桥梁工程论文测量技术方向论文范文

　　本文选自北大核心级期刊《公路交通科技》，《公路交通科技》自1984年创刊以来，以“报道公路建设科研成果，展示公路建设新产品、新技术”为使命，致力于为公路建设的科研人员、公路建设者们服务。

　　从规划、设计、施工、科研到管理方面，《公路交通科技》都紧密结合工程实际推出相关报道，为我国在公路交通工程建设作出了应有的贡献。特别是国家重点工程项目，也提供了大量的可参考与借鉴的科技信息。为我国各省、市交通厅、公路局、高速公路指挥部以及各施工、监理单位和从事公路交通建设的规划、勘测设计、科研、管理、养护和建设管理的人员提供全方位服务。

　　文章内容：本刊主要刊登有关公路交通建设方面的应用理论、新结构、新工艺、新技术、新设备、新材料的研究与应用，报道国内外有关公路交通建设方面的科技动态，以实用性工程技术为主，全面反映国内公路建设、运输、养护及与智能交通有关的先进科研、勘察、设计、施工和管理等方面的成果和国内外的先进技术及发展动态。

　　摘要：结合安庆长江大桥3#索塔的施工方法，通过测量的误差理论分析方法，采取特殊的测量定位手段，保证安庆长江大桥3#索塔索导管的定位精度。

　　关键词：索导管,误差分析,高程传递,定位精度

　　1.工程概况

　　安庆长江大桥是宁安铁路的重点控制工程，是一座横跨长江的连续钢桁梁斜拉桥。主桥为双塔三索面斜拉桥，立面上塔两侧共18对索，全塔108根斜拉索，主跨580m，长度1365.09m。主桥索塔桥面以上为倒Y型，桥面以下塔柱内收为钻石形，塔高210m。

　　2.索导管定位测量内容

　　索导管的定位精度包括两个方面：一是锚固点空间位置的三维坐标应符合设计要求；二是索导管轴线与斜拉索轴线的相对允许偏差满足设计要求。索导管安装定位是测量控制难度最大、精度要求高，索导管安装定位主要用全站仪三维坐标法定位。高程测量采用单向三角高程差分法，结合悬挂钢尺、全站仪天顶测距法进行复核，以确保索导管处塔点和锚固点精确定位。

　　3.索导管定位测量前塔柱零状态测量

　　索导管安装时，塔柱高度超过140m，日照、温度、风力等外部因素对塔柱的影响很大，索导管定位测量时必须对设计数据进行修正，这需进行塔柱的“零”状态线性测量。

　　在中塔柱合拢处及索导管安装的塔柱上池州侧上、下游各设置一个小棱镜，全站仪分别观测池州侧的棱镜，选择昼夜温差大，晴天，进行3天连续观测，第一天观测频率为次/2小时，第二天观测频率为次/4小时，第三天观测频率为次/4小时，按照观测数据，绘制纵、横桥向塔柱的变形曲线，确定塔柱“零”状态时小棱镜的坐标值和观测时间。

　　4.索导管定位测量的方法

　　4.1相对定位法

　　在塔柱混凝土顶面设两个转点，选择塔柱“零”状态时间测量其坐标，在进行索导管定位时，在转点设置测站,后视塔上控制点，对索导管进行定位测量。

　　4.2绝对定位法

　　在索导管定位高程处，塔柱池州上下游侧预埋棱镜，选择塔柱“零”状态时间测量其坐标，在进行索导管定位时，测量棱镜的变化值，对设计坐标进行修正。

　　5.索导管定位测量作业程序

　　5.1先在索导管到场后对其结构尺寸进行检查，检查内容包括索导管长度、内外直径、十字轴线，误差应小于2mm。随后在后场根据设计的位置将索导管安装到定位架上，并在定位架上对索导管进行粗定位。

