空間三維變截面A形鋼箱主塔安裝測量定位技術(shù)修改

1、空間三維變截面A形鋼箱索塔安裝測量定位技術(shù)陶立勇 (中鐵上海局第一工程有限公司 蕪湖 241000)【摘 要】：本文介紹了柳州雙擁大橋空間三維變截面A形鋼箱索塔安裝定位技術(shù)，索塔定位使用三維坐標(biāo)法測量,最大限度的通過坐標(biāo)修正設(shè)置預(yù)偏量和誤差反量來解決節(jié)段定位中遇到的較大偏差、變形，通過精度驗(yàn)算確定方法的可行性。該法投入少，實(shí)施容易，可操作性強(qiáng)?！娟P(guān)鍵詞】：三維變截面、索塔安裝、測量定位1. 引言柳州雙擁大橋是國內(nèi)第一座單主攬懸索橋。主橋橋跨430m，設(shè)計(jì)雙向六車道。南北橋塔采用A形鋼箱索塔結(jié)構(gòu),塔柱在縱、橫橋向均為變寬，截面為三角形。南北橋塔塔頂高104.811m, A形塔柱內(nèi)夾角18.044

2、2，設(shè)兩道橫梁，橋塔沿高度方向劃分15個(gè)節(jié)段如圖1所示，塔柱節(jié)段長度3.56.5m；橋塔頂端設(shè)置索鞍。2. 索塔定位策略南北兩岸索塔均是預(yù)制鋼箱節(jié)段，使用支架吊裝作業(yè)，考慮到索塔的定位條件，將造成立體交叉作業(yè)，給施工中的測量控制帶來一定困難，我們采用三維坐標(biāo)法施工測量，多設(shè)工作基點(diǎn)，可有效解決基準(zhǔn)點(diǎn)受支架遮擋和交叉作業(yè)帶來的干擾。圖1 主塔示意圖在高層鋼結(jié)構(gòu)分段安裝過程中，隨著建筑層數(shù)的增高，建筑物的變形越來越大，以往我們把這些偏差當(dāng)作施工誤差來處理，構(gòu)筑物的實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果也是分開分析。雙擁大橋的索塔安裝過程中，我們建立動態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測體系，把實(shí)時(shí)變形變成坐標(biāo)修正量，通過后節(jié)段的變形來消化偏差，并

3、把最后節(jié)段作為標(biāo)高調(diào)整節(jié)，從而保證主塔線形最近似設(shè)計(jì)值。具體操作步驟如下：1) 以主橋順橋向?yàn)閤軸，橫橋向?yàn)閥軸，建立本橋獨(dú)立的施工坐標(biāo)系。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算各塔柱節(jié)段的理論放樣坐標(biāo)，如圖2; 理論坐標(biāo)的計(jì)算不考慮任何內(nèi)外界因素影響；2) 監(jiān)測索塔在安裝過程中因受力不均、焊接、定位誤差產(chǎn)生的非均勻變形，采集變形數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證上節(jié)段的預(yù)偏量是否合理，若產(chǎn)生預(yù)測以外的小變形可分析原因再次修改預(yù)偏量，若產(chǎn)生較大變形需改變施工方案；3）根據(jù)動態(tài)安裝過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，確立預(yù)偏量；4) 驗(yàn)收索塔節(jié)段實(shí)物，根據(jù)實(shí)際尺寸標(biāo)記測量點(diǎn)。3. 建筑限差與測量誤差分析設(shè)計(jì)對索塔提出了高標(biāo)準(zhǔn)，其中高程、傾斜度為H/3000

4、(H為塔高)，其它尺寸1/2000。工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工后實(shí)際位置相對與設(shè)計(jì)位置的極限偏差，設(shè)其為，并認(rèn)為他是建筑物放樣點(diǎn)偏離其設(shè)計(jì)位置的容許誤差的兩倍（這樣理解偏于安全），一般容許誤差為兩倍點(diǎn)位中誤差，即 （1）本橋理論最大極限偏差為25mm,由此得=6.3mm。圖2 索塔節(jié)段三維圖根據(jù)三維坐標(biāo)法原理，由誤差傳播定律則可推導(dǎo)放樣點(diǎn)平面點(diǎn)位精度,放樣點(diǎn)高程點(diǎn)位精度的公式： （2） （3）式中是觀測邊長，是平距，a、b是測距標(biāo)稱精度的固定誤差與比例誤差。與 是儀器高和覘標(biāo)高的量測誤差。是施工控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差，是代表對中誤差，代表點(diǎn)位標(biāo)定誤差。保證儀器垂直角，=1+1.5*S,=1m

