楊文濤

（湖南路橋建設(shè)集團有限責(zé)任公司長江分公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位精度對懸索橋梁施工質(zhì)量具有重要影響[1]。采用傳統(tǒng)測量方法，需要考慮繩索溫縮效應(yīng)、環(huán)境風(fēng)力對繩索的線型影響，測量環(huán)境要求較高，且測量精度難以保證。某懸索橋項目工程，根據(jù)該橋梁基準(zhǔn)索規(guī)格參數(shù)，設(shè)計了可抱于基準(zhǔn)索股精密卡環(huán)，卡環(huán)兩端可設(shè)置連接桿件，用于連接徠卡單棱鏡，通過測定棱鏡的坐標(biāo)、標(biāo)高，即可準(zhǔn)確計算主纜基準(zhǔn)索坐標(biāo)、高程參數(shù)，有效解決了傳統(tǒng)主纜基準(zhǔn)索定位方法的不足[2]。經(jīng)實踐，該方法在大型鋼結(jié)構(gòu)的空間定位測量中也具有良好的適用性。

1 工程概況

某高速橋梁工程，主橋為（1 480+453.6）m 雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，橋梁全長2 390.18 m，橋面寬33.5 m。該橋梁懸索橋主纜基準(zhǔn)索卡環(huán)測量定位技術(shù)，避免了人工立桿的人為誤差，且定位精確性不受索股線型狀態(tài)影響，有效解決了傳統(tǒng)測量方法無法在基準(zhǔn)索股上安置反射棱鏡的難題，保證了懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位精度和橋梁整體質(zhì)量。

2 施工技術(shù)工藝原理

技術(shù)原理是將精加工卡環(huán)安裝于基準(zhǔn)索股上，在卡環(huán)上、下兩端安裝反射棱鏡，使上、下兩端棱鏡與卡環(huán)中心三點一線[3]。

通過地面全站儀觀測上、下兩端反射棱鏡的坐標(biāo)、標(biāo)高，取其中數(shù)即可計算出索股幾何中心的坐標(biāo)及對應(yīng)標(biāo)高。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點

3.2.1 材料與設(shè)備準(zhǔn)備

該施工技術(shù)無需特別說明的材料，采用的主要機械設(shè)備見表1 及表2。

表1 主要機械設(shè)備表

表2 主要工裝設(shè)備表

3.2.2 建立全橋高精度控制網(wǎng)

平面控制網(wǎng)的加密：主纜基準(zhǔn)索股各測點的里程測量精度要求，一般在兩端各布設(shè)不少于2 個控制點，觀測儀器采用高精度全站儀Leica TS50 配單棱鏡，測量等級為二等邊角控制網(wǎng)，采用一點一方向進行嚴(yán)密平差，確保兩端控制網(wǎng)內(nèi)部精度足夠強，也可以采用GNSS 靜態(tài)網(wǎng)進行復(fù)核[4]。

高程控制網(wǎng)的加密：高程控制網(wǎng)的加密主要采用跨河水準(zhǔn)+陸地水準(zhǔn)的形式，測量等級均為二等，水準(zhǔn)點利用平面控制點觀測墩的墩面水準(zhǔn)標(biāo)志，在橋軸線處進行跨河水準(zhǔn)測量，跨河水準(zhǔn)測量方法根據(jù)跨河視線長度一般采用“測距三角高程法”，該方法最大跨河視線長度可達3 500 m，測量儀器采用兩臺Leica TS50 全站儀在兩岸進行同步觀測[5-6]。采用陸地水準(zhǔn)對各水準(zhǔn)點進行同路線往返觀測，觀測儀器采用Trimble Dini03 數(shù)字水準(zhǔn)儀。

3.2.3 基準(zhǔn)索股卡環(huán)的加工及安裝

（1）卡環(huán)的加工：根據(jù)主纜基準(zhǔn)索定位要求，加工卡環(huán)6 個（每根索股的邊、中跨跨中點同時安裝卡環(huán)），卡環(huán)加工材質(zhì)采用不銹鋼或鋁材，卡環(huán)內(nèi)徑根據(jù)索股直徑確定?？ōh(huán)分兩個對稱半幅，外側(cè)固定連接桿，連接桿端頭安裝徠卡圓棱鏡，卡環(huán)加工制作見圖2。

圖2 卡環(huán)制作圖

（2）卡環(huán)的安裝：利用全站儀將基準(zhǔn)索各邊、中跨跨中點設(shè)計里程現(xiàn)場放樣，卡環(huán)內(nèi)邊與六邊形基準(zhǔn)索吻合，使卡環(huán)整體呈垂直狀態(tài)，充分?jǐn)Q緊固定螺桿，螺桿兩端安裝徠卡圓棱鏡，兩端棱鏡分別對準(zhǔn)地面控制點，以滿足不同測站對同一卡環(huán)同步觀測的需求。

3.2.4 大氣折光測量

懸索橋主纜基準(zhǔn)索的定位測量，由于特殊條件目前采用全站儀三角高程測量是最佳方法，大氣折光是制約三角高程測量精度的主要因素，因此如何測定最為有效大氣折光參數(shù)k 值，成為確?；鶞?zhǔn)索股定位測量精度的關(guān)鍵因素之一[7]。

利用已有控制點，選擇合理測線，對中跨跨中、邊跨跨中分別進行大氣折光k 值的實時測定。測量的方法主要是在兩岸控制點架設(shè)全站儀，并根據(jù)控制點高程與實測高差計算出實時的大氣折光，將大氣折光k 值代入基準(zhǔn)索的各次調(diào)整測量中的高程計算公式中，精確計算出索股的高程。

