋼索塔平面專用控制網(wǎng)點需滿足±1.60mm的點位精度要求。2.2北塔控制網(wǎng)及控制體系的控制實現(xiàn)索塔施工測量通常有外控法和內(nèi)控法兩種。由于南京長江三橋主塔相對高度大,且位于水域的主航道附近,距離岸邊較遠(yuǎn),若直接利用現(xiàn)有的施工控制網(wǎng)點來進行施工放樣和控制,無論是在精度上還是在速度上都無法滿足鋼索塔高精度施工的要求,因此,采用內(nèi)控與外控相結(jié)合的施工測量方法。根據(jù)鋼索塔拼裝采用的方法和大橋現(xiàn)場施工的條件,平面專用控制網(wǎng)以南、北主塔兩個控制體系(見圖3)分別布設(shè),每個控制網(wǎng)有8個控制點,各有6個已知點,其中橋梁首級控制網(wǎng)點NT04、NT06、JM03、JM05為兩個控制網(wǎng)的公用點;JM02、JM04、T8、T9為主塔南北兩側(cè)輔助墩上建立的首級加密控制點;在南北塔下橫梁上分別建立T6、T7、HL1、HL2四個未知控制點,標(biāo)志采用強制對中觀測墩。全網(wǎng)采用邊、角全測的三角網(wǎng)形式,按國家二等三角測量的精度要求施測。利用觀測儀器的先驗精度和設(shè)計圖形數(shù)據(jù),對該控制網(wǎng)進行間接平差計算,得到未知點的設(shè)計精度(見表1)。從表1中可以看出,北塔控制網(wǎng)點的點位中誤差略大于±1.60mm精度的要求。若將同一系統(tǒng)中兩個未知點相聯(lián)測(如T6、T7和HL1、HL2),則其設(shè)計精度可達到要求?？梢娂訙y了兩個未知點之間的短邊,使得控制網(wǎng)網(wǎng)形得到了很大的加強,同時若適當(dāng)提高測邊及方向觀測精度,待定點均可以滿足鋼索塔平面專用控制網(wǎng)的精度要求。2.3測量控制網(wǎng)驗證觀測儀器使用徠卡TCA2003全站儀,標(biāo)稱精度為測角±0.5″,測距±(1mm+1ppm),對全站儀的加乘常數(shù)進行了定期檢測,并在距離測量中加以改正,觀測時精確測得測站點和目標(biāo)點的干溫、濕溫、氣壓,進行氣象改正,往返各觀測4測回,以提高測邊精度;角度觀測選用專門開發(fā)的TCA2003全站儀配套軟件,采用全圓測回法進行9測回自動觀測,減小了照準(zhǔn)誤差。為提高觀測精度,采取了一系列措施,例如選擇良好的觀測條件,以減弱大氣折光的影響;采用精密水準(zhǔn)尺小角度法和精密水準(zhǔn)尺等視線法分別量取儀器高和目標(biāo)高;對測得的斜距進行高差改平,并投影到橋面平均高程面上,以提高平面控制網(wǎng)邊長的精度。鋼索塔平面專用施工控制網(wǎng)采用經(jīng)典最小二乘間接平差模式,選用專門開發(fā)的二維測量平差軟件進行數(shù)據(jù)處理?？刂凭W(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)采用南京長江三橋橋軸坐標(biāo)系,邊長投影到大橋橋面平均47.0m(1956年黃海高程)高程面。南北塔專用控制網(wǎng)平差后的單位權(quán)中誤差(測角中誤差)分別為±0.50″和±0.59″,且點位中誤差均小于±1.60mm的精度要求;橋軸線相對中誤差為1/637000、1/610000。各控制點的點位中誤差如表2所示。根據(jù)建立的鋼索塔拼裝測量專用平面控制網(wǎng),對鋼索塔的線形進行控制,其垂直度見表3。由表3可知,南、北索塔都具有很高的垂直度,均滿足1/4000的設(shè)計需要。3極高精度要求南京長江第