大跨度悬索桥施工测量控制

大跨度悬索桥施工测量控制周瑞祥（中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司,湖北武汉430050）摘要：针对大跨度悬索桥施工测量控制过程，分析了大跨度悬索桥施工测量控制的关键技术，介绍了施工测量控制过程中采用的测量方法和仪器设备，介绍的施工测量控制方法具有一定的合理性和较强的实用性，对在建或待建的大跨度悬索桥施工测量控制工作具有一定的指导作用。关键词：大跨度，悬索桥，施工测量控制，关键技术Surveycontrolforconstructionoflong-spansuspensionbridgeZhouruixiang(ChinarailwayWuhanbridgeengineeringconsultationandsupervision,Ltd,WuhanHubei,430050)Summary:forlong-spansuspensionbridgeconstructionsurveyingcontrolprocedures,analysisofkeytechnologyofsurveycontrolforconstructionoflong-spansuspensionbridge,introducedinthecourseofconstructionsurveyingcontrolofmeasurementmethodsandequipmentused,describestheconstructionmeasuringcontrolmethodwithacertainrationalityandpracticalityofstrong,long-spansuspensionbridgesunderconstructionortobebuiltintheguidingroleofconstructionsurveyingcontrolworkhasacertain.Keywords:long-span,suspensionbridges,constructionsurveycontrolofkeytechnology随着改革开放逐步深入，科学技术和经济的良好发展，交通事业取得了前所未有的跨越式的进步，我国修建大跨度悬索桥的技术步入了世界先进行列。本文针对悬索桥施工的特点，对大跨度悬索桥施工测量控制网和施工测量控制关键技术进行系统分析和总结，为大跨度悬索桥的施工测量控制提供借鉴和参考作用。1施工测量控制网施工测量控制网是工程建设的平面和高程基准，大跨度悬索桥一般为城市桥梁，如已建成的宜昌西陵长江大桥、扬州润扬长江大桥、虎门大桥、在建的泰州长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥等，因此坐标和高程基准还应纳入城市坐标和高程系统中，以便与城市总体规划相融合。1.1施工测量控制网建立建立施工测量控制网的首要目的是为工程建设提供统一的平面和高程基准，工程的施工放样提供基础控制资料；根据测量原理和使用仪器设备不同，通常施工测量控制网又分为施工平面控制网和施工高程控制网两大部分，随着GPS技术的高速发展和广泛应用，大跨度悬索桥施工平面控制网一般采用GPS静态测量技术，其实施等级为《公路勘测规范》二等，在跨河部分布网形式一般采用双大地四边形或者三大地四边形，这样的网形结构稳定，有利用提高整个控制网的精度和可靠性。其平面投影高度为桥面设计高程的平均值，以确保平面基准统一。在进行外业数据采集时要求：卫星高度角≥15°，同时有效卫星总数≥4，时段长度≥4h，观测时段数≥4，数据采样间隔≤15s，GDOP≤6。网平差采用专用商业软件进行，平差时采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量，先进行三维无约束平差，求解各加密点的三维空间坐标；然后，在工程坐标系下进行二维约束平差，求出施工控制网的工程坐标。