高塔柱斜拉橋索導管高精度定位方法研究

廖輝軍，田克明

(1.湖南路橋建設集團公司，湖南長沙 410004; 2.江西省國土資源勘測規劃院，江西南昌 330002)

0 引言

斜拉索是聯系斜拉橋塔、梁的紐帶，錨固于索塔與主梁的拉索預埋導管上。索導管的軸線與呈懸鏈狀態的斜拉索端頭軸線不一致時會改變斜拉索的受力狀態，使其局部受剪力，不僅影響其使用壽命，而且極不安全［1］。因此，在其安裝時需確保索導管軸線與張拉后的斜拉索軸線偏差在一定范圍內。目前索導管的定位常采用三維坐標定位法與全站儀相結合進行，也獲得了較好的精度［2－6］。但由于其安裝位置較高，且所處區域常布置有大量的預應力材料、鋼筋等，在較高的塔柱上定位固定尤其困難，本文擬探討相對定位技術結合全站儀進行高塔柱斜拉橋高精度定位的方法。

1 定位精度的關鍵影響因素分析

如圖1所示，斜拉橋的斜拉索一端錨固于塔端，一端錨固于主梁，長度從幾十米到幾百米不等，若兩端錨固點相對位置相差1 cm，以長度100 m、傾角30°計算，則引起的角度誤差約為 0°0′20.63″。如果索導管的兩端點在安裝時相對位置相差1 cm，假設索導管的長度為2 m，則因此而引起的角度誤差為0°17′11.32″，遠大于前者。由此可見，斜拉索系統的精度主要由單個索導管的定位精度控制。

2 定位精度分析與討論

高程一般采用高精度水準儀和三角高程測量方法相結合來確定，能達到較高的定位精度，本文只分析全站儀觀測的平面定位精度。

圖1 斜拉索及索導管安裝示意圖

2.1 三維坐標法定位精度分析

索導管由全站儀現場放樣安裝并調整到位，其放樣測量的平面定位精度可近似為:

以定向邊到待測量邊角度為45°按式(1)計算不同精度儀器在各種觀測條件下的放樣誤差，可得表1所示結果。

表1 不同精度儀器在各種觀測條件下的放樣誤差

由表1可知，假設控制點誤差完全忽略不計，在放樣距離為300 m的觀測條件下，大多數類型全站儀的觀測誤差都能達到設計要求的精度(5 mm)，但在實際的大、中型橋梁施工建設中，這樣的觀測條件通常難以實現，或者需要花費大量人力、財力來實現。在較容易實現的觀測條件情況下(定向距離和放樣距離皆為1 000 m)，則需要使用超高精度觀測儀器才能達到精度要求，但超高精度儀器價格較貴，性價比不高。

2.2 相對定位技術定位精度分析

由圖1可以看出，索塔的錨固區集中在一個平面空間很狹小的范圍內，如果在這個平面空間內加密一個高精度控制點，由于斜拉橋的特殊結構，可以將控制點布置在索塔的橫梁上，放樣的時候，同時在這個控制點上安置棱鏡，就可以通過測量這個已知控制點的坐標高程值來預計放樣誤差并修正。由于它們在同一個區域內，測量儀器、方法、時間均相同，因此大部分誤差來源也相同，在觀測時可以利用已知的誤差值來消除或者減弱一部分放樣誤差，從而提高放樣精度。

從具體的誤差來源分析平面位置的定位精度:

3)(u×s)2:因測距引起的誤差，由固定誤差和比例系數誤差組成，在位置、距離大致相同，觀測條件一致的情況下大致相同，可以消除或大幅度減弱。

4)δ2:將放樣點位傳遞到待定位目標的誤差。索導管定位一般使用定做的精確標定的短桿棱鏡，誤差在1 mm之內。

使用相對定位技術進行定位，以定向邊到待測量邊角度為45°計算的平面位置誤差結果如表2所示。

表2 全站儀結合相對定位技術觀測平面誤差結果

比較表1、表2誤差結果可知，在各種測量條件下，各種精度全站儀采用相對定位技術進行觀測都大大提高了定位精度，且大多都能得到優于設計要求的測量結果。即使在最惡劣條件下，使用超高精度全站儀也能確保平面定位精度在2 mm以內，完全滿足索導管的定位精度要求，確保斜拉索導管的安裝質量，提高整個斜拉索系統的安全性，確保其使用壽命，降低維護成本。

3 結論

通過以上分析可知，相對定位技術不僅可以大大提高塔柱斜拉橋拉索預埋導管定位精度，而且可以減弱對觀測環境的依賴性，提高定位效率，節約觀測成本。

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