淺談斜拉橋索導管測量定位控制

魏繼順 WEI Ji-shun

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，唐山 063000）

0 引言

斜拉橋的施工控制主要是對成橋目標進行有效控制，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。為保證成橋時的線形與受力，主要的調控手段為調整斜拉索索力和主梁施工時模板高程。斜拉索是通過預埋在主塔和主梁上的索導管確定其空間位置，索導管的測量定位控制精度直接影響斜拉索的理論狀態。索導管定位精度要求高，高空定位困難，施工空間狹小，混凝土澆筑后無法調整偏差，那么如何將外徑0.4m，長度2－6m的索導管準確的固定到三維空間位置上，成為施工中遇到的問題。下面以永寧黃河公路大橋主墩索導管實際施工為例，介紹測量控制網布設、索導管中心三維坐標計算、測量放樣過程和索導管定位方法。

1 工程概況

永寧黃河公路大橋全長3743.37m，共十八聯，主橋跨為110m+260m+110m鉆石型雙塔雙索面斜拉橋，總塔高102.15m。40#、43#為邊墩，設置在黃河兩岸，41#、42#為主墩，設置在主河道中。斜拉索采用扇形密索布置，對稱布置在主塔兩側，塔頂向下8根斜拉索豎向索距2.5m，其下索距2.2m，索導管長度2－4m，主梁中跨索距6m，邊跨索距6m和2.5m，索導管長度4－6m，共計160根斜拉索。

2 測量控制網的布設

設計院移交的平面及高程控制點等級均為國家二等。根據現場情況及控制網形狀要求，在黃河上、下游各布設2個控制點，按四邊形布設，相鄰點位互相通視，保證在施工測量時全站儀能夠后視2個控制點。主橋平面控制網采用GPS（標稱精度：±5mm+1ppm）靜態測量方式按二等精度要求進行測設，高程控制網按國家二等精度要求進行測設，采用徠卡DNA03電子水平儀（標稱精度：0.3mm）進行往返觀測。對符合規范要求的觀測數據使用科傻平差軟件進行平差，做為施工測量成果使用。控制網布設如圖1。

圖1 控制網布設示意圖

3 索導管坐標計算

該橋設計圖紙只給出了拉索錨點三維坐標，由于確定索導管的空間位置至少需要2個三維坐標。在測量定位過程中，往往因為空間受限、鋼筋及勁性骨架遮擋，需要在錨點和管口之間的延長線上移動放樣點的位置，因此需要根據設計圖給出的斜拉索技術參數計算索導管管口坐標及延長線的任意坐標。

根據設計圖紙確定斜拉索的主要技術參數有：中跨拉索編號H1～H20；邊跨拉索編號A1～A20；主塔和主梁拉索間距；索導管與塔柱、主梁的的尺寸關系；塔上和梁上索導管錨點三維相對坐標；修正后斜拉索順橋向夾角α、橫橋向夾角在三維投影面的關系，如圖2。

圖2 斜拉索角度示意圖

3.1 主塔索導管管口坐標計算

以41#墩左塔肢H20索導管為例：已知錨點三維坐標，XB、YB（與41#墩中心的相對應的里程和偏距），ZB（為絕對高程），根據拉索技術參數和索導管與塔柱尺寸關系，計算管口A點坐標的方法和索導管布置圖如圖3。

圖3 主塔索導管布置圖

3.2 主梁索導管管口坐標計算

以41#墩主梁左側H20索導管為例：已知錨點三維坐標，XB、YB（與41#墩中心的相對應的里程和偏距）、ZB（為絕對高程），根據管口至梁頂和錨點至梁頂的高差值、錨點至管口的縱坡值確定錨點至管口的高差，根據拉索技術參數和索導管與塔柱尺寸關系，計算管口A點坐標的方法和索導管布置圖如圖4。

圖4 主梁索導管布置圖

注：i為索導管處的縱坡值，上坡為正，下坡為負。

3.3 復核索導管坐標

①在計算管口坐標開始前，復核設計圖紙給出的錨點坐標，目的在于確認計算管口坐標的方法是否正確。復核塔上錨點坐標時需要計算出D點至B點的高差，按照管口坐標計算方法和拉索技術參數計算錨點坐標。復核梁上錨點坐標時，僅需要根據設計圖紙與索導管的尺寸關系，計算錨點坐標。

