本文選自北大核心級期刊《公路交通科技》，《公路交通科技》自1984年創(chuàng)刊以來，以“報(bào)道公路建設(shè)科研成果，展示公路建設(shè)新產(chǎn)品、新技術(shù)”為使命，致力于為公路建設(shè)的科研人員、公路建設(shè)者們服務(wù)。

　　從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、科研到管理方面，《公路交通科技》都緊密結(jié)合工程實(shí)際推出相關(guān)報(bào)道，為我國在公路交通工程建設(shè)作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。特別是國家重點(diǎn) 工程項(xiàng)目，也提供了大量的可參考與借鑒的科技信息。為我國各省、市交通廳、公路局、高速公路指揮部以及各施工、監(jiān)理單位和從事公路交通建設(shè)的規(guī)劃、勘測設(shè) 計(jì)、科研、管理、養(yǎng)護(hù)和建設(shè)管理的人員提供全方位服務(wù)。

　　文章內(nèi)容：本刊主要刊登有關(guān)公路交通建設(shè)方面的應(yīng)用理論、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的研究與應(yīng)用，報(bào)道國內(nèi)外有關(guān)公路交通建設(shè)方面的科 技動態(tài)，以實(shí)用性工程技術(shù)為主，全面反映國內(nèi)公路建設(shè)、運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)及與智能交通有關(guān)的先進(jìn)科研、勘察、設(shè)計(jì)、施工和管理等方面的成果和國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)及 發(fā)展動態(tài)。

　　摘要：結(jié)合安慶長江大橋3#索塔的施工方法，通過測量的誤差理論分析方法，采取特殊的測量定位手段，保證安慶長江大橋3#索塔索導(dǎo)管的定位精度。

　　關(guān)鍵詞：索導(dǎo)管,誤差分析,高程傳遞,定位精度

　　1.工程概況

　　安慶長江大橋是寧安鐵路的重點(diǎn)控制工程，是一座橫跨長江的連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。主橋?yàn)殡p塔三索面斜拉橋，立面上塔兩側(cè)共18對索，全塔108根斜拉索，主跨580m，長度1365.09m。主橋索塔橋面以上為倒Y型，橋面以下塔柱內(nèi)收為鉆石形，塔高210m。

　　2.索導(dǎo)管定位測量內(nèi)容

　　索導(dǎo)管的定位精度包括兩個(gè)方面：一是錨固點(diǎn)空間位置的三維坐標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；二是索導(dǎo)管軸線與斜拉索軸線的相對允許偏差滿足設(shè)計(jì)要求。索導(dǎo)管安裝定位是測量控制難度最大、精度要求高，索導(dǎo)管安裝定位主要用全站儀三維坐標(biāo)法定位。高程測量采用單向三角高程差分法，結(jié)合懸掛鋼尺、全站儀天頂測距法進(jìn)行復(fù)核，以確保索導(dǎo)管處塔點(diǎn)和錨固點(diǎn)精確定位。

　　3.索導(dǎo)管定位測量前塔柱零狀態(tài)測量

　　索導(dǎo)管安裝時(shí)，塔柱高度超過140m，日照、溫度、風(fēng)力等外部因素對塔柱的影響很大，索導(dǎo)管定位測量時(shí)必須對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，這需進(jìn)行塔柱的“零”狀態(tài)線性測量。

　　在中塔柱合攏處及索導(dǎo)管安裝的塔柱上池州側(cè)上、下游各設(shè)置一個(gè)小棱鏡，全站儀分別觀測池州側(cè)的棱鏡，選擇晝夜溫差大，晴天，進(jìn)行3天連續(xù)觀測，第一天觀測頻率為次/2小時(shí)，第二天觀測頻率為次/4小時(shí)，第三天觀測頻率為次/4小時(shí)，按照觀測數(shù)據(jù)，繪制縱、橫橋向塔柱的變形曲線，確定塔柱“零”狀態(tài)時(shí)小棱鏡的坐標(biāo)值和觀測時(shí)間。

　　4.索導(dǎo)管定位測量的方法

　　4.1相對定位法

　　在塔柱混凝土頂面設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，選擇塔柱“零”狀態(tài)時(shí)間測量其坐標(biāo)，在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)，在轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)置測站,后視塔上控制點(diǎn)，對索導(dǎo)管進(jìn)行定位測量。

　　4.2絕對定位法

　　在索導(dǎo)管定位高程處，塔柱池州上下游側(cè)預(yù)埋棱鏡，選擇塔柱“零”狀態(tài)時(shí)間測量其坐標(biāo)，在進(jìn)行索導(dǎo)管定位時(shí)，測量棱鏡的變化值，對設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行修正。

　　5.索導(dǎo)管定位測量作業(yè)程序

　　5.1先在索導(dǎo)管到場后對其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括索導(dǎo)管長度、內(nèi)外直徑、十字軸線，誤差應(yīng)小于2mm。隨后在后場根據(jù)設(shè)計(jì)的位置將索導(dǎo)管安裝到定位架上，并在定位架上對索導(dǎo)管進(jìn)行粗定位。

