楊文濤

（湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司長(zhǎng)江分公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位精度對(duì)懸索橋梁施工質(zhì)量具有重要影響[1]。采用傳統(tǒng)測(cè)量方法，需要考慮繩索溫縮效應(yīng)、環(huán)境風(fēng)力對(duì)繩索的線型影響，測(cè)量環(huán)境要求較高，且測(cè)量精度難以保證。某懸索橋項(xiàng)目工程，根據(jù)該橋梁基準(zhǔn)索規(guī)格參數(shù)，設(shè)計(jì)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(guò)測(cè)定棱鏡的坐標(biāo)、標(biāo)高，即可準(zhǔn)確計(jì)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(shí)踐，該方法在大型鋼結(jié)構(gòu)的空間定位測(cè)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?yàn)椋? 480+453.6）m 雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，橋梁全長(zhǎng)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(cè)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(cè)量方法無(wú)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(diǎn)一線[3]。

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

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程（見(jiàn)圖1）

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工操作要點(diǎn)

3.2.1 材料與設(shè)備準(zhǔn)備

該施工技術(shù)無(wú)需特別說(shuō)明的材料，采用的主要機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1 及表2。

表1 主要機(jī)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(cè)點(diǎn)的里程測(cè)量精度要求，一般在兩端各布設(shè)不少于2 個(gè)控制點(diǎn)，觀測(cè)儀器采用高精度全站儀Leica TS50 配單棱鏡，測(cè)量等級(jí)為二等邊角控制網(wǎng)，采用一點(diǎn)一方向進(jìn)行嚴(yán)密平差，確保兩端控制網(wǎng)內(nèi)部精度足夠強(qiáng)，也可以采用GNSS 靜態(tài)網(wǎng)進(jìn)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(cè)量等級(jí)均為二等，水準(zhǔn)點(diǎn)利用平面控制點(diǎn)觀測(cè)墩的墩面水準(zhǔn)標(biāo)志，在橋軸線處進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量，跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法根據(jù)跨河視線長(zhǎng)度一般采用“測(cè)距三角高程法”，該方法最大跨河視線長(zhǎng)度可達(dá)3 500 m，測(cè)量?jī)x器采用兩臺(tái)Leica TS50 全站儀在兩岸進(jìn)行同步觀測(cè)[5-6]。采用陸地水準(zhǔn)對(duì)各水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行同路線往返觀測(cè)，觀測(cè)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(gè)（每根索股的邊、中跨跨中點(diǎn)同時(shí)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。卡環(huán)分兩個(gè)對(duì)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(jiàn)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(diǎn)設(shè)計(jì)里程現(xiàn)場(chǎng)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(duì)準(zhǔn)地面控制點(diǎn)，以滿足不同測(cè)站對(duì)同一卡環(huán)同步觀測(cè)的需求。

3.2.4 大氣折光測(cè)量

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

利用已有控制點(diǎn)，選擇合理測(cè)線，對(duì)中跨跨中、邊跨跨中分別進(jìn)行大氣折光k 值的實(shí)時(shí)測(cè)定。測(cè)量的方法主要是在兩岸控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，并根據(jù)控制點(diǎn)高程與實(shí)測(cè)高差計(jì)算出實(shí)時(shí)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(cè)量中的高程計(jì)算公式中，精確計(jì)算出索股的高程。

3.2.5 主纜基準(zhǔn)索股定位測(cè)量

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

（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(duì)各自本岸邊跨跨中點(diǎn)的卡環(huán)上、下反射棱鏡自動(dòng)觀測(cè)，再同步對(duì)索股中跨跨中點(diǎn)卡環(huán)上、下反射棱鏡自動(dòng)觀測(cè)，計(jì)算出卡環(huán)上、下棱鏡點(diǎn)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(diǎn)絕對(duì)標(biāo)高、左右幅高差均滿足監(jiān)控要求后，至少進(jìn)行不少于3 d 的基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測(cè)，每天觀測(cè)標(biāo)高均滿足要求后即可開(kāi)始進(jìn)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(cè)量計(jì)算公式可知，測(cè)量精度主要受到儀器精度、控制點(diǎn)精度、儀器高及覘高量取精度、大氣折光測(cè)量精度等因素制約[8]。

