李勝輝 謝振解 李美娟 姚立波 張高杰

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

特大型橋梁由于跨度大、頂推距離長(zhǎng)，采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝頂推施工工藝時(shí)要求合龍精度達(dá)到毫米級(jí)[1]。但采用傳統(tǒng)的人工測(cè)量方法，存在受人為誤差影響較大、效率較低且實(shí)時(shí)偏差數(shù)據(jù)不能及時(shí)與各建設(shè)相關(guān)方共享分析處理的問(wèn)題，因此在鋼桁梁頂推過(guò)程中如何及時(shí)監(jiān)測(cè)、反饋其空間位置數(shù)據(jù)并及時(shí)指導(dǎo)糾偏至關(guān)重要。

一、工程概況

錢(qián)塘江新建大橋項(xiàng)目位于浙江省杭州市，是國(guó)內(nèi)首座多跨長(zhǎng)聯(lián)公軌兩用懸鏈形上加勁鋼桁梁橋。大橋跨度布置為（73.4+122+4×240+122+73.4）m，全長(zhǎng)1350.8m，其中主跨長(zhǎng)240m，上層為八車(chē)道公路，下層為雙線(xiàn)快軌，項(xiàng)目總投資約17.7億元。其中鋼桁梁主桁架中心間距36.8m，桁高12m。鋼桁梁總長(zhǎng)1348m，共71個(gè)節(jié)段，全橋鋼桁梁總重約6.2萬(wàn)噸。

二、頂推自動(dòng)測(cè)量施工技術(shù)概述

（一）技術(shù)原理

針對(duì)以往頂推過(guò)程中測(cè)量需人工數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析、上傳導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)共享、現(xiàn)場(chǎng)糾偏滯后的難題，本文介紹了一套自動(dòng)測(cè)量方法及軟件。其主要由三個(gè)模塊組成：Leica TS60機(jī)器人全站儀、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)。其中Leica TS60機(jī)器人全站儀主要負(fù)責(zé)頂推過(guò)程中測(cè)點(diǎn)位置的自動(dòng)跟蹤和坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)；Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)與監(jiān)控單位給出的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析，并將處理結(jié)果通過(guò)云平臺(tái)傳輸至BIM平臺(tái)，BIM平臺(tái)將接收到的數(shù)據(jù)代入模型后，即可實(shí)現(xiàn)橋梁頂推進(jìn)程及相關(guān)數(shù)據(jù)的可視化，如圖1所示。

圖1 頂推自動(dòng)測(cè)量原理圖

（二）技術(shù)特點(diǎn)

采用全站儀自動(dòng)測(cè)量，加快了測(cè)量速度，減少了人為照準(zhǔn)誤差，提高了測(cè)量精度和效率；能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀(guān)測(cè)，無(wú)需測(cè)量人員一直值守，減少專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員的投入；頂推數(shù)據(jù)通過(guò)頂推測(cè)量控制系統(tǒng)分析處理后，可實(shí)時(shí)將偏差數(shù)據(jù)傳輸至BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維偏差展示，實(shí)時(shí)查看橋梁頂推情況并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，可視化程度較高。

三、施工技術(shù)應(yīng)用

（一）施工準(zhǔn)備

技術(shù)準(zhǔn)備。施工前對(duì)頂推測(cè)量所需理論線(xiàn)型的計(jì)算復(fù)核、測(cè)點(diǎn)布置要求、測(cè)量方法等技術(shù)要點(diǎn)開(kāi)展交底和培訓(xùn)。

機(jī)具準(zhǔn)備。標(biāo)定測(cè)量所需的leica TS60機(jī)器人全站儀，同時(shí)準(zhǔn)備好相應(yīng)的棱鏡、腳架、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊和Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)。

測(cè)量準(zhǔn)備。一是控制點(diǎn)復(fù)核。在鋼桁梁頂推施工前需要對(duì)設(shè)計(jì)單位移交的首級(jí)控制網(wǎng)施行全面細(xì)致的復(fù)測(cè)，明確移交的控制點(diǎn)坐標(biāo)系和頂推施工坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立相應(yīng)計(jì)算方程。根據(jù)首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)兩端加密的控制點(diǎn)開(kāi)展靜態(tài)測(cè)量，計(jì)算坐標(biāo)和高程，并使用電子水準(zhǔn)儀對(duì)兩端觀(guān)點(diǎn)高程開(kāi)展聯(lián)測(cè)和復(fù)核。二是測(cè)點(diǎn)布置。測(cè)站點(diǎn)應(yīng)布置在鋼桁梁前后視線(xiàn)通視處，可選擇前/后端還未架設(shè)鋼桁梁的墩頂上，距離不宜太小影響視線(xiàn)，一般情況下控制測(cè)站儀器與測(cè)點(diǎn)仰角小于45°[2]。根據(jù)施工規(guī)范要求，以橋梁軸線(xiàn)上的兩個(gè)中心點(diǎn)控制橫向偏差，以左右兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（中心線(xiàn)外15.6m）控制高程偏差。具體測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 鋼桁梁測(cè)點(diǎn)布置示意圖

