梅州城区广州大桥主塔索钢导管预埋定位测量技术

摘要：本文介绍了梅州城区广州大桥主塔钢导管预埋定位测量控制过程，主要包括劲性骨架、斜拉索索导管预埋定位和全站仪三维坐标法精度估算及误差分析。

关键词：斜拉桥；索导管预埋；定位。

1工程概况

梅州城区广州大桥主桥为一塔梁固结独塔双索面非对称斜拉桥。主桥全长245m，其中主跨139m，边跨106m，边跨设辅助墩，桥面宽33.5m，设中央分隔带、机动行车道和人行道。主塔高66.7m，下塔柱为曲线段，上塔柱为直线段，均采用C55砼。主梁采用挂蓝施工，共有42个节段，梁高3.6m，为单箱三室结构。其标准段底板宽4.5m，厚60cm，顶板厚75cm。腹板厚60cm。箱梁两翼悬臂长度为4.75m。体内布置预应力钢绞线。主塔与主梁采用固结的形式。

斜拉索是连接主塔和主梁并使之构成斜拉桥的重要组成部分，而钢导管是将缆索两端分别锚固在主塔和主梁上的重要构件，用来保护和固定斜拉索的装置。鉴于斜拉索的空间体系，结合梅州城区广州大桥现场条件和施工工艺特点，为了方便、快捷、高效地完成测量任务， 决定采用全站仪三维坐标进行主塔斜拉索钢导管预埋定位。

2主塔斜拉索钢导管预埋定位

鉴于钢导管的安装精度对斜拉索施工影响很大，如何在复杂多变的条件下采用合适的方法准确定位钢导管，是施工斜拉索锚固区的关键。对此，钢导管定位按三步进行，即劲性骨架定位、钢导管初步定位、钢导管精确定位。

2.1劲性骨架定位

劲性骨架是由角钢、槽钢等加工制作，用于定位钢筋、支撑模板。其定位精度要求不高，其平面位置不影响塔柱砼保护层厚度即可，塔柱劲性骨架分节段加工制作，除首节劲性骨架控制底面与顶面角点外，其余节段劲性骨架均控制其顶面角点的三维坐标，以防止劲性骨架横纵向倾斜及扭转。

2.2钢导管初步定位

塔柱劲性骨架定位后在塔柱劲性骨架上标注y=±13.5m的横向控制线和水平高程基准线。采用钢尺以水平高程基准线为基准，以塔柱劲性骨架为参照，图1为斜拉索钢导管初步定位辅助点示意图。在劲性骨架上焊两道横杆（M、N），并根据劲性骨架上的横向控制线在横杆上标注纵、横向控制线，再以横杆上标注的横向控制线为准，根据钢管外径设斜拉索预埋钢导管横向限位装置，然后吊装斜拉索预埋钢导管，放样塔上锚固点B。根据斜拉索预埋钢导管与劲性骨架的相对位置关系及锚固点B，把斜拉索预埋钢导管临时固定在劲性骨架上。完成钢导管初步定位，初步定位精度±20mm。

图1 斜拉索钢导管初步定位辅助点示意图

2.3钢导管精确定位

采用车床加工圆盘标志件用于标定塔柱斜拉索钢导管中心，自制辅助定位设备支架。图2为支架、顶尖示意图。在直接定位点A、B无法测量的情况，采用辅助定位点进行定位。故定位时应对斜拉索钢导管辅助定位点C、D进行检查定位。图3为钢导管精密定位示意图。

图2 自制支架、顶尖示意图

图3 斜拉索钢导管定位点示意图

2.4检查定位

为确保工程质量，斜拉索预埋钢导管全部定位完成后，应采用检定钢尺直接丈量各斜拉索预埋钢导管出塔点、锚固点间距尺寸。斜拉索预埋钢导管焊接固定后及在支立模板完成后，还应进行复核（主要测量最顶面两个斜拉索预埋钢导管的锚固点），符合要求后，方可浇注混凝土。测量应在气候条件较为稳定、日照变化影响较小、气温平稳的时段进行。

3全站仪三维坐标法精度估算及误差分析

根据全站仪三维坐标法测量原理（全站仪三维坐标法放样计算原理图见示意图4），建立定位点P的三维坐标方程式：

x=Dsinzcosa

y=Dsinzsina

h=Dcosz

图4 全站仪三维坐标法放样、定位计算原理示意图

由定位点P的三维坐标方程式可知，影响定位点P的精度有三个因素，第一个因素是斜距D，第二个因素是天顶距Z角，第三个因素是水平角a。现对x坐标计算式进行全微分得：

dx=sinzcosadD+Dcoszcosadz/ρ-Dsinzsinada/ρ

由测量误差传播定律得：

MX2=(sinzcosaMD)2+(DcoszcosaMZ/ρ)2+(DsinzsinaMa/ρ)2

同理由误差传播定律可得：

My2=(sinzsinaMD)2+(DcoszsinaMZ/ρ)2+(DsinzcosaMa/ρ)2

Mh2=(coszMD)2+(DsinzMz/ρ)2

顾及全站仪三维坐标施工放样、定位的主要误差来源：测角误差，测距误差，大气折光和地球曲率误差，前视觇标高误差，前视对中杆对点误差，测站仪高误差，全站仪对中误差，全站仪后视误差。

采用高精度的TC702全站仪三维坐标施工放样、定位，其测角误差M角=MZ=Ma=±2″，测距误差MD=±2mm。根据施工放样、定位测站布设及定位点P的空间位置，以测站加密控制点为例（最不理想点），取Z=75°（最小值），a=45°（最大值），D=500m（最大值），ρ=206265秒。前视对中杆对点误差M对=0mm，全站仪对中误差M中=0mm，全站仪后视误差M后=0mm，照准误差M照=0.4″,刻度误差M照=1.5″。

由测量误差传播定理可得，全站仪三维坐标施工放样、定位，一测回顺桥向（X）放样、定位精度估算为（“D”计算时应以毫米计）：

m顺=±（MX2+ M2中+ M2对+ M2后+ M2照+ M2刻）1/2/21/2≈±（3.692+0.32+1.52）1/2/21/2≈±2.82mm

同理得，一测回横桥向（Y）放样、定位精度估算为：

m横=±（My2+ M2中+M2对+ M2后+ M2照+ M2刻）1/2/21/2≈±（3.692+0.32+1.52）1/2/21/2≈±2.82mm

采用高差法传递高程大气折光和地球曲率误差、前视觇标高误差、测站仪高误差可以消除，一测回高程（H）精度估算为：

m高=±（Mh2）1/2/21/2≈±（4.712）1/2/21/2≈±3.33mm

经过上述精度分析，采用全站仪三维坐标法放样完全满足大桥施工测量精度及施工质量。

4结束语

斜拉索是连续主梁的弹性支座，其安装精度直接影响主梁的受力，因此钢索导管定位安装显得尤其重要。很大程度上还加快了预埋安装速度。从实际施工结果可以看出，斜拉桥采用该施工方法和测量技术预埋定位钢导管其精度满足设计和施工规范要求。可供类似工程参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。