牛谷巖

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)是指將在被跨越線路上空完成的作業(yè)轉(zhuǎn)化為在被跨越線路兩側(cè)完成，在新建橋梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，通過以橋墩為圓心的外部機(jī)械系統(tǒng)牽引，實(shí)現(xiàn)橋梁整體轉(zhuǎn)動，達(dá)到設(shè)計(jì)軸線位置的施工技術(shù)手段。當(dāng)前應(yīng)用較多的為平轉(zhuǎn)法施工，該技術(shù)因具有跨越性強(qiáng)（溝谷湍流、鐵路航道等）、施工便利（作業(yè)場地具備一定的可選擇性）、結(jié)構(gòu)可靠度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于新建線路跨越既有通車、通航線路的橋梁施工中。

當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的研究主要集中于平面鉸/球鉸靜摩擦系數(shù)測量[1-2]、系統(tǒng)稱重[3-5]、澆筑及轉(zhuǎn)體過程中力學(xué)特性分析[6-7]、轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性控制[8-9]等方面，橋梁轉(zhuǎn)體過程中實(shí)時位置測量方面的研究較少。當(dāng)前橋梁轉(zhuǎn)體過程中的實(shí)時位置測量主要依靠全站儀跟蹤測量、機(jī)械轉(zhuǎn)盤指針測量，其中全站儀跟蹤測量為最終定位依據(jù)，全站儀跟蹤測量通過在橋面安裝固定棱鏡，在轉(zhuǎn)體過程中由附近通視移動站進(jìn)行間歇式動態(tài)跟蹤測量。該方法具有測量精度高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但其單點(diǎn)式間斷測量及計(jì)算延遲等，對動態(tài)、實(shí)時掌握橋梁當(dāng)前姿態(tài)十分不利。機(jī)械轉(zhuǎn)盤指針測量是通過在轉(zhuǎn)盤底部粘貼刻度標(biāo)尺，利用固定指針在標(biāo)尺上的移動直接讀出轉(zhuǎn)動角度。該方法數(shù)據(jù)直觀連續(xù)，但存在指針剛度不足、測量誤差較大的問題?；趯ΜF(xiàn)有測量系統(tǒng)的分析，結(jié)合高精度衛(wèi)星定位技術(shù)，將衛(wèi)星定位引入橋梁轉(zhuǎn)體過程測量中，以實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體過程的高精度（亞毫米級）實(shí)時動態(tài)測量。

1 系統(tǒng)組成

高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)由前端監(jiān)測設(shè)備及配套軟件組成，硬件部分主要布設(shè)于橋面設(shè)計(jì)位置，并與橋面可靠連接，轉(zhuǎn)體過程中與橋體同步運(yùn)動，通過無線傳輸模塊實(shí)時回傳橋梁的位置參數(shù)。配套軟件系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的接收、存儲、解算及分析顯示。

1.1 硬件

該系統(tǒng)現(xiàn)場安裝設(shè)備由移動站、基站組成。移動站、基站除接收機(jī)功能存在細(xì)微差別，設(shè)備組成相近。設(shè)備硬件部分包括衛(wèi)星天線、接收機(jī)、DTU模塊及附屬設(shè)施。衛(wèi)星天線和接收機(jī)是數(shù)據(jù)采集的主要部分；DTU模塊通過內(nèi)置通訊卡將數(shù)據(jù)推送給預(yù)設(shè)服務(wù)器地址；附屬設(shè)施主要包括安裝腳架、調(diào)平對中底座、電源適配器等。

1.2 軟件

軟件系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的接收、存儲、解算及分析顯示。系統(tǒng)支持多模，包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo等。解算采用優(yōu)化的處理整周模糊度的算法、高頻超寬帶大數(shù)據(jù)并行算法等，可以將準(zhǔn)實(shí)時解算精度達(dá)到亞毫米級。實(shí)時解算精度達(dá)到3mm以內(nèi)，滿足橋梁轉(zhuǎn)體實(shí)時控制的精度要求。

2 現(xiàn)場安裝

移動站基站均要求220V市電供電，衛(wèi)星天線端部水平面向上10～90°范圍內(nèi)無遮擋。同時要求移動站布設(shè)于橋面旋轉(zhuǎn)端端部，基站布設(shè)于施工區(qū)域附近穩(wěn)定位置，具備條件時可在梁體兩端部同時布設(shè)移動站，如圖1所示。移動站布設(shè)完成后，應(yīng)對測站中心位置、轉(zhuǎn)動中心位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量。試轉(zhuǎn)體期間應(yīng)完成設(shè)備的全部調(diào)試，并對測量信息復(fù)核。

