吴国平 徐 宏 许铁力

测量控制是桥塔施工的关键内容之一，准确测量每节塔身的平面位置及标高，精确定位钢筋及劲性骨架的位置，对保证塔身施工质量和实现对桥塔几何位置的有效控制十分重要。另外，为了保证成桥后结构部件受力的合理性，施工过程中需对锚固钢套管进行准确定位，使得桥塔、拉索及主梁的空间位置符合设计要求。本文将从控制网布设、测试方法、精度分析等方面对桥塔测量控制方法及锚固钢套管准确定位进行研究。

1 工程概况

某桥塔柱分为上、中、下三部分，高度为 187.397 m。其中，下塔柱为变截面五边形，变截面高度为101.305 m，内侧为垂直面，其余4个面为40∶1的斜面。塔柱施工采用的是液压自爬模系统，每节的施工高度为6 m。

2 误差来源分析及精度保证措施

2.1 控制网的布设

在施工测量控制中，首要的误差来源于控制网的布设精度，主要包括平面控制网测量及高程控制网的测量，以YS13，YS14为计算基线按三等边角网的要求布设该桥的三角控制网。高程与平面控制网统一布设，同时进行观测。在平面控制网中，为减少地球曲率的影响，应将所测的导线边长距离归算至测区的平均高程面上。

2.2 仪器轴系误差改正

全站仪测量的高效高精度，在很大程度上依赖于轴系误差的自动改正功能，尤其对于大倾角情况下的观测，因此，观测前必须实时检测各项轴系误差以确保设置值为当前状态下的实际值，这对于高精度的单镜位模式极为重要。

2.3 仪器及棱镜的对中误差

三维极坐标法的主要误差来源于测角精度 mβ。影响的主要因素有对中及目标偏心、目标照准等。仅仅按全站仪的标称精度来衡量测角精度是不全面的。对应于高精度的近距离测量，利用光学对中器架设仪器的精度是不够的，应尽量采用有强制归心装置的设备。在极坐标测量中，减弱目标偏心的误差也是一个重要的环节。所以测量的高精度要求棱镜必须正对仪器，以保证大倾角情况下的竖角观测精度，同时避免测距发射管的相位不均匀性以及飞旋标效应。

2.4 气温气压的影响

由于工程处于海拔较高、点位落差较大的地区，所以在每次测量放样时，应对实际量取温度及气压值，并在仪器中设置值进行改正，以消除这方面的影响。

3 塔柱施工的监控

塔柱施工的过程中，为确保主塔在施工过程中结构受力和变形处于安全范围内，应对施工过程中结构的实际状态实施有效的监控。塔身施工中测量方面的主要监控任务之一是对它的沉降进行定期观测。施工前，在承台上布设观测点，观测出初始值，再定期对其进行复测(该桥沉降观测点每月复测一次)，并与初始值进行对比，计算出差值，为桥梁监控提供数据的支持，以利于对塔身的实际状态进行分析和控制。对施工过程中不同时段、不同天气状态下塔身的变化情况进行有效的监控，以利于选择合理的测量条件进行放样，保证测量控制的准确性。

4 上塔柱施工中锚固钢套管的精确定位

4.1 锚固钢套管定位测量原理

4.1.1 定位元素

锚固钢套管为斜拉索两端锚固于主塔、主梁的定位，构件构造如图1所示。根据《公路工程质量检验评定标准》和《公路桥涵施工技术规范》，锚固钢套管的定位精度包括两个方面:1)锚固点空间位置的三维允许误差±10 mm;2)锚固钢套管轴线与斜拉索的相对允许偏差±5 mm。根据两方面的要求和斜拉索的结构受力特性，锚固钢套管的定位应优先保证其轴线精度，其次才是锚固点的三维精度。通过以上说明:斜拉索的空间位置由主塔、主梁锚固钢套管的锚垫板中心(亦即锚固点)所确定，其三维允许偏差为±10 mm;管口中心至实际索轴线的相对偏差最大值，允许值为±5 mm。由于斜拉索的长度远大于锚固偏差值，斜拉索的空间方向余弦变化甚微(小于10-4)，锚固钢套管轴线与斜拉索轴线的相对偏差主要由锚固钢套管两端口中心的相对定位精度决定。

4.1.2 定位作业程序

1)确定出锚固钢套管的安装高度，将其锚固中心及管口中心的护桩放样于劲性骨架上，使之基本就位;2)将直径等于锚固钢套管内径的圆盘标志件(见图2)放入锚固钢套管并固定，使其盘面与锚垫板面位于同一平面，此时盘心即为锚固钢套管中心轴线上一点(不必精确在管口设计位置);3)由控制点上的全站仪直接测量锚固钢套管的锚垫板中心和管口中心三维坐标，并由实测坐标计算两中心的间距;4)将锚垫板中心调整到设计位并检测;5)由锚垫板中心实测坐标(调整到位后)、斜拉索的空间方向余弦(设计值)和两中心间距计算管口中心的设计坐标;6)将管口中心调整到设计位并检测，然后计算实测点位至斜拉索轴线的垂距(偏差值);7)由于调校管口时可能引起锚垫板移动，故应复测锚垫板中心并再次调校;8)重复4)～7)，直至满足定位精度要求。

该方法的定位精度不受锚固钢套管及锚垫板焊接加工误差的影响。

4.1.3 计算模型计算管口中心至锚垫板中心距离:

其中，X1，Y1，Z1均为锚垫板中心实测坐标;X2，Y2，Z2均为管口中心实测坐标。由于坐标差值为三维测量的差分值，L值的精度主要决定于棱镜的对点精度。

1)计算管口中心设计坐标。

其中，X1′，Y1′，Z1′均为调整到位后的锚垫板中心实测坐标;cosα，cosβ，cosγ均为斜拉索轴线的空间方向余弦值。

2)计算管口中心至斜拉索轴线的垂距。

斜拉索轴线方程:

过管口中心且垂直斜拉索轴线的平面方程为:

其中，X2″，Y2″，Z2″均为调整到位后的锚垫板中心实测坐标。

将式(1)变换为参数方程代入式(2)，即可求得管口中心在斜拉索轴线上的投影，再由此计算管口中心至斜拉索轴线的垂距:

其中 ，ΔX=X2″-X1′;ΔY=Y2″-Y1′;ΔZ=Z2″-Z1′。

4.2 锚固钢套管定位精度分析

4.2.1 锚固点定位精度要求

由于锚固钢套管的安装定位是由施工测量指导完成，即根据实测坐标偏差值进行调整，因此其定位误差完全由测量误差构成。取两倍中误差为极限误差，则锚固点三维坐标中误差的允许值(包括控制)为:Mx=My=Mz=Δ限/2=±5 mm。

与普通放样不同的一点是，锚固钢套管定位误差中还包括一项标志件标定误差。用于标定锚固钢套管中心的圆盘标志件采用车床加工，为便于安装和拆卸，其外径比锚固钢套管设计内径减小0.2 mm，同时考虑到车床加工误差小于0.1 mm，则锚固钢套管中心的三维标定误差小于0.15 mm，可忽略。

4.2.2 锚固钢套管轴线定位精度要求

由于锚固钢套管的轴线定位精度是由两端口中心的相对定位精度决定，故由式(3)推导可得:

故两端口中心三维坐标的中误差允许值为:

5 结语

上述各项是在某大桥主塔施工中测量控制方面的实践总结，可以看出，施工测量中影响精度的因素是多方面的，只有我们优化测量方案，利用先进的测量仪器，把握住每一个环节，严格规范每一步操作程序，才能满足施工的要求，使塔柱各项指标处于设计及规范的要求范围之内。

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