5、m ， =1mm，=180m, =1mm。根據(jù)上式可得=0.96mm，=1.86mm，=1.78mm。根據(jù)以上結(jié)果可得出三維坐標(biāo)法可滿足施工要求，放樣點(diǎn)距控制點(diǎn)愈遠(yuǎn)，、愈大，垂直角愈大、放樣點(diǎn)點(diǎn)位中誤差也隨之增大。4. 確定測量定位方案大橋控制網(wǎng)分兩級布設(shè)，首級控制網(wǎng)使用GPS兩岸聯(lián)測，滿足C級GPS測量作業(yè)的基本技術(shù)要求；次級網(wǎng)使用全站儀加密，建立局部施工控制網(wǎng)如圖3，該網(wǎng)一方面是施工測量的依據(jù)；另一方面還可以作為索塔在施工過程中受外界環(huán)境因素(如風(fēng)、溫度、荷載等)作用下的扭轉(zhuǎn)變形、沉降形變監(jiān)測的基準(zhǔn)網(wǎng)。由于受地形限制局部控制網(wǎng)網(wǎng)形較弱，我們采用符合導(dǎo)線形式嚴(yán)密平差。建立條件方程組進(jìn)行平差：

6、 （4）得出的局域網(wǎng)平差結(jié)果如下：平面控制網(wǎng)等級：城市一級，驗(yàn)前單位權(quán)中誤差：5.00(s)已知坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)：4未知坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)：5未知邊數(shù)：6最大點(diǎn)位誤差JM4 = 0.0013 (m)最小點(diǎn)位誤差JM1 = 0.0007 (m)平均點(diǎn)位誤差 = 0.0010 (m)最大點(diǎn)間誤差 = 0.0016(m)圖3 局部控制網(wǎng)示意圖最大邊長比例誤差 = 236592平面網(wǎng)驗(yàn)后單位權(quán)中誤差 = 1.32 (s)平差結(jié)果證實(shí)網(wǎng)形合理，測量誤差小，結(jié)果可用?，F(xiàn)場定位前，根據(jù)修正參數(shù)計(jì)算節(jié)段的理論坐標(biāo)，定位時(shí)在基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)儀器觀測定位點(diǎn)，把實(shí)測坐標(biāo)與理論坐標(biāo)對比算出偏移量，指導(dǎo)現(xiàn)場施工人員調(diào)節(jié)節(jié)段至設(shè)計(jì)位置上，定

7、位完成后用鋼尺和測傾儀測量節(jié)段的傾斜度，以保證定位點(diǎn)準(zhǔn)確無誤。5. 安裝誤差與變形監(jiān)測節(jié)段在安裝過程中無法做到零對接，必然產(chǎn)生安裝誤差。在下一節(jié)段吊裝前，必須監(jiān)測上一節(jié)段，得出節(jié)段偏差。首節(jié)段無需設(shè)坐標(biāo)修正量。塔柱節(jié)段安裝完成后偏差主要有，定位誤差、焊接變形，重力變形。重力變形在預(yù)偏量中已加入改正，這里的變形主要是前兩者。變形監(jiān)測的方法有很多這里不再一一敘述，只簡要概述本橋的數(shù)據(jù)處理方法的選定，本橋由于處在施工階段，承臺尚在圍堰中，無河水沖刷。無需進(jìn)行擬穩(wěn)平差。采用迭代平差更適合各節(jié)段數(shù)據(jù)整理歸納。受主塔重力，焊接的影響索塔安裝過程中產(chǎn)生變形。索塔定位時(shí)必須考慮預(yù)偏量，否則索塔線形將難以控制。

8、由于索塔在安裝過程中，不受順橋向的應(yīng)力，順橋向沒有變形值，我們以、來表示索塔變形量的變形量，根據(jù)節(jié)段的監(jiān)測結(jié)果我們?nèi)プ冃沃档囊话霝樾拚俊?（5）根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證預(yù)偏量的設(shè)置是否合理，產(chǎn)生的較小變形可在A形塔塔柱間設(shè)置臨時(shí)橫向支撐，并使用千斤頂給支撐施加應(yīng)力抵消變形。若產(chǎn)生較大變形立即停止施工，改變施工方案。6. 節(jié)段定位點(diǎn)布設(shè)與實(shí)際尺寸丈量塔柱截面類似三角柱體，為了便于設(shè)置定位點(diǎn)，我們定義節(jié)段內(nèi)壁板為基準(zhǔn)面板，每個(gè)節(jié)段我們設(shè)置7個(gè)定位點(diǎn)，四個(gè)定位點(diǎn)設(shè)于內(nèi)側(cè)壁板，另外三個(gè)位于節(jié)段頂面，見圖4。中軸線反射片內(nèi)側(cè)面反射片布置圖刻畫十字絲（鋼板中心）節(jié)段頂面十字絲內(nèi)側(cè)面壁板T?-Z2大里程T?-Z1

