悬索桥隧道锚预应力锚固系统定位测量技术

孙凯

摘要：本文通过结合水布垭清江大桥隧道锚碇锚固系统测量施工过程，介绍锚固系统测量定位控制的关键技术，包括了控制网的建立、坐标系的转换、后方交会法设站、一种新型预应力管道测量装置，通过以上关键技术的运用，保证了锚固系统测量安装的精度，对类似工程的施工测量具有一定的参考价值。

关键词：悬索桥；隧道式锚碇；锚固系统；测量技术

1  引言

现悬索桥的锚碇主要分为：隧道式锚碇、重力式锚碇，两种类型的锚碇多采用预应力的锚固系统，根据悬索桥的跨度大小、设计荷载等因素确定锚碇体积，锚固系统中的预应力管道长度在20m-50m不等且数量较多，预应力管道一般在锚碇混凝土分层浇筑时分层安装，每次安装都需保证其定位精度，其定位精度直接影响锚固系统的力学性能。特别是在隧道式锚碇中，因其空间有限、视线较差，选用一种高精度的测量方法尤为重要。

2  工程概况

清江大桥为双绞单跨钢桁架悬索桥，桥梁全长565.5m，桥面净宽11.5m，桥梁主跨为420.5m，该工程是清江流域在巴东县境内的首座跨江特大桥。小里程的隧道锚分左右锚,锚体长度为22.2m，前锚面宽7.5米、高7.8m，前锚面的顶部为圆弧，圆弧的半径为3.9m。大里程的隧道锚分左右锚,锚体长度均18.5m，前锚面宽7.5米、高8.1米，前锚面的顶部为圆弧，圆弧的半径为4.0m。

隧道锚锚固系统由预应力钢绞线张拉锚固和连接器拉杆组成，在前锚面通过连接器拉杆与主索、预应力钢束张拉锚固端连接。本桥预应力锚固连接分为两种：第一种是单索股锚固和第二种是双索股锚固，单索股锚固通过两根拉杆与一根索股连接，双索股锚固通过四根拉杆与两根索股连接。单索股预应力锚固为12根15.2mm钢绞线，双索股预应力锚固为24根15.2mm钢绞线，一根主缆每端分别连接14个单索股锚固、22个双索股锚固。

图1隧道锚结构图

2  控制网的建立

清江大桥采用B级GPS控制网作为首级控制网观测；高程控制网按照二等水准要求观测，点号为QJ01、QJ02、QJ03、QJ04，控制网布置图见图2。在预应力锚固系统中的管道测量时，全站仪在首级控制点设站很难观测到全部的预应力管道, 因此在锚碇的洞口加密JM01 、JM02 、JM03 、JM04四个控制点，控制点埋设采用观测墩, 达到消除对中误差的目的,控制点的加密分别按照二等导线和二等水准精度要求测设。

图2控制网布置图

3  坐标系转换

（1）坐标换算原理

该方法利用主缆在平面上的曲线元素为直线的特点，通过新建坐标原点，将设计图纸中的绝对坐标换算成以沿桥梁中心线方向为X（横）轴、垂直轴线方向为Y（纵）轴的“桥轴系坐标”，从而将X坐标转换为“大小里程”、Y坐标转换为“左右偏距”。通过转换后，在实际的测量中数据更直观、效率提高、便于记忆。

（2）坐标换算方法

计算求出桥梁中线方位角为α，“桥轴系坐标”坐标原点O，在“桥轴系坐标”中坐标为（Xo，Yo），原设计坐标为（X1，Y1），待转换点为P，原设计坐标为（X2，Y2），则P点的“桥轴系坐标”为（x3，y3）计算式如下：

X3=（X2-X1）*cos（α）+(Y2-Y1）*sin（α）+Xo   

Y3=-（X2-X1）*sin（α）+（Y2-Y1）*cos（α）+Xo 

桥梁中线方位角为α计算公式如下：设A点的坐标（X4，Y4）、B点的坐标（X5，Y5）那么直线AB 的象限角为

R=arctan

ΔXAB  = |X5 - X4|, ΔYAB = |Y5 - Y4|。

在测量计算时需要将计算出的象限角转化为坐标方位角, 象限角与坐标方位角关系见表1。

表1象限角R与坐标方位角αAB关系

△YAB	△XAB	象限	坐标方位角
+	+	Ⅰ	αAB =R
+	-	Ⅱ	αAB =180º- R
-	-	Ⅲ	αAB =180º+ R
-	+	Ⅳ	αAB =360º- R

4  预应力管道定位

（1）仪器设站

全站仪的后方交会法操作步骤：照准其中一个点采集坐标；再照准另一个点采集坐标；设站点坐标由仪器通过自动计算所得。现场设站时需要注意，仪器不能与两个后视点在一条近似的直线上，角度范围最好控制在300-1500。

