淺談大型斜拉橋的索塔施工測控技術(shù)
閆桂新 

摘要：不同的橋梁，不同的索塔，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求、索塔周圍的環(huán)境等制定不同的施工測量方案與實施程序，以滿足施工測量的精度要求。本文對大型斜拉橋的索塔施工測控技術(shù)進(jìn)行分析，闡述了斜拉橋索塔的施工測量特點，對相對基準(zhǔn)法在索塔施工測量中的應(yīng)用，以及主塔索道管的精密定位技術(shù)。
關(guān)鍵詞：斜拉橋；索塔；施工測控

1 引 言
現(xiàn)代大型斜拉橋主要是索、梁、塔蘭大部分組成，是一種墩塔高、主梁跨度大的高度超靜定結(jié)構(gòu)體系的橋梁。這種結(jié)構(gòu)體系對每個節(jié)點要求十分嚴(yán)格，節(jié)點的坐標(biāo)變化都將影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配，因此測控工作是橋梁施工的重要組成部分。在大型斜拉橋中，其結(jié)構(gòu)的傳力路徑是主梁->斜拉索->索塔，可見索塔是整體橋梁結(jié)構(gòu)傳力的最重要構(gòu)件，一旦索塔出現(xiàn)問題，則易導(dǎo)致整體橋梁的傾覆，因此，索塔的施工監(jiān)控是斜拉橋施工監(jiān)控中非常重要的內(nèi)容。
2 斜拉橋索塔的施工測量特點
索塔的施工測量有如下特點：(1)精度要求高。無論是塔身的傾斜度、垂直度，還是軸線偏位、幾何尺寸以及索道管的定位等都提出較高的要求，屬于精密工程測量范疇。(2)位置特殊。一般索塔位于水域，使施工控制點的布設(shè)受到較大的限制。(3)施工干擾大。施工中的索塔在一個很小的空間內(nèi)高度集中了各種構(gòu)件、支架、施工機(jī)械，不論采取支架立模還是滑模加護(hù)撐等施工工藝，均可能不同程度造成儀器通視困難，條件較劣。(4)特性強(qiáng)。不同的橋型施工測量要求不同；相同的橋型，不同的設(shè)計，不同的地理位置，對施工測量也提出不同的要求：即使橋型、設(shè)計相同，施工環(huán)境不同，施工測量方法也要求不同。
3  相對基準(zhǔn)法在索塔施工測量中的應(yīng)用
3.1 基于基準(zhǔn)點的距離差分改正
相對基準(zhǔn)三維極坐標(biāo)法中，基準(zhǔn)點應(yīng)選擇在穩(wěn)定、通視條件好的位置， 索塔承臺或下橫梁處可以認(rèn)為是平面位置最穩(wěn)定處(因有龐大的樁基礎(chǔ)，平面位置變動一般可忽略不計，但高程方向微小的沉降，可定期進(jìn)行糾正)，因此索塔承臺或下橫梁和岸上強(qiáng)制觀測墩的位置相對穩(wěn)定，可近似認(rèn)為索塔承臺墩中心點到強(qiáng)制觀測墩中心的距離不變，而實測距離往往與此距離存在差異，此差異可以認(rèn)為是平差改正、氣象改正不嚴(yán)密的原因引起的，若將此差異按比例加到觀測邊長上則相當(dāng)于將觀測邊長改正到平差計算的基準(zhǔn)面上，有利于提高精度。
3.2 基于變形基準(zhǔn)的變形改正
位于上橫梁或上塔柱上的經(jīng)過精密測設(shè)的固定點稱為相對基準(zhǔn)點，相對基準(zhǔn)點本身位于變形區(qū)域內(nèi)，它將隨索塔一起每天作周期性的扭轉(zhuǎn)擺動，在索塔每天作周期性擺動的前提下，可提出基于相對基準(zhǔn)的變形改正的思想，該思想關(guān)鍵是如果相對基準(zhǔn)點隨索塔一起作周期性擺動，相對基準(zhǔn)點的變形可以反映索塔的變形，那么以相對基準(zhǔn)點為依據(jù)的相對基準(zhǔn)極坐標(biāo)法可以保證放樣點與相對基準(zhǔn)點的相對位置關(guān)系，因此索塔在形變狀態(tài)下放樣依然能夠保證其在平衡位置下的準(zhǔn)確位置，同時最重要的是該方法可以在非平衡時間作業(yè)，大大加長作業(yè)時間，可以有效保證施工進(jìn)度。
此方法操作時以下幾個方面的問題值得注意：
(1) 如果相對基準(zhǔn)點位于上橫梁，那么求出的變形量是代表相應(yīng)高度上的，如果放樣點不在此高度則只進(jìn)行了近似改正，當(dāng)塔柱變形較大時，則改正不準(zhǔn)確，所以在這種情況下要求盡量選擇索塔變形較小的時段放樣；
(2) 該方法要求儀器精度高，穩(wěn)定可靠，用徠卡TCA1800自動照準(zhǔn)功能，可提高測量精度，如果儀器精度低、不穩(wěn)定，將得不到好的結(jié)果；
(3) 基于單個相對基準(zhǔn)點的變形改正不能改正扭轉(zhuǎn)變形，如果索塔扭轉(zhuǎn)較嚴(yán)重，可考慮使用兩個或多個相對基準(zhǔn)點，來解決扭轉(zhuǎn)變形改正的問題。