　　5.2索導(dǎo)管錨墊板中心的標(biāo)定

　　利用一定厚度的鋼板加工一個(gè)圓形中心標(biāo)定器。索導(dǎo)管錨墊板中心標(biāo)定如圖1所示。該標(biāo)定器的直徑與斜拉索鋼套管內(nèi)徑一致,四周焊接對稱的4塊墊板,精確標(biāo)定圓周中心,并做好標(biāo)記。使用時(shí)只要把中心標(biāo)定器蓋到鋼套管錨墊板中心，吻合即可得到錨墊板中心位置。

　　圖1索導(dǎo)管錨墊板中心標(biāo)定

　　5.3塔壁外側(cè)鋼套管中心的標(biāo)定：

　　同樣,用一定厚度(約1cm)鋼板加工一個(gè)半圓形的標(biāo)定器。索導(dǎo)管出口中心標(biāo)定器如圖2所示。該標(biāo)定器直徑與斜拉索鋼套管內(nèi)徑一致,精確確定圓周中心并作好標(biāo)記。使用時(shí)只要把標(biāo)定器放入鋼套管管口,此時(shí)盤心即為鋼套管中心軸線上一點(diǎn)(不必精確在管口設(shè)計(jì)位置)。該方法使用方便,速度快,而且能滿足施工要求。

　　圖2塔壁外側(cè)索導(dǎo)管中心標(biāo)定

　　5.4首先采用三維坐標(biāo)法放樣在已竣工的混凝土上放出索導(dǎo)管中心線和高程，使之基本就位;并對已預(yù)埋定位架鐵板進(jìn)行高程控制。其次由控制點(diǎn)上的全站儀直接測量錨固鋼套管的錨墊板中心,并將錨墊板中心調(diào)整到設(shè)計(jì)位置并檢測。

　　5.5直接測量管口中心,并將管口中心調(diào)整到設(shè)計(jì)位置并檢測,然后計(jì)算實(shí)測位置至斜拉索軸線的垂距(偏差值)。

　　5.6混凝土灌注之前復(fù)測索導(dǎo)管三維位置，如有偏差用倒鏈進(jìn)行糾偏。

　　5.7混凝土灌注過程中進(jìn)行測量監(jiān)測，防止其受到施工擾動產(chǎn)生位移。

　　6.索導(dǎo)管定位測量精度

　　斜拉索錨板及預(yù)埋索導(dǎo)管定位誤差≤±5mm；斜拉索索導(dǎo)管頂口與底口中心坐標(biāo)的偏差≤±3mm，索導(dǎo)管中心線的空間方位偏差不宜大于30秒。

　　7.塔柱高程測量

　　塔柱設(shè)計(jì)高度超過180m，傳統(tǒng)的測量方法不能滿足施工的要求，采用懸掛鋼尺法、全站儀三角高程差分法等多種方法相結(jié)合的辦法。

　　7.1懸掛鋼尺法

　　在鋼尺上先懸掛個(gè)5斤的鐵坨，利用水準(zhǔn)儀讀得在地面A點(diǎn)上水準(zhǔn)尺的讀數(shù)和豎直懸掛在所測塔身上的鋼尺的讀數(shù)，確定地面至塔身的高差，從而將地面點(diǎn)A的高程傳遞到墩身上。塔身B點(diǎn)的高程為：HB=HA+a+b-c。由于受風(fēng)力及拉力溫度的影響，因此測量高差時(shí)測四次讀數(shù)取平均數(shù)使之趨向于真值。

　　圖3懸掛鋼尺傳遞高程法

　　7.2實(shí)時(shí)差分法

　　7.2.1橫梁頂高程點(diǎn)真值確定

　　鋼梁架設(shè)前，按照二等水準(zhǔn)測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將高程準(zhǔn)確傳遞到主橋3#墩頂，測量方法采用全站儀三角高程測量方法，具體技術(shù)要求見表1。

　　表1精密光電測距三角高程測量觀測的主要技術(shù)要求

　　等級邊長（m）測回?cái)?shù)限差

　　指標(biāo)差

　　較差（″）測回間垂直角較差（″）測回間測距較差（mm）測回間高差較差（mm）

　　二等≤1002553±4√s

　　100-5004

　　500-8006

　　注：表中S為視線長度，單位km。

　　測量時(shí)從J1開始，測量主塔3#墩橫梁高程加密點(diǎn)高程點(diǎn)。

　　7.2.2實(shí)時(shí)差分K的修正

　　在控制點(diǎn)上采用單向三角高程采用正倒鏡多測回得到這個(gè)點(diǎn)的高差KB，計(jì)算球氣改正系數(shù)KB,然后得出兩次測量的高差之差△H=HB-HA，計(jì)算K值的修正值，對球氣改正系數(shù)KB，再次測量高程直到接近HA后，方可進(jìn)行測量放樣。