9、T?-Z3T?-Z4T?-Z7T?-Z5T?-Z6說明：1、本圖以線路左幅塔柱節(jié)段為例，右幅對稱布置；2、點(diǎn)位編號按從小里程到大里程，從下到上的順序，右幅對稱編左幅3號點(diǎn)圖4 節(jié)段點(diǎn)位布置圖其中各點(diǎn)受節(jié)段實(shí)際高度及橫軸長限制，不同高度理論坐標(biāo)偏差很大，根據(jù)上節(jié)段標(biāo)高和本節(jié)段實(shí)際長度，計(jì)算理論坐標(biāo)。設(shè)計(jì)圖紙上節(jié)段7#點(diǎn)的理論坐標(biāo)計(jì)算式為 （6）A形塔內(nèi)夾角，；為定位點(diǎn)的實(shí)際里程；為兩塔柱內(nèi)側(cè)底角寬度；為節(jié)段至塔柱底內(nèi)側(cè)斜長；為橋軸線處Y軸數(shù)值；為塔柱內(nèi)側(cè)腳標(biāo)高；為測量點(diǎn)處鋼板板厚；為節(jié)段頂口的橫軸長。該節(jié)段的設(shè)計(jì)高度和橫軸長分為L理，D理，實(shí)測高和橫軸長為L實(shí)，D實(shí)。計(jì)算差值：;調(diào)整后的坐標(biāo)為

10、（7）考慮到內(nèi)壁板在塔柱制造過程中的重要性，內(nèi)壁板焊接前要精確調(diào)平，且作為這個(gè)節(jié)段制作的參考面。節(jié)段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場同樣以節(jié)段的內(nèi)壁板為參考面進(jìn)行尺寸丈量和節(jié)段投點(diǎn)。節(jié)段測量點(diǎn)要求選擇在對象的物理中心標(biāo)示，通過坐標(biāo)修正來使兩者統(tǒng)一。這樣的優(yōu)點(diǎn)有：1）節(jié)段在運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場時(shí)頂端已經(jīng)開設(shè)雙面坡口，但坡口中間預(yù)留3mm未切量，方便設(shè)置測量點(diǎn)。 2）能精確測量物理構(gòu)件的中心尺寸，對象的中心面域較為開闊，適合立設(shè)測量儀器。3）標(biāo)示點(diǎn)破壞后，方便快速恢復(fù)，且物理中心強(qiáng)度高，不易損壞、變形。節(jié)段運(yùn)輸?shù)绞┕龅貢r(shí)，我們要對節(jié)段長度進(jìn)行多次精確丈量，以確定其最終尺寸并布設(shè)節(jié)段定位點(diǎn)。使用通過檢定的鋼尺來測量節(jié)段，測量結(jié)果要進(jìn)行精度評定來確定測量結(jié)果的可靠性。以T1節(jié)段為例，觀測橫軸長D，多次觀測結(jié)果見表1：表1 節(jié)段橫軸長觀測結(jié)果觀測頻次實(shí)測長度（已加上尺長改正）mm第一次5153第二次5154第三次5153第四次5153根據(jù)四次測量結(jié)果計(jì)算平均值，并計(jì)算中誤差評定測量結(jié)果的可靠性。中誤差 結(jié)果真實(shí)可靠，此次測量結(jié)果可作為節(jié)段布點(diǎn)的參數(shù)。7.結(jié)束語 鋼結(jié)構(gòu)的焊接拼裝過程中，理論的變形量在實(shí)際施工過不一定會出現(xiàn)，我們依靠變形監(jiān)測去了解鋼結(jié)構(gòu)的變形，不如利用變形監(jiān)測去實(shí)時(shí)的調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)的線形，使鋼結(jié)構(gòu)的線形最接近設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)：【1】孔祥元，梅是義. 控制測量學(xué)(上) M