（二）初次定向

前（后）端測(cè)站儀器架設(shè)完成后在儀器測(cè)量界面輸入測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)和后視點(diǎn)坐標(biāo)，將儀器置于正鏡并精確照準(zhǔn)后視點(diǎn)施行定向，同時(shí)利用另一個(gè)控制點(diǎn)校核數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)無(wú)誤后完成定向。

（三）初始值設(shè)置

每輪次頂推前，需對(duì)leica TS60機(jī)器人全站儀按照測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量路徑設(shè)置，以便后續(xù)自動(dòng)測(cè)量時(shí)，按照該測(cè)量路徑進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

待前后端測(cè)點(diǎn)路徑設(shè)置完成后，在軟件界面上設(shè)置橋梁的設(shè)計(jì)中軸線(xiàn)，同時(shí)輸入橋梁起、終點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算方位角；接著輸入起始里程，然后選擇鋼桁梁頂推方向；最后檢查軟件上記錄測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。該數(shù)據(jù)后續(xù)將作為頂推橫向偏差、縱向推進(jìn)距離、高程變化的初始值。

（四）自動(dòng)跟蹤測(cè)量、采集

初始值及橋梁設(shè)計(jì)中軸線(xiàn)設(shè)置完成后，打開(kāi)Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)的“頂推測(cè)量”界面，設(shè)置好測(cè)量周期和間隔時(shí)間（如2min/次）、測(cè)量開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并保存。鋼桁梁開(kāi)始頂推后，兩臺(tái)Leica TS60全站儀會(huì)按照設(shè)置好的周期、間隔時(shí)間和初始路徑自動(dòng)展開(kāi)循環(huán)跟蹤捕捉監(jiān)測(cè)點(diǎn)棱鏡，并采集記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)[3]。

（五）測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸

Leica TS60全站儀采集完監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，通過(guò)全站儀端的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)。

（六）測(cè)量數(shù)據(jù)處理

Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)將對(duì)采集到的數(shù)據(jù)開(kāi)展整體分析和計(jì)算，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)位與橋梁設(shè)計(jì)中軸線(xiàn)的橫向偏差、縱向推進(jìn)距離、高程變化，并對(duì)成果數(shù)據(jù)開(kāi)展趨勢(shì)分析。

（七）測(cè)量數(shù)據(jù)共享

經(jīng)過(guò)Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)處理完成后的數(shù)據(jù)，通過(guò)該系統(tǒng)預(yù)設(shè)的對(duì)外傳輸云端接口，將處理結(jié)果通過(guò)云平臺(tái)傳輸至BIM平臺(tái)等第三方單位。

（八）測(cè)量數(shù)據(jù)可視化

采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件計(jì)算分析，共享至BIM平臺(tái)后，平臺(tái)可根據(jù)實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)對(duì)三維模型開(kāi)展姿態(tài)校正，通過(guò)三維模型及專(zhuān)用窗口顯示當(dāng)前的頂推進(jìn)程及偏差數(shù)據(jù)，最后現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址或手機(jī)App實(shí)時(shí)查看偏差值，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)頂推施工。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，解決了頂推施工中因測(cè)量數(shù)據(jù)反饋不及時(shí)、測(cè)量誤差大等導(dǎo)致的一系列問(wèn)題。與傳統(tǒng)的人工測(cè)量和安裝GPS相比，該技術(shù)利用Leica TS60機(jī)器人全站儀進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和Bridge launching橋梁頂推測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理共享，既能減少GPS在測(cè)點(diǎn)布置上的局限性，又提高了測(cè)量精度。在縮短施工工期的同時(shí)降低了橋梁頂推施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了設(shè)備資源和專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員的投入，具有自動(dòng)化、可視化的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于需實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量監(jiān)測(cè)、反饋分析的橋梁頂推測(cè)量作業(yè)，以及有類(lèi)似需求的常規(guī)橋梁、道路等工程測(cè)量作業(yè)。