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

（2）控制點(diǎn)的保障：觀測(cè)前進(jìn)行不低于二等精度的跨河水準(zhǔn)測(cè)量，確保兩岸控制點(diǎn)精度一致，為多測(cè)站測(cè)量中跨跨行點(diǎn)提供精度保障。

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

（4）大氣折光測(cè)量精度：在基準(zhǔn)索測(cè)量工作前一小時(shí)進(jìn)行大氣折光實(shí)時(shí)測(cè)量，中跨處采用對(duì)向觀測(cè)，邊跨采用單向觀測(cè)，大氣折光測(cè)線與測(cè)站至基準(zhǔn)索測(cè)點(diǎn)的測(cè)線盡量保持相近，使測(cè)量的 k 值具有代表性。

（5）大橋主纜基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測(cè)成果見(jiàn)表3。基準(zhǔn)索的各關(guān)鍵點(diǎn)高程、高差均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表3 主纜基準(zhǔn)索穩(wěn)定觀測(cè)成果表（中跨跨中）

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

該大橋項(xiàng)目為例，采用精加工卡環(huán)測(cè)量懸索橋主纜基準(zhǔn)索股，只增加6 個(gè)卡環(huán)的加工費(fèi)用，但相比傳統(tǒng)方法節(jié)省了人工、對(duì)中桿等費(fèi)用，同時(shí)由于測(cè)量精度可靠性高，節(jié)約了工期費(fèi)用等，基準(zhǔn)索股調(diào)整測(cè)量?jī)H用了3天時(shí)間，穩(wěn)定觀測(cè)用了3 天時(shí)間。用傳統(tǒng)方法測(cè)量預(yù)計(jì)要12 天，而該工程采用精加工卡環(huán)測(cè)量只用了6 天時(shí)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(fèi)：6 人×6 天/ 人×120 元/ 天=0.432 萬(wàn)元。

（2）節(jié)約測(cè)量對(duì)中桿費(fèi)：6 個(gè)×2 300 元/個(gè)=1.38萬(wàn)元。

（3）節(jié)約工期費(fèi)：6 天×6 萬(wàn)元/天=36 萬(wàn)元。

（4）增加了卡環(huán)加工費(fèi)用：1 300 元/個(gè)×6 個(gè)=0.78 萬(wàn)元。

綜合以上，共取得了0.432+1.38+36-0.78≈37 萬(wàn)元的綜合效益。

5.2 社會(huì)效益

該施工技術(shù)解決了懸索橋主纜基準(zhǔn)索定位測(cè)量?jī)x器反射裝置無(wú)法安裝的難題，解決了因索股呈自由狀態(tài)時(shí)無(wú)法測(cè)量至索股幾何中心而帶來(lái)的換算誤差的難題，無(wú)須人工值守，同時(shí)通過(guò)增加大量多余觀測(cè)，提高了測(cè)量精度和觀測(cè)效率，填補(bǔ)了國(guó)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(cè)量時(shí)間[9]。

隨著科技的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)各種超高大型建筑物、鋼結(jié)構(gòu)建筑物越來(lái)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(wèn)題。

5.3 節(jié)能環(huán)保效益

采用該施工技術(shù)施工，對(duì)環(huán)境影響小，對(duì)施工的地理位置要求低[10]。施工無(wú)大功率、高污染設(shè)備的使用，降低了聲、光對(duì)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(cè)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(duì)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(qiáng)適用性。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，使用卡環(huán)測(cè)量定位技術(shù)，測(cè)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(fèi)近40 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著；且全程無(wú)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(xiàng)目實(shí)際情況，予以推廣使用。