其平差后精度指标要求：相邻平面点间基线水平分量中误差≤10mm，相邻平面点间基线垂直分量中误差≤20mm，平面控制网中最弱边相对中误差≤1/150000。施工高程控制网又分为陆地部分和跨河部分，陆地部分水准点之间的高差采用二等水准测量的等级和精度观测。观测技术要求严格按照《国家一、二等水准测量规范》执行。陆地水准测量外业观测结束后，对外业观测成果进行限差验算。跨河水准部分是施工测量控制网的关键技术，对于宽水域是个技术难题，必须对跨河水准测量进行专项技术设计。根据场地条件、跨河距离分别可采用倾斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法进行观测。跨河场地均按平行四边形图形布设。观测过程中，操作程序按照国家规范的规定执行，观测中对测回数与读数组数、限差进行严格要求。大跨度悬索桥一般为城市桥梁，高差起伏较小，一般采用经纬仪倾角法，经纬仪倾角法观测技术要点如下：1）布设跨河线并埋设跨河点，每岸均需布设一个立尺点和一个仪器点。此方法的观测采用两台LeicaTC/TCA2003全站仪及水准标尺施测。2）观测近标尺：首先在全站仪盘左的位置，照准近标尺的基本分划，读取最后水平视线的标尺厘米分划读数a，再使水平丝分别照准该分划线的下、上边缘各两次；再纵转望远镜以盘右位置，同时照准该分划线的上、下边缘各两次，便完成了一组观测（近标尺只测一组）。每次照准分划线边缘后，应先使垂直度盘指标气泡精密符合，再用光学测微器进行垂直度盘读数。盘左或盘右同一边缘两次照准读数差，应不大于3″。近标尺读数b由式（1.3）计算：/bad（1.3）式中：——分划线a的倾角，单位为角秒（″）；d——经纬仪至标尺点的水平距离，单位为厘米（cm）；——206265，单位为角秒（″）。3）观测远标尺：盘左位置用水平丝依次照准下、上标志线四次，每次照准均应同时使垂直度盘指标气泡精密符合后，再用光学测微器进行垂直角读盘读数，同一标志线四次读数之差不得大于3″。纵转望远镜以盘右位置，按相反次序照准上、下标志线各四次并如前读数。以上操作组成一组观测。依同法进行其他各组的观测，各组计算出上、下标志线的倾角和，组间或互差不应大于4″。上述近、远标尺读数操作组成一岸仪器观测的半测回，两岸仪器同时对测各半测回，组成一测回。两个测回连续观测时，测回间应间歇15分钟左右。4）每测回观测前，应仔细检查觇标的指标线是否滑动，并核对指标线在标尺上的读数。外业数据采集完毕，并经限差验算合格后，采用严密平差法对改正后的观测高差进行整体平差计算，求得未知点的高程，并进行精度评定，其评定精度指标：每千米水准测量偶然中误差≤±1.0mm。1.2施工测量控制网的复测和加密施工控制网复测的目的是为了验证施工控制网测量成果的可靠性和测量精度，确保测量成果在网形、精度、质量等方面满足大桥工程建设的基本要求，通过对复测成果与原测成果的比较分析，全面评估首级控制点的稳定性，并对控制点使用与保护提出相应建议。施工测量加密网是在原施工测量控制网的基础上，根据工程特点及施工放样的需要而建立的加密控制网，其主要作用在于弥补施工测量控制网点位密度上的不足和便于施工放样需要。施工测量控制网复测和加密的基本原则是：（1）控制网复测和加密应在原网的基础上进行，宜保持基本网形不变。复测和加密的精度等级及指标与原网相同，所采用的仪器精度、观测方法、数据处理方法等技术要求与原测保持一致。（2）原控制网的坐标系统和高程系统不得更改，控制网的起算点应与原网一致。当原网起算点发生明显位移时，可改用其它稳定可靠的控制点起算，但必须保持位置基准、方向基准、尺度基准和高度基准不变。（3）复测和加密完成后，应进行严密平差，并采用现场勘验与统计检验相结合的方法对施工控制点进行稳定性分析和评定。（4）经复测和加密后的控制网，应根据施工进度和控制点稳定等情况合理采用复测和加密成果，建立控制点成果档案，并提出控制点保护、加固及监测措施。施工测量控制网和加密控制网的复测周期原则上规定为一年一次。当施工中部分控制点被损坏、视线被遮挡或控制点位移且影响施工时，立即进行复测。