圖1 移動站布設(shè)

3 測試數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)體施工期間，可實(shí)時在系統(tǒng)模型中看到梁體位置信息，并對重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)位置單獨(dú)顯示。該系統(tǒng)可將實(shí)測的坐標(biāo)參數(shù)及高程轉(zhuǎn)化為各工程采用的坐標(biāo)系或以橋墩轉(zhuǎn)動中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系，自動計(jì)算其已轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)體瞬時速度、轉(zhuǎn)體平均速度、剩余待轉(zhuǎn)角度，并結(jié)合天窗期剩余時間計(jì)算未來最小轉(zhuǎn)速。

3.1 平面位置及弧線同心

轉(zhuǎn)體過程中梁體端部移動站實(shí)測平面坐標(biāo)以米為單位，取小數(shù)點(diǎn)前兩位生成的坐標(biāo)圖，如圖2所示。由圖可見，曲線線形順滑，曲線經(jīng)過同一圓心。

3.2 豎向位置及撓度波動

圖2 移動站平面坐標(biāo)

轉(zhuǎn)體過程中梁體端部移動站高程坐標(biāo)以米為單位，取小數(shù)點(diǎn)后兩位生成的坐標(biāo)圖，如圖3所示。由圖可見，去除系統(tǒng)誤差，梁端撓度在±2cm內(nèi)波動。平面測量、高程測量結(jié)果與全站儀測量成果吻合。

圖3 高程變化

4 系統(tǒng)特點(diǎn)及不足

4.1 特點(diǎn)及優(yōu)勢

（1）實(shí)時測量不間斷。衛(wèi)星定位具有高精度連續(xù)測量被監(jiān)測體位置坐標(biāo)的技術(shù)優(yōu)勢，配合云架構(gòu)并行計(jì)算軟件系統(tǒng)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)在5s內(nèi)完成實(shí)測數(shù)據(jù)解算及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算?？朔艘酝緝x測量造成的間斷性及數(shù)據(jù)處理時間長等問題，實(shí)現(xiàn)了橋梁轉(zhuǎn)體的全程實(shí)時測量。

（2）高精度、多測點(diǎn)全面掌握橋體姿態(tài)。系統(tǒng)實(shí)時解算精度可以達(dá)到水平3mm、垂直8mm以內(nèi)，并可以根據(jù)梁體橋面形態(tài)及配重布置情況動態(tài)增加測點(diǎn)。移動站采用即插即用形式，其施工便利性優(yōu)勢顯著。

（3）豎向位移反應(yīng)轉(zhuǎn)體過程平穩(wěn)性，預(yù)警傾覆。系統(tǒng)具備對高頻率、多測點(diǎn)數(shù)據(jù)的強(qiáng)大處理能力，支持對多梁體多測點(diǎn)同步解算，并通過定制化功能模塊自主選擇敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。對轉(zhuǎn)體難度較大的工程，還可通過各測點(diǎn)豎向撓度數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控梁體轉(zhuǎn)動過程中的平衡性，避免梁體傾覆事故的發(fā)生；對有限空間內(nèi)多橋協(xié)同轉(zhuǎn)體項(xiàng)目，可通過各橋?qū)崪y位置動態(tài)計(jì)算、測量梁體間最小距離，避免梁體碰撞事故的發(fā)生。

4.2 不足

高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)相對其他測量技術(shù)具備上述3項(xiàng)明顯技術(shù)優(yōu)勢的同時，也存在需要有源供電、設(shè)備電臺通信不夠穩(wěn)定等有待進(jìn)一步優(yōu)化完善的方面。

5 結(jié)論

隨著國家對各類交通基建的大量投入，跨越既有公路鐵路航道等的大跨度橋梁轉(zhuǎn)體技術(shù)已經(jīng)成為一種被廣泛應(yīng)用的常態(tài)的施工方法。其精確定位從某種意義上來講，已成為轉(zhuǎn)體技術(shù)是否成功完成的最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，定位成功則轉(zhuǎn)體成功。文章通過將傳統(tǒng)的全站儀定位上升至高精度衛(wèi)星系統(tǒng)定位，實(shí)現(xiàn)了橋梁轉(zhuǎn)體過程中的高精度（亞毫米級）實(shí)施動態(tài)測量。隨著系統(tǒng)的不斷完善升級，最大限度地發(fā)揮了橋梁轉(zhuǎn)體的技術(shù)優(yōu)勢，并提高了其潛在的市場價值。