斜拉桥的控制测量

斜拉桥的控制测量

作者：韦鹏辉

来源：《科技创新与应用》2014年第14期

摘要：文章以工程建设中的斜拉桥为实例，主要阐述了城市中工程建设中重特大工程控制平面控制网和高程控制网的建立，从工程所处的环境以及施工要求阐述了控制网建立的思路和原则以及建网时使用仪器的情况，对控制网的测设过程和结果进行了详细的叙述和分析，对测设时的各种方法进行比对，并对不同方法的观测成果进行了对比总结。在施工控制测量的论述中主要从几个大的方面，紧紧围绕工程施工的具体环节论述了施工控制网的建立、主塔的测控、主梁的测控等。针对施工的不同阶段介绍了具体施工部位施工过程中的测量控制过程以及所采取的措施和方法，对重要的测控部位如主梁在特殊时段的调控、在合拢阶段的监控等，从多个方面进行了详细的论述。

关键词：斜拉桥；控制；测量

1 概述

斜拉桥作为现代化的桥梁，以其独特的结构形式和优美流畅的线形，正在更多的路桥建设中被建造和使用。斜拉桥兴起于上世纪50年代欧洲国家瑞典，我国1975年在四川修建的云阳斜拉桥，虽然跨度只有75米，但是是我国第一座斜拉桥，标志着斜拉桥在我国的开始，谱写了我国桥梁历史上的新篇章。斜拉桥的桥塔一般为A型、Y型和H型，桥型一般有单塔双面、双塔双面和单柱等，主梁分为钢筋混凝土梁和钢箱梁两种。我国修建斜拉桥虽然比欧洲国家晚20年，但经过30年的迅速发展，现在已经在我国的大江大河上修建了100多座，成为世界上斜拉桥最多的国家。从无到有，从小到大，从落后到先进，不仅赶上了发达国家，而且跨进了先进国家的行列。并且在设计、施工、控制等方面都已形成了完整的体系。

京沪铁路大动脉从山东省济南市中心纵穿而过，随着经济的快速发展和城市改造的加快，原有的几座横跨铁路线的老桥已不堪重负，严重制约了济南市道路交通的发展。经过各方面的多次论证，决定修建一座现代化的桥梁，考虑到横跨京沪铁路线的特殊性和现代化城市建设的需要，斜拉桥以其跨度大、桥型优美而被列入勘设范围，最后决定在纬六路修建特大型斜拉桥横跨京沪铁路大动脉，将纬六路南北两侧拉通，形成一条新的城市快速大通道。该桥设计为A 字型桥塔，为一座双塔五跨双索面PC斜拉桥，主桥全长704m，中主跨380m，主塔高

120m；该桥属城市立交高架桥，施工条件复杂，技术含量要求高，在该桥的勘测和施工阶段，测量控制工作发挥了十分重要的作用。

该桥是一座技术含量高的现代化桥梁，从勘测到修建都对测量控制工作提出了很高的技术要求。研究该桥测量控制技术，使我们了解如何在城市控制网中对大型建筑物进行控制，如何将GPS技术运用到工程建设中，在什么样的情况下可以使用高精度的电子全站仪，用三角高

程测量来代替同精度的水准测量，同时运用测量新技术解决复杂的问题，进一步完善斜拉桥的测控理论。

2 控制网的布设

2.1 平面控制网的布设

在布设平面控制网时，依据设计要求，控制网按照《公路勘测规范》中规定的三等网精度进行施测，桥轴线相对中误差不低于1/70000，在济南市统一坐标系内进行插网布设。选点时，由于该工程位于市区，建筑物错综林立，通视条件受限很大，经过大量实地勘察，最后选定几座属永久性、基础稳定且相互通视条件较优的建筑物顶部埋点（通过初测，各点相互间高差不超过±3m），按照设计要求并综合各选定点实际情况，考虑到大部分控制点在后续施工放样时使用频繁，在各点统一埋设强制对中观测墩，观测墩为砖混结构，尽可能减小温度及季节变化对控制点的影响。选定和埋设完控制点，随即对该网采用两种方法进行观测，一种方法是利用GPS技术进行三边网观测，使用的GPS接收机标称精度5mm+1ppm；另一种方法是使用高精度的电子速测全站仪进行边角观测，全站仪标称精度：测角1〃测距1mm+2ppm。观测前均对相应的接收机、全站仪及相关组件按相应的指标要求和检定标准进行全面的检验和校正，在观测过程中进行相应的气象条件改正以及仪器乘常数和加常数的设置。在利用GPS进行外业作业前实施卫星可见性预报，观测时采用静态定位模式，使用四台接收机进行同步观测。使用全站仪观测时，选择了气象条件较优，目标成像清晰的相同时段，最大可能的使各测站点保持同精度观测。在采用以上两种方法实施作业时，严格依照《公路勘测规范》、《全球定位系统城市测量技术规程》、《工程测量规范》、《精密工程测量规范》等进行施测，确保观测质量的可靠性。