　　5.2索导管锚垫板中心的标定

　　利用一定厚度的钢板加工一个圆形中心标定器。索导管锚垫板中心标定如图1所示。该标定器的直径与斜拉索钢套管内径一致,四周焊接对称的4块垫板,精确标定圆周中心,并做好标记。使用时只要把中心标定器盖到钢套管锚垫板中心，吻合即可得到锚垫板中心位置。

　　图1索导管锚垫板中心标定

　　5.3塔壁外侧钢套管中心的标定：

　　同样,用一定厚度(约1cm)钢板加工一个半圆形的标定器。索导管出口中心标定器如图2所示。该标定器直径与斜拉索钢套管内径一致,精确确定圆周中心并作好标记。使用时只要把标定器放入钢套管管口,此时盘心即为钢套管中心轴线上一点(不必精确在管口设计位置)。该方法使用方便,速度快,而且能满足施工要求。

　　图2塔壁外侧索导管中心标定

　　5.4首先采用三维坐标法放样在已竣工的混凝土上放出索导管中心线和高程，使之基本就位;并对已预埋定位架铁板进行高程控制。其次由控制点上的全站仪直接测量锚固钢套管的锚垫板中心,并将锚垫板中心调整到设计位置并检测。

　　5.5直接测量管口中心,并将管口中心调整到设计位置并检测,然后计算实测位置至斜拉索轴线的垂距(偏差值)。

　　5.6混凝土灌注之前复测索导管三维位置，如有偏差用倒链进行纠偏。

　　5.7混凝土灌注过程中进行测量监测，防止其受到施工扰动产生位移。

　　6.索导管定位测量精度

　　斜拉索锚板及预埋索导管定位误差≤±5mm；斜拉索索导管顶口与底口中心坐标的偏差≤±3mm，索导管中心线的空间方位偏差不宜大于30秒。

　　7.塔柱高程测量

　　塔柱设计高度超过180m，传统的测量方法不能满足施工的要求，采用悬挂钢尺法、全站仪三角高程差分法等多种方法相结合的办法。

　　7.1悬挂钢尺法

　　在钢尺上先悬挂个5斤的铁坨，利用水准仪读得在地面A点上水准尺的读数和竖直悬挂在所测塔身上的钢尺的读数，确定地面至塔身的高差，从而将地面点A的高程传递到墩身上。塔身B点的高程为：HB=HA+a+b-c。由于受风力及拉力温度的影响，因此测量高差时测四次读数取平均数使之趋向于真值。

　　图3悬挂钢尺传递高程法

　　7.2实时差分法

　　7.2.1横梁顶高程点真值确定

　　钢梁架设前，按照二等水准测量技术标准，将高程准确传递到主桥3#墩顶，测量方法采用全站仪三角高程测量方法，具体技术要求见表1。

　　表1精密光电测距三角高程测量观测的主要技术要求

　　等级边长（m）测回数限差

　　指标差

　　较差（″）测回间垂直角较差（″）测回间测距较差（mm）测回间高差较差（mm）

　　二等≤1002553±4√s

　　100-5004

　　500-8006

　　注：表中S为视线长度，单位km。

　　测量时从J1开始，测量主塔3#墩横梁高程加密点高程点。

　　7.2.2实时差分K的修正

　　在控制点上采用单向三角高程采用正倒镜多测回得到这个点的高差KB，计算球气改正系数KB,然后得出两次测量的高差之差△H=HB-HA，计算K值的修正值，对球气改正系数KB，再次测量高程直到接近HA后，方可进行测量放样。

　　8.三维空间坐标法测量精度分析

　　安庆长江大桥主塔施工使用LeicaTCA2003型全站仪测定三维坐标,仪器精度(0.5″,1mm+1ppm·D)。在两岸控制网点上架设全站仪，置镜点和主塔上的测量点最远距离810m以内。

