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“報道公路建設科研成果,展示公路建設新產(chǎn)品、新技術”為使命,致力于為公路建設的科研人員、公路建設者們服務。
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文章內(nèi)容:本刊主要刊登有關公路交通建設方面的應用理論、新結構、新工藝、新技術、新設備、新材料的研究與應用,報道國內(nèi)外有關公路交通建設方面的科 技動態(tài),以實用性工程技術為主,全面反映國內(nèi)公路建設、運輸、養(yǎng)護及與智能交通有關的先進科研、勘察、設計、施工和管理等方面的成果和國內(nèi)外的先進技術及 發(fā)展動態(tài)。
摘要:結合安慶長江大橋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#索塔索導管的定位精度。
關鍵詞:索導管,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控制工程,是一座橫跨長江的連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。主橋為雙塔三索面斜拉橋,立面上塔兩側共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.索導管定位測量內(nèi)容
索導管的定位精度包括兩個方面:一是錨固點空間位置的三維坐標應符合設計要求;二是索導管軸線與斜拉索軸線的相對允許偏差滿足設計要求。索導管安裝定位是測量控制難度最大、精度要求高,索導管安裝定位主要用全站儀三維坐標法定位。高程測量采用單向三角高程差分法,結合懸掛鋼尺、全站儀天頂測距法進行復核,以確保索導管處塔點和錨固點精確定位。
3.索導管定位測量前塔柱零狀態(tài)測量
索導管安裝時,塔柱高度超過140m,日照、溫度、風力等外部因素對塔柱的影響很大,索導管定位測量時必須對設計數(shù)據(jù)進行修正,這需進行塔柱的“零”狀態(tài)線性測量。
在中塔柱合攏處及索導管安裝的塔柱上池州側上、下游各設置一個小棱鏡,全站儀分別觀測池州側的棱鏡,選擇晝夜溫差大,晴天,進行3天連續(xù)觀測,第一天觀測頻率為次/2小時,第二天觀測頻率為次/4小時,第三天觀測頻率為次/4小時,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)時小棱鏡的坐標值和觀測時間。
4.索導管定位測量的方法
4.1相對定位法
在塔柱混凝土頂面設兩個轉點,選擇塔柱“零”狀態(tài)時間測量其坐標,在進行索導管定位時,在轉點設置測站,后視塔上控制點,對索導管進行定位測量。
4.2絕對定位法
在索導管定位高程處,塔柱池州上下游側預埋棱鏡,選擇塔柱“零”狀態(tài)時間測量其坐標,在進行索導管定位時,測量棱鏡的變化值,對設計坐標進行修正。
5.索導管定位測量作業(yè)程序
5.1先在索導管到場后對其結構尺寸進行檢查,檢查內(nèi)容包括索導管長度、內(nèi)外直徑、十字軸線,誤差應小于2mm。隨后在后場根據(jù)設計的位置將索導管安裝到定位架上,并在定位架上對索導管進行粗定位。
5.2索導管錨墊板中心的標定
利用一定厚度的鋼板加工一個圓形中心標定器。索導管錨墊板中心標定如圖1所示。該標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,精確標定圓周中心,并做好標記。使用時只要把中心標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索導管錨墊板中心標定
5.3塔壁外側鋼套管中心的標定:
同樣,用一定厚度(約1cm)鋼板加工一個半圓形的標定器。索導管出口中心標定器如圖2所示。該標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記。使用時只要把標定器放入鋼套管管口,此時盤心即為鋼套管中心軸線上一點(不必精確在管口設計位置)。該方法使用方便,速度快,而且能滿足施工要求。
圖2塔壁外側索導管中心標定
5.4首先采用三維坐標法放樣在已竣工的混凝土上放出索導管中心線和高程,使之基本就位;并對已預埋定位架鐵板進行高程控制。其次由控制點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)整到設計位置并檢測。
5.5直接測量管口中心,并將管口中心調(diào)整到設計位置并檢測,然后計算實測位置至斜拉索軸線的垂距(偏差值)。
5.6混凝土灌注之前復測索導管三維位置,如有偏差用倒鏈進行糾偏。
5.7混凝土灌注過程中進行測量監(jiān)測,防止其受到施工擾動產(chǎn)生位移。
6.索導管定位測量精度
斜拉索錨板及預埋索導管定位誤差≤±5mm;斜拉索索導管頂口與底口中心坐標的偏差≤±3mm,索導管中心線的空間方位偏差不宜大于30秒。
7.塔柱高程測量
塔柱設計高度超過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合的辦法。
7.1懸掛鋼尺法
在鋼尺上先懸掛個5斤的鐵坨,利用水準儀讀得在地面A點上水準尺的讀數(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A的高程傳遞到墩身上。塔身B點的高程為:HB=HA+a+b-c。由于受風力及拉力溫度的影響,因此測量高差時測四次讀數(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實時差分法
7.2.1橫梁頂高程點真值確定
鋼梁架設前,按照二等水準測量技術標準,將高程準確傳遞到主橋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要求
等級邊長(m)測回數(shù)限差
指標差
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。
測量時從J1開始,測量主塔3#墩橫梁高程加密點高程點。
7.2.2實時差分K的修正
在控制點上采用單向三角高程采用正倒鏡多測回得到這個點的高差KB,計算球氣改正系數(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,方可進行測量放樣。
8.三維空間坐標法測量精度分析
安慶長江大橋主塔施工使用LeicaTCA2003型全站儀測定三維坐標,儀器精度(0.5″,1mm+1ppm·D)。在兩岸控制網(wǎng)點上架設全站儀,置鏡點和主塔上的測量點最遠距離810m以內(nèi)。
8.1極坐標放樣的精度分析
圖4極坐標放樣示意圖
全站儀進行極坐標放樣,影響放樣點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位的影響、測設方位角的測角誤差影響、測距誤差影響以及放樣點標定的誤差等。
mo2=cosw2*ml2+l2*sinw2*mw2/ρ2+m儀2+m標2+D2*ma2/ρ2
其中m儀為儀器對中誤差≦1mm,放樣點對中誤差為m標≦1mm,測角中誤差ma引起中誤差mβ=(810/ρ×ma″),其中控制點放樣距離最大為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2+mβ2+mD2=7.57,mo=±2.75mm,測量時采用盤左、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三角高程測量計算公式
EDM三角高程測量是通過觀測兩點間的水平距離和天頂距(或者高度角)求定兩點間高差的方法。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點為置鏡點;HB為待測點高程,即前點高程;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點的高程計算公式為:
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,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際值不符,且隨著距離的加大而成級數(shù)增加。實際測量時,只需對全站儀進行儀高、棱鏡高、氣象參數(shù)進行設置后,全站儀直接顯示兩點間的高差。
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計算公式進行全微分得:
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立性,觀測中誤差mh計算公式如下:
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,測量距離810m高差中誤差,mhb=√12.44=3.53mm,測量時采用正倒鏡觀測,mo=3.53/√2=2.49mm,極限誤差取2倍中誤差,2mo=4.98mm,滿足索導管高程定位精度5mm的規(guī)范要求。
9.結束語
在進行安慶長江大橋3#索塔索導管定位時,消除或減弱了日照、溫差、風力、球差對塔柱偏移的影響,保證了索導管定位的精度要求。
參考文獻
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