（2）预应力管道测量

现场锚碇混凝土一般分层浇筑，预应力管道按照“分层支撑、分层接管、分层测量”施工。

首先计算出每根预应力管道，前锚点坐标（x10、y10、z10）、后锚点的坐标（x20、y20、z20），按照空间直线方程：(x-x10)/＝(y-y10)/(y20-y10)＝(z-z10)/(z20-z10)，求出管口点设计坐标（x、y、z）。在Excel中为每根预应力管道编制公式，首先测出管道顶端中心的X坐标（即桥轴系坐标的里程）,将里程输入到Excel里面对应管道的公式中，求出左右偏距和高程，将计算数据与实测数据对比后调整管道，一般重复2-5次可满足精度要求。测量方法为：利用全站仪测量管道中心位置，在预应力管道前端端口放入管道定位测量装置（见图3），该测量定位装置主要包含一块圆盘、两根连在圆盘上的限位横杆和粘贴在圆盘上的测量对中贴片。圆盘的直径与管道的内径大小相同，使得圆盘恰好堑在钢管内，圆心重合，两个限位横杆将圆盘卡在管道口，避免圆盘滑落到管道内，测量对中贴片中心与圆盘中心重合方便测量定位。

图3：预应力管道测量定位装置

在隧道锚预应力管道安装中，管道的调整基本利用手拉葫芦或人工移动，对于10mm以内的精度定位很难操控，调整的时间较久。因此可首先利用手拉葫芦提升将预应力管道分节安装到横向支架上，初步固定好，位置偏差控制在5cm以内。然后在横向、竖向定位支架角钢上开2cm孔，在孔上焊接一个螺母，螺母孔与角钢上开的孔对齐，将配套螺杆从下方拧入到螺母中，用于预应力管道上下位置的调节。依据测量数据对之前安装好的螺杆进行拧入或拧出来达到预应力管道的上下、左右调节的目的。

5 锚盒定位安装

在预应力锚固系统测量过程中，预应力管道精确定位完成后还需要对前锚面锚垫板进行定位，孔道中心偏位、竖弯平弯、轴线偏位的偏差必须满足规范及设计要求，以此保证连接器的安装精度，定位示意图见图4。锚盒制作参照图纸中的“预应力槽口参数表”，在前锚面锚垫板定位完成以后进行前锚面槽口锚盒定位工作，将精确加工的锚盒轴线使用墨线标记，标记连线与锚垫板的轴线准确对齐后并用螺栓锚固即可。确保锚盒的各边与前锚面模板紧密贴合，现场可通过贴合度检查锚垫板安装的精确度。

图4：预应力槽口布置图

锚面锚垫板测量方法为：首先测量锚垫板中心坐标，根据平弯β计算横桥向对应偏距的三维坐标，根据竖弯角α计算垂直方向对应偏距的三维坐标，与实测坐标比较，上下左右旋转锚垫板，满足设计坐标偏差要求后焊接固定锚垫板。

6结论

通过对清江大桥锚碇应力锚固系统（隧道式）测量施工及在测量工作中不断钻研、学习与摸索,获益良多,主要表现在以下四点：

（1）在控制网复测后将控制点坐标、桥梁设计坐标转换为“桥轴系坐标”，方便计算和现场测量。

（2）锚固系统定位测量时采用LeicaTCA全站仪，测量时启用自动目标识别功能，因隧道式锚碇测量时受物体通视影响，应将仪器架设在洞口，采用后方交会法设站，控制点采用强制观测墩。

（3）预应力管道定位测量时，配合新型预应力管道测量装置，将反光片安装在管口中心，减少人员扶棱镜杆时的晃动，可大大提高测量精度和预应力管安装效率。

（4）锚垫板的安装精度非常重要，混凝土浇筑过程中要注意保护浇筑完成后及时复测，避免因角度偏差大造成的拉杆次应力过大影响桥梁安全。

7 结语

悬索桥隧道式锚碇预应力锚固系统定位测量，精度要求高、测量周期长，安装精度直接影响锚固系统的受力，我们要内业数据计算准确、外业测量认真严谨，使用高精度的仪器设备，配合科学先进的测量方法，确保测量的精确性。本文通过在清江大桥隧道式锚碇应力锚固系统测量实践中总结出了以上经验方法，可有效保证测量放样工作的精确和安全。

参考文献：

【1】潘正风 杨正尧.数字测图原理与方法[M]．武汉大学出版社，2002年1月

【2】方鸿斌，田明，易继武．矮寨大桥锚碇锚固系统测量定位[J]．中外公路，2018，38(15)

【3】GB 50026—2007.工程测量规范[S].中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2007