完成对整个控制网的观测后，开始对观测成果进行内业计算和结果评定。在对原始观测数据进行编辑、加工与整理、分流并生成各种数据文件后，在各项质量检核符合要求后，以一个点的WGS-84系坐标为起算点依据，通过GPS网三维无约束平差求得各点WGS-84系统坐标，在无约束平差得到的有效观测量基础上，在济南市城市独立坐标系下又进行二维无约束平差。平差完成后的成果质量统计为：最大点位中误差5.9mm（G10），最小点位中误差2.9mm （G13），平均3.9mm，边长相对误差最大为1/230000（G10-G14），最小为1/690000（G11-G14），各项精度指标皆优于规范的规定。将GPS观测与全站仪观测所得平差结果进行对比，其对比成果见下表：

图1 GPS控制点示意图

通过以上内业计算出的数据及对成果精度的统计分析，可以认为该控制网能够满足该特大桥工程在平面控制方面对精度的需求。在以后的施工放样中只考虑放样时的误差，而不需再考虑控制网的误差。

2.2 高程控制网的布设

依据设计要求，高程控制网按照三等水准测量进行施测。高程采用了1956年黄海高程系统，从济南市城市水准网中进行插点，分别在南北两端各插入一水准点进行埋石。根据施工环境的具体情况，在一些永久性建筑物的基础上埋设钢桩，形成一条长3.6km的水准网，使用

N3水准仪对该网进行观测。经过对观测成果进行平差计算，全长闭合差仅为-4.9mm，每公里闭合差2mm，精度指标优于规范规定。考虑到在该斜拉桥后续施工中，主塔高120m，塔身的不同高度分布着96个每根重达几百公斤的钢索导管，为了使这些导管能够精确定位，就需要将高程准确的传递上去，鉴于施工的难度和复杂性，用水准测量的方法传递高程有很大的困难，经反复的研究分析并经过多次实验观测，采用测角精度为1〃的电子全站仪用三角高程进行对向观测，每公里中误差仅为2.6mm，符合三等水准测量规范要求，决定采用三角高程测量的方法进行高程传递。因此又按照三等水准测量将高程全部传递到平面控制点的观测墩上。随后用1〃级的电子全站仪在平面控制点上进行竖角对向观测，对所有点进行闭合平差，闭合差为7.3mm，能够满足施工放样对高程精度的需求。（施工放样按四等水准施测）

3 施工控制

3.1 施工坐标系的建立

该桥在勘测及控制网中所使用的坐标均为济南市独立坐标系统（称其为测图坐标系）。使用该坐标系体现在施工时数值较大，现场计算繁杂，不能直观的反映出测控点与结构物之间的关系，为此需要建立一个能够方便现场测控放样的局部施工坐标系，并且使其能够与测图坐标系之间相互转换，从而能够满足不同方面的需求。

该桥的施工坐标系是这样建立的：以桥轴线为X轴，以横桥向为Y轴，以北主塔中心为坐标原点，往南主塔方向为正向建立平面直角坐标系。例如北主塔中心测图坐标为X：110.5515 Y：-3058.279，南主塔中心测图坐标为X：-235.5441 Y：-2901.3779。依据这两点推算施工坐标与测图坐标之间的转换方位角为а=155°36 47″，根据两坐标系之间的几何关系推出其相互之间的转换公式。测图坐标转换为施工坐标关系式为：X=（X0-110.5515）×COSа+

（Y0+3058.279）×SINа，Y=（Y0+3058.279）×COSа-（X0-110.5515）×SINа，其中X0、Y0为测图坐标；施工坐标转换为测图坐标关系式

X0=110.5515+X×COSа-Y×SINа

Y0=-3058.2788+X×SINа+Y×COSа。

应用以上两公式，可以顺利进行施工坐标与测图坐标之间的转换，可以将所有平面控制点的测图坐标转换为施工坐标，使得施工过程中的测控放样更灵活、方便。