·桥梁工程·

自锚式悬索桥异型索塔施工控制测量 技术

中铁建设集团有限公司 黑龙江哈尔滨市 150000

摘 要：为了克服异型悬索桥索塔施工困难及异型索塔施工控制测量的难点，着重介绍桥梁在施工期间，在保证桥梁整体施工质量和控制测量精度的前提下，异型索塔采用科学控制测量方法，经过工程实践证明，控制测量方法满足相关规范精度要求，同时也总结了异型索塔控制测量的施工经验。为今后同类桥梁施工提供帮助。

关键词：自锚式悬索桥；异性悬索桥索塔；控制网；施工控制测量；

1 前言

当前，随着中国造桥技术不断发展，桥梁建造不仅满足交通方面需要，在桥梁建造外观、高度等方面也在不断提出新的要求。异型索塔是在满足桥梁主要功能前提下，在外观上做出突出设计，使桥梁在外观上更具美感。但同时也增加了施工难度，尤其异型索塔在控制测量方面，只采用常规的控制测量已经难以满足施工需要。下面结合云蒙山大桥工程背景对桥梁控制测量技术进行叙述。

2 工程实例

京承联络线云蒙山大桥工程为独塔自锚式悬索桥，塔身高126.5m，外观设计为一粒孕育希望的种子造型。为超高异型索塔，工程设计对索塔控制测量提出高标准，其中倾斜度不大于H/3000，轴线允许偏差不大于10mm，外形尺寸允许偏差不大于20mm。这种高精度控制测量要求，给测量工作增加了难度，相应的也提出很高的技术要求，索塔施工控制测量是整个桥梁控制测量的重点。

图1塔柱机构图

3 施工控制测量难点

1. 索塔施工时结构物的遮挡，施工高度的变化仪器的通视条件限制，利用有限控制点，解决控制控制测量通视问题是难点；

2. 随着索塔高程变化，塔柱截面尺寸、预埋件位置、放样特征点位置均在变化，这给放样数据计算带来相当大的挑战，如何减轻放样工作量是难点；

3. 索塔控制测量精度要求高，用常规控制测量方法，随着施工高度增加，控制测量的精度呈下降趋势，利用现有测量仪器，制定满足施工要求的控制测量方案是难点。

4. 索塔在施工过程中受日照、温度及风力等环境因素的影响，在施工过程中如何对索塔控制测量进行合理的监控，消除诸多因素的影响亦是难点。

4 塔柱施工控制测量

由于本桥施工工期紧迫，必须在保证施工质量的同时，还要能够按工期要求完成规定任务，这要求测量工作在确保测量精度同时必须与工程进度紧密结合。在详细分析设计院提供控制网、现场地形、索塔的爬模工艺及三维坐标法的精度基础上。研究决定塔柱不采用常规的天顶法控制测量，而是采用更精度高、速度快的三维坐标法控制测量。实践表明，该法不仅满足了控制测量精度要求，也客服了天顶法测量速度慢、效率低等缺点。

4.1 施工控制网的布设

塔柱各节段控制测量时，采用三维坐标法直接测定此段截面相应平面坐标点。特殊情况下由于障碍物遮挡，在单个控制点上无法完全观测。为此在控制测量实施前应结合施工场地条件、进度计划等，以设计院提供施工控制网为依据结合控制测量方案进行控制点加密。在选择控制点加密位置时，既要满足控制测量精度，还要满足控制测量仪器通视条件以等因素。

本桥均为特大桥，施工控制网应按规范要求建立独立控制网。独立控制网是在原始控制网的基础上组建，控制网的布置采用双大地四边形，设计院提供的控制点位这些条件下无法满足施工要求，因此，根据本桥场地实际情况及现场条件布设加密控制网。

按照上述原则，在塔柱施工中，尽量利用地形，选择了岸边大堤上的控制点KZ1、KZ2、KZ3、KZ4、KZ5、KZ6、KZ7、KZA4其布置图如图4-13所示。部分控制点为强制对中式观测墩，能够满足施工测量放样中仪器架设及控制点长期使用稳定性的要求。

图2测量控制点布设图

4.2 桥轴坐标转换

为了方便桥梁索塔结构的施工放样工作，将主桥区原有的54北京坐标系转换成桥轴坐标系。桥轴坐标的主要特点是桥轴坐标系统定义塔柱中心点指向15轴中心方向为X轴方向，索塔向15轴中心方向为正，15轴中心向索塔中心点方向为负；依据左手法则，X轴顺时针方向旋转90°为Y轴正方向，反之为Y轴负方向。桥轴坐标系统于54北京坐标系一致。

平面点桥轴坐标系与54北京坐标系的转换公式为：

其中，x、y表示54坐标系坐标；

X、Y表示桥轴坐标系坐标；

X₀为x坐标平移量；

Y₀为y坐标平移量;

α为旋转参数。

在本桥54北京坐标系中索塔中心坐标为X=350727.199，Y=535124. 261，15轴中心坐标为X=350390.674，Y=535391.937，桥轴54北京坐标系方位角α为141°30′3.31″，带入上述公式求得桥轴坐标为：