　　8.三維空間坐標(biāo)法測量精度分析

　　安慶長江大橋主塔施工使用LeicaTCA2003型全站儀測定三維坐標(biāo),儀器精度(0.5″,1mm+1ppm·D)。在兩岸控制網(wǎng)點(diǎn)上架設(shè)全站儀，置鏡點(diǎn)和主塔上的測量點(diǎn)最遠(yuǎn)距離810m以內(nèi)。

　　8.1極坐標(biāo)放樣的精度分析

　　圖4極坐標(biāo)放樣示意圖

　　全站儀進(jìn)行極坐標(biāo)放樣，影響放樣點(diǎn)位精度的主要誤差來源包括儀器安置在測站上的對中誤差對放樣點(diǎn)位的影響、測設(shè)方位角的測角誤差影響、測距誤差影響以及放樣點(diǎn)標(biāo)定的誤差等。

　　mo2=cosw2*ml2+l2*sinw2*mw2/ρ2+m儀2+m標(biāo)2+D2*ma2/ρ2

　　其中m儀為儀器對中誤差≦1mm，放樣點(diǎn)對中誤差為m標(biāo)≦1mm，測角中誤差ma引起中誤差mβ＝（810/ρ×ma″），其中控制點(diǎn)放樣距離最大為810m，TCA2003測角中誤差為0.5″，則mβ＝2.2mm，TCA2003測距精度為1+1ppm，則ml2＝1+（1*0.81）2=1.65。如果取W角為10°，控制點(diǎn)到墩中心最大斜距L=810m,測量平距的中誤差mD2=cosw2*ml2+l2*sinw2*mw2/ρ2=1.716。

　　綜合上述，m02＝m儀2＋m標(biāo)2＋mβ2＋mD2＝7.57，mo＝±2.75mm，測量時(shí)采用盤左、盤右測量，則mo/√2=1.94mm，放樣限值取2mo/√2，即md=±2*1.94=±3.88mm,滿足索導(dǎo)管定位5mm的精度要求。

　　8.2EDM三角高程放樣精度分析

　　8.2.1EDM三角高程測量計(jì)算公式

　　EDM三角高程測量是通過觀測兩點(diǎn)間的水平距離和天頂距（或者高度角）求定兩點(diǎn)間高差的方法。由于測量距離比較長，必須顧及地球彎曲差和大氣垂直折光的影響。

　　圖5所示：A為測站；HA為測站高程；HI為測站儀器高度；B點(diǎn)為置鏡點(diǎn)；HB為待測點(diǎn)高程，即前點(diǎn)高程；HR為棱鏡高度；L為儀器與棱鏡間的斜距；D為儀器高程面的水平距離；Z為儀器瞄準(zhǔn)棱鏡的天頂距；△f1為地球曲率引起的高差；△f2為大氣折光引起的高差。B點(diǎn)的高程計(jì)算公式為:

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

　　式中(1-k)*（L*sinZ）2/（2R）為測量時(shí)的球、氣綜合改正數(shù)，通常取K=0.13，

　　由上式看出，采用單向三角高程測量時(shí)，由于地球曲率及大氣垂直折光的影響，往往會使測得高差與實(shí)際值不符，且隨著距離的加大而成級數(shù)增加。實(shí)際測量時(shí)，只需對全站儀進(jìn)行儀高、棱鏡高、氣象參數(shù)進(jìn)行設(shè)置后，全站儀直接顯示兩點(diǎn)間的高差。

　　圖5單向三角高程示意圖

　　8.2.2EDM三角高程測量的中誤差分析

　　將HB計(jì)算公式進(jìn)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

　　根據(jù)誤差傳播定律，考慮到觀測值之間的獨(dú)立性，觀測中誤差mh計(jì)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──三角高程中誤差；mL──測邊中誤差；mZ──天頂距觀測中誤差；

　　mK──大氣折光系數(shù)測定中誤差，通常取Mk=0.05；

　　mI──儀高量取中誤差，一般為±1mm；mR──棱鏡高量取中誤差，一般為±1mm；

　　徠卡TCA2003全站儀天頂距觀測中誤差mZ=0.5″、測邊中誤差mL2=1+（L*1）2，取天頂距為80°時(shí)，測量距離810m高差中誤差，mhb=√12.44=3.53mm，測量時(shí)采用正倒鏡觀測，mo=3.53/√2=2.49mm,極限誤差取2倍中誤差，2mo=4.98mm，滿足索導(dǎo)管高程定位精度5mm的規(guī)范要求。

　　9.結(jié)束語

　　在進(jìn)行安慶長江大橋3#索塔索導(dǎo)管定位時(shí)，消除或減弱了日照、溫差、風(fēng)力、球差對塔柱偏移的影響，保證了索導(dǎo)管定位的精度要求。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]《高速鐵路工程測量規(guī)范》（TB10601-2009）；

　　[2]《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB\T12897-2006）；

　　[3]《工程測量規(guī)范》GB50026-2007；

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