3.2.5 主纜基準(zhǔn)索股定位測量

在主纜基準(zhǔn)索上放樣出中、邊跨跨中點，安裝卡環(huán)，左、右幅共6 個測點（安裝卡環(huán)），在地面控制點至少架設(shè)2 臺高精度全站儀，先分別測量各側(cè)邊跨跨中點，再同步測量中跨跨中點。

（1）在左、右幅索股溫差等條件滿足監(jiān)控要求后，兩岸儀器分別同步對各自本岸邊跨跨中點的卡環(huán)上、下反射棱鏡自動觀測，再同步對索股中跨跨中點卡環(huán)上、下反射棱鏡自動觀測，計算出卡環(huán)上、下棱鏡點的里程、標(biāo)高，取其中數(shù)即為基準(zhǔn)索股幾何中心里程、標(biāo)高。

（2）每根基準(zhǔn)索股的各跨中點絕對標(biāo)高、左右幅高差均滿足監(jiān)控要求后，至少進行不少于3 d 的基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測，每天觀測標(biāo)高均滿足要求后即可開始進行一般索股的架設(shè)。

4 工程質(zhì)量控制

根據(jù)三角高程測量計算公式可知，測量精度主要受到儀器精度、控制點精度、儀器高及覘高量取精度、大氣折光測量精度等因素制約[8]。

（1）儀器的選用：在實際工作中可以選用高精度自動搜索并照準(zhǔn)的帶ATR 馬達功能全站儀，減弱人為瞄準(zhǔn)反射棱鏡誤差，如Leica TS50，測角精度為0.5 s，測距精度為（0.6 mm+1 ppm）。

（2）控制點的保障：觀測前進行不低于二等精度的跨河水準(zhǔn)測量，確保兩岸控制點精度一致，為多測站測量中跨跨行點提供精度保障。

（3）儀器高及覘高量取精度保障：控制點均設(shè)置強制對中觀測墩，設(shè)置墩面水準(zhǔn)點，用解析法量取儀器高度，精度小于0.2 mm。

（4）大氣折光測量精度：在基準(zhǔn)索測量工作前一小時進行大氣折光實時測量，中跨處采用對向觀測，邊跨采用單向觀測，大氣折光測線與測站至基準(zhǔn)索測點的測線盡量保持相近，使測量的 k 值具有代表性。

（5）大橋主纜基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測成果見表3?；鶞?zhǔn)索的各關(guān)鍵點高程、高差均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

表3 主纜基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測成果表（中跨跨中）

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

該大橋項目為例，采用精加工卡環(huán)測量懸索橋主纜基準(zhǔn)索股，只增加6 個卡環(huán)的加工費用，但相比傳統(tǒng)方法節(jié)省了人工、對中桿等費用，同時由于測量精度可靠性高，節(jié)約了工期費用等，基準(zhǔn)索股調(diào)整測量僅用了3天時間，穩(wěn)定觀測用了3 天時間。用傳統(tǒng)方法測量預(yù)計要12 天，而該工程采用精加工卡環(huán)測量只用了6 天時間，大大節(jié)約了人力、物力，提高了施工速度，主要明細(xì)如下：

（1） 節(jié) 約 人 工 費：6 人×6 天/ 人×120 元/ 天=0.432 萬元。

（2）節(jié)約測量對中桿費：6 個×2 300 元/個=1.38萬元。

（3）節(jié)約工期費：6 天×6 萬元/天=36 萬元。

（4）增加了卡環(huán)加工費用：1 300 元/個×6 個=0.78 萬元。

綜合以上，共取得了0.432+1.38+36-0.78≈37 萬元的綜合效益。

5.2 社會效益

該施工技術(shù)解決了懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位測量儀器反射裝置無法安裝的難題，解決了因索股呈自由狀態(tài)時無法測量至索股幾何中心而帶來的換算誤差的難題，無須人工值守，同時通過增加大量多余觀測，提高了測量精度和觀測效率，填補了國內(nèi)大跨徑懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位反射裝置工藝的空白，豐富和發(fā)展了懸索橋主纜基準(zhǔn)索施工技術(shù)，節(jié)約了基準(zhǔn)索定位測量時間[9]。

隨著科技的進步，國內(nèi)各種超高大型建筑物、鋼結(jié)構(gòu)建筑物越來越多，該施工技術(shù)可以解決該類建筑物的管狀結(jié)構(gòu)的精確定位問題。

5.3 節(jié)能環(huán)保效益

采用該施工技術(shù)施工，對環(huán)境影響小，對施工的地理位置要求低[10]。施工無大功率、高污染設(shè)備的使用，降低了聲、光對環(huán)境的污染。該施工技術(shù)施工效率高，大大降低了能耗。

6 結(jié)論

懸索橋主纜基準(zhǔn)索卡環(huán)測量定位技術(shù)，是利用主纜基準(zhǔn)索定位反射裝置的原理，對其他超高建筑、鋼結(jié)構(gòu)建筑管狀結(jié)構(gòu)的精確定位，具有較強適用性。經(jīng)工程實踐驗證，使用卡環(huán)測量定位技術(shù)，測量周期比傳統(tǒng)方法的節(jié)約6 天，節(jié)約人工、設(shè)備、工期費近40 萬元，經(jīng)濟效益顯著；且全程無須使用大功率、高污染設(shè)備，環(huán)境效益顯著。同類工程及涉及管狀結(jié)構(gòu)的精確定位施工的其他工程，可結(jié)合項目實際情況，予以推廣使用。