工程施工期间，可根据点位稳定情况及工程建设需要适当增减复测次数。2下部结构施工测量控制下部结构施工包括桩位放样、护筒检查、桩头竣工、承台施工放样和竣工、锚碇施工放样和竣工等测量，根据工程特点、场地条件、配置人员和仪器设备可采用全站仪极坐标放样法或者单基站RTK测量方法。单基站RTK测量作业开始前与结束后均应对已知点进行检测。确保接收机配置、仪器高设置、GPS信号等均处于正常状态。检核点应位于作业区域内，每个检核点至少观测1个测回，且平面检测较差应≤10mm，高程检测较差应≤20mm。如果锚碇施工采用深埋基础，那么就会涉及到深基坑施工，施工和监理单位应对深基坑周围的地表、地下管线、建筑物或构筑物、围护结构及其顶部、地下水位等进行变形监测，其主要任务是指导深基坑施工，对质量安全事故防患于未然。变形监测的总体思路是：依照“先整体后局部，先控制后变形”的原则进行，即首先逐次布测变形监测的基准控制网、工作基点，再在基准点或工作基点上观测监测点的沉降和水平位移。当观测条件较好时，尽可能少设或不设工作基点，直接利用基准点测量变形观测点，以降低工作量和提高变形测量精度。基准网精度等级及指标与施工测量控制网相同，监测精度、工作基点布测、观测点布设、监测周期及频次、观测方法、监测数据的采集、处理、分析及整理等均应满足相应规范要求。3塔柱施工测量控制塔柱平面控制可采用全站仪自由设站法加密。自由设站法其基本原理是全站仪架设在加密控制点上，测量加密控制点至两已知控制点的距离（见图1），并测量与两控制点的夹角，然后采用正弦定理解算三角形内角，最后计算加密控制点的坐标，它实质上是一种边角联合后方交会，为保证精度，边角测量应按《工程测量规范》中二等平面控制测量边角网的技术要求进行（距离观测进行温度﹑气压改正，每条边进行对向观测），且要求测站点与两控制点夹角≥45°且≤135°，三角形任一内角≥30°。CAB图1自由设站法根据正弦定理其坐标由式（3.1）计算：sinarcsinaCAcsinarcsinbCBc方位角计算:arctan(()/())BABABAAYYXX°180ACBAAAA坐标计算:*cos()CAACXXbA*sin()CAACYYbA（3.1）为了提高观测精度和可靠性，可增加已知控制点数目，如果条件允许，已知控制点数不应小于3个。且在塔柱平面控制时，由于大跨度悬索桥跨度大，塔柱相隔较远，为消除投影误差，应进行投影改正，达到测量基准统一，确保测量施工放样精度。由于塔柱中心点坐标测设意义重大，为确保塔柱与桥轴线一致，塔柱中心里程无偏差；在进行塔柱中线和边线放样时，可先对中线和边线进行放样，放样点标志精细明晰，然后采用自由设站法施测，测量结果与设计值比较分析进行修正后，再进入下道工序施工。按设计及相应规范要求，在承台与塔座顶面上分别埋设有多个沉降观测点，用其中稳定的点作为塔柱施工测量的高程起算点，高程起算点通过二等跨河水准测量精密测定(高程起算点应定期复核)；随着塔柱施工进展，应及时向上进行高程传递，塔柱高程传递方法采用几何水准测量法（见图2）。该方法是采用两台水准仪，两把水准尺，一把检定钢尺。首先将钢尺锚固在固定架上（钢尺零点朝上），下挂一与钢尺检定时同重的重锤，并同时观测钢尺表面温度。水准仪读完两水准尺读数后，同时观测鉴定钢尺读数，每次观测读两组数，变换钢尺高度再观测一次，此为一个测回，共观测两个测回，待求点高程由式（3.2）计算。图2几何水准测量法1324()BAHHhhhh（3.2）几何水准测量法高程传递完后，应辅以中间设站三角高程测量法进行校核，在距离已知点和待求点相同距离的地面区域，选择稳定性良好且便于观测的地方架设全站仪，分别对地面已知点和待求点进行测角、测距，观测时要求正倒镜，距离观测四个测回，角度观测两个测回，同时使目标影象处于竖丝附近，且位于竖丝两侧对称的位置上，以减弱横线不水平引起的误差影响。待求点和已知点应采用同型号等高对中杆（有刻度），因测站至两水准点距离基本相等，外加同向观测，相互基本消除大气折光和地球曲率影响，而且不用量测仪器高。两点间的高差由式（3.3）