　　8.1极坐标放样的精度分析

　　图4极坐标放样示意图

　　全站仪进行极坐标放样，影响放样点位精度的主要误差来源包括仪器安置在测站上的对中误差对放样点位的影响、测设方位角的测角误差影响、测距误差影响以及放样点标定的误差等。

　　mo2=cosw2*ml2+l2*sinw2*mw2/ρ2+m仪2+m标2+D2*ma2/ρ2

　　其中m仪为仪器对中误差≦1mm，放样点对中误差为m标≦1mm，测角中误差ma引起中误差mβ＝（810/ρ×ma″），其中控制点放样距离最大为810m，TCA2003测角中误差为0.5″，则mβ＝2.2mm，TCA2003测距精度为1+1ppm，则ml2＝1+（1*0.81）2=1.65。如果取W角为10°，控制点到墩中心最大斜距L=810m,测量平距的中误差mD2=cosw2*ml2+l2*sinw2*mw2/ρ2=1.716。

　　综合上述，m02＝m仪2＋m标2＋mβ2＋mD2＝7.57，mo＝±2.75mm，测量时采用盘左、盘右测量，则mo/√2=1.94mm，放样限值取2mo/√2，即md=±2*1.94=±3.88mm,满足索导管定位5mm的精度要求。

　　8.2EDM三角高程放样精度分析

　　8.2.1EDM三角高程测量计算公式

　　EDM三角高程测量是通过观测两点间的水平距离和天顶距（或者高度角）求定两点间高差的方法。由于测量距离比较长，必须顾及地球弯曲差和大气垂直折光的影响。

　　图5所示：A为测站；HA为测站高程；HI为测站仪器高度；B点为置镜点；HB为待测点高程，即前点高程；HR为棱镜高度；L为仪器与棱镜间的斜距；D为仪器高程面的水平距离；Z为仪器瞄准棱镜的天顶距；△f1为地球曲率引起的高差；△f2为大气折光引起的高差。B点的高程计算公式为:

　　HB=HA+HI+LcosZ+(1-k)*（L*sinZ）2/（2R）-HR……公式1

　　式中(1-k)*（L*sinZ）2/（2R）为测量时的球、气综合改正数，通常取K=0.13，

　　由上式看出，采用单向三角高程测量时，由于地球曲率及大气垂直折光的影响，往往会使测得高差与实际值不符，且随着距离的加大而成级数增加。实际测量时，只需对全站仪进行仪高、棱镜高、气象参数进行设置后，全站仪直接显示两点间的高差。

　　图5单向三角高程示意图

　　8.2.2EDM三角高程测量的中误差分析

　　将HB计算公式进行全微分得：

　　dhb=（cosZ+（1-k）*L*sinZ2/R）*dl-（LsinZ+（1-k）*L2*sinZ*cosZ）/ρ*dz-(sinZ*cosZ)2/2/R*dk+dI-dR……公式2

　　根据误差传播定律，考虑到观测值之间的独立性，观测中误差mh计算公式如下：

　　mhb2=（cosZ*mL）2+（L*sinZ*mZ/ρ）2+（L2/2/R）2*mK2+mI2+mR2……公式3

　　式中：

　　mhb──三角高程中误差；mL──测边中误差；mZ──天顶距观测中误差；

　　mK──大气折光系数测定中误差，通常取Mk=0.05；

　　mI──仪高量取中误差，一般为±1mm；mR──棱镜高量取中误差，一般为±1mm；

　　徕卡TCA2003全站仪天顶距观测中误差mZ=0.5″、测边中误差mL2=1+（L*1）2，取天顶距为80°时，测量距离810m高差中误差，mhb=√12.44=3.53mm，测量时采用正倒镜观测，mo=3.53/√2=2.49mm,极限误差取2倍中误差，2mo=4.98mm，满足索导管高程定位精度5mm的规范要求。

　　9.结束语

　　在进行安庆长江大桥3#索塔索导管定位时，消除或减弱了日照、温差、风力、球差对塔柱偏移的影响，保证了索导管定位的精度要求。

　　参考文献

　　[1]《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；

　　[2]《国家一、二等水准测量规范》（GB\T12897-2006）；

　　[3]《工程测量规范》GB50026-2007；