斜拉桥主塔索道管精密定位工法

1前言

随着桥梁建设的发展,斜拉桥以其良好的结构性能和跨越能力以及优美的建筑造型在现代桥梁中占据着重要地位.而斜拉桥主塔索导管的定位则是其施工过程中一项精度要求最高、工作难度最大，对成桥质量影响显著的测量工作。本工法可应用于建设条件相类似的项目，其成果将为斜拉桥索导管定位测量工作带来积极的推动作用.

2 工法特点

目前,主塔索导管的定位方法较多,主要有间接测量定位法、场地定位安装后直接吊装法等。由于其定位的精度很大程度上受管件或其他构件的加工误差影响，很难满足其定位精度要求。另外受其工法影响，其定位需要多次转换，工序繁琐，不直观。而本工法采用三维直接定位法，配以高精度精密全站仪对索导管的中轴线进行现场实时安装定位，从而达到索导管真正意义要求上的精度以及测量位置的直观性。在索导管定位时，采用可编程计算器，提前将索导管空间线型模型进行编程，测量时可进行实时测量计算，从而提高测量效率。

此工法通过技术创新以及成功应用，突破了常规的索导管定位施工方法，为国内此项技术工法填补了空白。

3 适用范围

本工法适用于斜拉桥索导管定位、悬索桥索导管定位以及类似索导管之类的管道施工定位。

4 工艺原理

索道管的定位精度包括两个方面：一是锚固点空间位置的三维允许偏差±5mm；二是索道管轴线与斜拉索轴线的允许角度偏差<5′。根据两方面的要求和斜拉索的结构受力特性，索道管的定位应优先保证其轴线精度，其次才是锚固点位置的三维精度。索道管轴线与斜拉索轴线的相对偏差主要由索道管两端口中心的相对定位精度决定。

4.1空间直角坐标系的建立

桥梁建设通常建立以桥轴线方向为X 轴的平面桥梁独立坐标系和以某高程系为基准的高程值来表达工程结构物的位置。为了沟通索道管空间图形与数组之间有序的联系，以达到简化计算和方便实际操作的目的，需要建立索道管空间图形的数学模型，使空间图形与数组对应起来。而建立这个数学模型前要先建立空间直角坐标系，通常以主桥直线段桥轴线为X 轴（纵轴）、在水平面内与X 轴垂直的轴为Y 轴（横轴）、而通过平面坐标系原点的铅垂线则是Z 轴。 4.2 索导管特征点与特征轴线的寻找

索导管常规定位采用索导管的顶面线或底面线进行定位，但是，受索导管上附着物（螺旋筋、加紧钢板、附着钢筋等）影响，上下特征线将不方便或不能够准确寻找。为了解决索导管的定位问题，我们根据索导管的尺寸以及外形特征对索导管的锚固处以及出塔处设计加工了专门的定位板，（见图一、图二）。使用时，锚固处定位板直接放置在锚垫板上，直接观测定位板中心即锚固点中心坐标，进行锚垫板位置的调整定位；出塔处将出塔处定位板放置于索导管开口处，注意使定位板的半圆弧与圆杆下侧同索导管的内壁同时紧贴后，观测定位板中心即索导管出口处中心坐标，对索导管出口位置进行调整定位。

1--1

2--2

图一 索导管定位板示意图（出塔处定位板）

3--3

说明：1、本图与图一尺寸均以毫米计；

2、图中D尺寸为索道管的内径减2mm， R尺寸为索道管内口半径减1mm；

3、§ж20mm圆杆与半圆盖板保持垂直；

4、加工误差要求在+0.5mm以内。

5、连接处尽量用锚接，减少焊接变形。

图二 索导管定位板示意图（锚固处定位板）

4.3 索导管定位模型：

为了定位方便，索道管定位的数学模型由空间直线方程推导、简化后，可用下式表达：

⎩

⎨

⎧-+=-+=)X ()

X (0000X b Z Z X a Y Y ……………………………………（1） 式中单位以米计,式中b a Y X ,,Z ,,000对每一根索道管而言均为常数（依据设计图纸给出的索道管锚固点坐标、塔壁侧索道管中心点坐标以及索道管倾斜角度就可得出），里程X 为自变量，表示斜拉索中心线上某一点的里程， Y 、Z 分别是与X 相对应的斜拉索中心线上某一点的横向坐标与高程。 4.4 精度分析

设测站点坐标为X 0,Y 0,Z 0，则索道管上的观测点P 点的三维坐标表达式为：

⎪⎪⎩⎪

⎪⎨⎧⋅+=⋅⋅+=⋅⋅+=z

S Z P Z z S Y P Y z S X P X sin 0sin cos 0cos cos 0αα (2)

式中单位以米计, S 为斜距，α 为方位角，z 为竖角

应用误差传播定律对（2）式求导后得出P 点的观测中误差为：

⎪⎩

⎪⎨⎧⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+=+++=+++=)3()/(cos sin )/(cos cos )/(sin sin sin cos )/(sin cos )/(cos sin cos cos 22222222

222222222222

2222222222222000ρραρααραρααααZ Z Z Z Y Y Z X X M z S s M z M M M z S M z S s M z M M M z S M z S s M z M M P P P 式中单位以毫米计，P Z M 是三角高程单向观测的高程中误差。在一般情况下，三角高程测量误差主要还包括大气折光影响、仪器高量测误差等。其中大气折光是三角高程测量的主要误差源，索导管定位时可通过后视主塔横梁上的标高点来进行改正；棱镜高直接由棱镜杆上标数读出，精确标定后其中误差取ν=1mm 。平面点位测量误差要考虑棱镜的对点误差τ。棱镜对点误差由棱镜杆倾斜误差和棱镜杆尖对点误差构成，棱镜杆倾斜误差以圆水准器的格值8′/2mm 计算,杆高0.6m 时,倾斜误差为0.7mm,棱镜杆尖对点误差在采用精加工标志件时取0.5mm,

因此棱镜对点中误差近似取为1mm 。综上分析可得P 点测量误差为：

⎪⎪

⎩

⎪⎪⎨⎧++±=+±=+±=K Z Z Y Y X X M M M M M M M P P P

222222

2νττ (4)

式中单位以毫米计，据江顺桥控制网及仪器使用情况，TCR1800全站仪标称精度为1″， 1+1ppm ，取最大观测竖角,15max ︒=Z 最大斜距,750max m S =对点误差

,1mm ±=τ 控制点点位误差mm M M M M ij Z Y X

O O O

12.22

2

±=⨯

===， mm R k D M K 03.02/2=∆⨯=代入（4）式求得单镜位测量P 点最大误差为：

⎩⎨⎧±<±=±<±==mm 538.2mm 544.2mm M mm M M Z

Y X ………………（5） 5 工法工艺流程及操作要点

5.1工艺流程