3.3 三角高程相對基準(zhǔn)差分法
大氣折光影響是單向三角高程測量的主要誤差來源，為削弱大氣折光的影響，采用等距差分技術(shù)。相對基準(zhǔn)點作為高程控制點，用水準(zhǔn)儀或?qū)ο蛉�角高程的方法精密測定其高程，放樣時以索塔相對基準(zhǔn)點作三角高程后視，實時求得待測點相對于相對基準(zhǔn)點的高差，由于觀測視線所通過的環(huán)境與后視基本相同，大氣垂直折光誤差可基本消除。
采用本法測量時，應(yīng)注意以下幾點：(1) 相對基準(zhǔn)點的高程應(yīng)確保準(zhǔn)確，可采用多種方法精密求得；(2) 相對基準(zhǔn)點盡量隨著塔柱的伸高而上移，以確保該線路上的大氣折光系數(shù)基本一致；(3) 施測時應(yīng)用兩個己知相對基準(zhǔn)點高程來推算，相互檢核，在限差之內(nèi)取平均值作為最后高程值，超限重測。
4 主塔索道管的精密定位技術(shù)
大型斜拉橋工程中，索道管的定位是一項工作難度最大，精度要求最高的測控工作。由于索道管位于索塔的最高端，受索塔周日變形影響較大，對施工測量精度提出了更高的要求，必須選擇合適的方法，因此結(jié)合索道管的施工工藝，選取合適的測量方法，制定嚴(yán)密的施工測量技術(shù)規(guī)則。
4.1 斜拉索導(dǎo)管的精密定位方法
斜拉索預(yù)埋鋼管實地定位之前，應(yīng)在塔柱變形小的時段，采用相對基準(zhǔn)極坐標(biāo)法在已完塔柱頂面或勁性骨架上放樣出塔柱軸線位置基準(zhǔn)控制點，高程用差分二角高程法確定。索導(dǎo)管的定位采用控制頂口和底口中心三維坐標(biāo)法。頂口中心的三維坐標(biāo)根據(jù)設(shè)計資料計算得到，底口中心的三維坐標(biāo)則根據(jù)導(dǎo)管的實際長度和設(shè)計傾斜度計算。頂口和底口中心的高程定位采用差分三角高程法或幾何水準(zhǔn)測量方法測定。每節(jié)段斜拉索導(dǎo)管調(diào)整定位結(jié)束后，為保證定位的正確性，要進(jìn)行獨立的檢核。其檢核方法以已完塔柱頂面為變形基準(zhǔn)，采用相對極坐標(biāo)法，直接用儀器測定導(dǎo)管頂口、底口中心標(biāo)志的坐標(biāo)和高程。具體實施步驟如下：
(1) 檢查索導(dǎo)管直徑，根據(jù)加工中心線恢復(fù)出索導(dǎo)管上下口中心，檢核無誤后做好標(biāo)記。檢查索導(dǎo)管實際長度(上下口中心的間距)，如與理論加工長度不符，值大于1mm時，必須依據(jù)各參數(shù)中心計算下口中心坐標(biāo)(上口中心坐標(biāo)不變)并復(fù)核。
(2) 放樣錨固管的概略位置于勁性骨架上，使之基本就位，采用三維極坐標(biāo)法測量索導(dǎo)管上口中心點并用水準(zhǔn)儀或水準(zhǔn)尺檢測其橫向軸線的水平度；
(3) 由上口中心的實測坐標(biāo)(調(diào)整到位后)、斜拉索的空間方向余弦值(設(shè)計值)和兩中心間距計算下管口中心的設(shè)計坐標(biāo)，因索道管下管口坡面垂直，為便于支立棱鏡桿，下口中心應(yīng)沿中心線垂直外移適當(dāng)距離，即X坐標(biāo)相應(yīng)增減外移；
(4) 將管口中心調(diào)整到設(shè)計并檢測，加固完成后再進(jìn)行復(fù)檢測，當(dāng)偏差大于3mm時應(yīng)查找分析原因并切割開焊接處重新進(jìn)行調(diào)整，依次反復(fù)上述調(diào)整H、X、Y過程，直至調(diào)整及加固后偏差均小于3mm；
(5) 由于調(diào)校下管口時可能引起上管口的移動，故應(yīng)復(fù)測上管口中心并再次調(diào)校；并重復(fù)以上步驟，直到滿足定位精度要求。
4.2 索道管定位精度的檢測
索塔混凝土施工完成后要及時對索導(dǎo)管進(jìn)行成品驗收，驗證安裝定位、加固、施工的效果，檢測時索導(dǎo)管上口時因無法同室須用全站儀將基準(zhǔn)點三維坐標(biāo)引測到模板頂口，然后用水準(zhǔn)儀、線墜、線繩、鋼卷尺等對索導(dǎo)管上口中心進(jìn)行坐標(biāo)增量的測量，計算上口中心坐標(biāo)及其成品誤差；索導(dǎo)管下口中心的驗收則用控制點直接檢測，但必須等到索塔外側(cè)模板拆除、上翹后才能進(jìn)行檢測；成品檢測后要及時分析、查找誤差出現(xiàn)的原因并相應(yīng)地進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化控制、加固方法，使其安裝精度更高。