塔柱中心： X=0 Y=0

15轴中心坐标： X=430 Y=0

坐标转换不仅简化了特征点的坐标数据，而且将图纸上各特征点与坐标系的两个坐标轴紧密联系在一起，使计算变得更加容易，书写变得更加方便。坐标转换后大大的减少了计算量，简化计算过程、减少了控制测量内业、外业的工作量。根据提供的桥轴坐标系数据和设计图纸推算出塔柱各部位特征点坐标，并复核无误后报请监理审批后使用。

4.3 三维坐标法放样及精度分析

随着现代科技的不断进步，测量仪器也进入了智能化时代，集测角、测距、记录、计算、储存于一体的智能全站仪在大型桥梁控制测量中的实践应用。智能全站仪不仅克服施工控制测量因施工干扰带来的影响。而且还充分保证了控制测量的精度，减轻了技术员的工作强度，提高工作效率，进而满足了施工控制测量的要求。

正是基于上述优点以及对云蒙山大桥索塔的施工放样经验，我部在云蒙山大桥索塔点位施工放样中，制定了用全站仪进行三维坐标测量为主的施工测量方案。

原理与精度：分析仪器设置对放样点坐标的影响，O为控制点，P为待放样的测量点，用全站仪测定空间一点P相对于测站点的斜距D、天顶距Z和方位角α,则P点相对于测站点的三维坐标可表达为图3所示。

图3 P点的三维坐标

上述计算工作过程由全站仪自动完成，并将最终的坐标计算结果显示在显示屏上。按照测量误差理论，受测角误差 和测距误差 的影响，在O点所在平面上 点三维坐标的误差公式为：

现场实际作业的条件来考虑，取控制点KZ6与索塔中心点进行误差分析计算：已知塔高（控制点与塔顶高差）h=97.501m，D=273.939m，z=69°9′0″，α=127°42′0.4″,m_z=m_a=±1″m_D=±1.4mm，ρ=206265，按公式可算得：

m_x=±0.642mm

m_y=±1.072mm

m_s=±√(m_x²+ m_y²)=±1.250mm

m_h=±0.248mm

由此可见三维坐标法所测得放样点，平面位置误差在1mm左右，高差的误差在1mm以内。所以，控制测量仪器的精度完全满足规范要求。

值得一提的是，随着塔柱的逐渐升高，使用全站仪放样还受到地球曲率和大气折射的影响，但实际作业中，以上的全部过程并不需要手工去逐步计算，徕卡TCR1201+全站仪可自动完成作业并自动修正地球曲率和大气折射对放样数据的影响。

4.4 三维坐标法实施

本桥塔柱上下游两侧分20节浇筑，采用翻模施工工艺，外模板包括4个大面模板、2个弧形模板和2个倒角模板采用塔吊进行拆除和安装，利用对拉螺栓和内部钢支撑进行定位。在每节塔柱模板上测设点位时，先后移动两块模板使角点的偏差在规范允许范围内，确定顶面模板顶面位置，如图4为塔柱模板顶面施工放样示意图。通过放样点三维坐标确定下一节塔柱模板底面拉杆预留孔洞位置，当预留孔洞位置确定后，下一节模板底面位置就确定了。特殊情况下索塔截面变化、预埋件位置既要平面坐标位置，还需点位的设计高程，利用三维坐标法直接测量出三维坐标位置。

工程实践证明，利用了智能全站仪，采取了合理测量方案进行塔柱三维坐标放样，一个四人测量组，不仅及时满足了塔柱、横梁、支撑等施工的需要，而且还完成了塔吊、电梯等附属设备的调校工作，体现了三位坐标法在现代高塔测量中的先进性。

图4 塔柱模板顶面施工方言示意图

4.5 索塔位置修整

在自然风和温度变化对索塔的作用下，索塔塔顶时刻处于一定范围内的摆动状态。为了消除这种现象对索塔位置的影响，施工控制测量采用监测棱镜法，测方法是在索塔控制测量过程中对索塔位置进行修正。或选择日照、自然风影响较小时间段进行，如在夜间或气温变化较小的时段，这时风力影响也最小，以此保证塔柱的摇摆变形处于最小位置。在已竣工的塔柱顶预先设置4个配套棱镜组件，根据施工需求监测索塔在不同时间段位置的摆动情况，并记录监测数据分析出索塔摆动幅度最小的时间段，经过对数据的统计和分析，塔柱多向日照反方向偏移，傍晚和凌晨由于温差较小，塔柱摆动幅度最小几乎为零，所以塔柱施工控制测量多在这个时间段进行。

5 结束语

在本项目云蒙山大桥索塔施工过程中，采取了多种控制测量方法对索塔施工进行控制测量，利用现代测量仪器不仅测量速度快、精度高等优点，更重要的是减轻了技术员的工作强度，而且降低了施工干扰。确保了人员和仪器的安全。实践证明：由于控制测量仪器的先进性，测量方法的科学性与合理性，不仅解决了悬索桥高索塔、异型索塔的高精度测量定位要求，还保证了桥梁施工的顺利完成。

参考文献

1. JTG/T3650-2020公路桥涵施工技术技术规范

2. CJJ 2-2008城市桥梁工程施工与质量验收规范

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4. JTG D60-2015公路桥涵设计通用规范

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