②在計算管口坐標完成后，利用拉索的塔上錨點、梁上錨點坐標和索導管長度，在CAD軟件中利用三維制圖畫出每根索導管，提取圖中管口相對坐標與計算管口相對坐標進行復核，目的在于通過不同的計算方式確認坐標是否計算正確。只有索導管坐標準確無誤，才能保證索導管空間位置的正確。

3.4 索導管軸線上任意點坐標計算

在計算軸線上任意點坐標時，需要復核導管錨點（X1，Y1，Z1）和管口（X2，Y2，Z2）坐標是否準確。通過實測待放樣點的位置的Z3坐標和已知錨點、管口坐標，計算待放樣點坐標。計算方法如下：

4 索導管定位控制

為保證快速、準確的對索套管進行測量定位，減少塔柱施工作業循環時間，根據現場條件、測量人員、儀器的配置，在所有計算數據復核無誤的情況下，確定最適合現場的索套管測量定位控制方法，保證索導管定位誤差滿足斜拉索錨具軸線允許偏差5mm、拉索錨固點高程允許偏差±10mm的規范要求。

索導管定位前，結合監控單位，確定塔柱豎向預拱、橫向預偏、縱向預偏值和主梁立模標高的預拱值，按線性變化方式對索導管的相對坐標進行調整，換算出里程、偏距和高程后計算出三維施工坐標。在考慮預偏值和預拱值時，理論上斜拉索的技術參數會發生變化，通過計算機進行仿真模擬，其變化很小，可忽略不計。

4.1 影響索導管定位精度超限的因素分析

在該橋索導管測量定位控制過程中出現了定位精度不合格的現象，通過對各種因素分析及改進后的定位方法，確定了以下影響因素。

①定位前對施工班組技術交底不清晰，培訓不到位，質量意識淡薄。

②技術人員現場指導不到位，質量檢查把關不嚴；工人責任心差，索套管定位時與測量放樣點位對應不嚴格。

③空間放樣的點位支撐不牢固，施工人員對點位保護意識不強，有踩踏、碰撞點位的情況，造成點位下沉、位移。

④全站儀對中、整平不精準，后視點位照準不準確。

⑤在進行高程測量時，未采用全站儀正倒鏡觀測取平均值方法。

⑥定位支架需要改進，兩側管口處沒有微調裝置，造成管口無法精確對準放樣點位。

⑦未有效避開氣溫過高、光線過強時段，造成大氣折光對測量放樣點位的距離和高程誤差增加。

4.2 索導管定位測量方法

①全橋測量控制網精度為國家二等，滿足測量精度要求。

②配備了一臺具有自動照準和追蹤測量功能的全站儀，測角精度1秒，在控制點上架設全站儀，直接放樣索導管錨點和管口的三維坐標來確定索導管的空間位置及姿態。

③棱鏡對中桿在使用過程需要經常調整垂直度，配備一套徠卡小棱鏡與對中桿配合使用。

④測量時使用觀測點、后視點和復核點進行放樣，精確安置儀器，定向完成后對后視點和復核點進行測量，檢查兩點之間誤差是否滿足要求，否則需要重新定向。

⑤根據不同的測量時間和現場溫度，對觀測數據記錄并分析，總結外界條件對測量精度的影響，盡量避開高溫、強光時間，選擇合適的時間段進行測量放樣。

4.3 索導管定位控制方法

①塔柱勁性骨架安裝完成后，再安裝索導管定位架，管口利用勁性骨架固定，錨點利用定位架固定。梁上索導管利用單獨的定位架安裝。

②依靠勁性骨架和定位架焊接鋼筋、鋼板，作為三維坐標測設到空間位置上的點位平臺，點位確定后加固點位平臺，加固完成后需要重新放樣點位，然后在點的位置上鉆成直徑5mm的小孔，用來懸掛線錘。

③索導管在吊裝前將錨點和管口位置焊接一條鋼板，將索導管的中心點標在鋼板上。

④利用手拉葫蘆將索導管懸掛在勁性骨架和定位架上，利用點位平臺上懸吊下來的線錘和鋼尺將兩側管口粗略定位，然后在錨點和管口安裝頂絲，作為索導管精確對點的微調裝置。利用手拉葫蘆調整索導管的高度，利用微調裝置調整位置，經過反復調整和量測管口位置正確后，進行簡單加固。

⑤利用全站儀測量錨點和管口三維坐標，按照實測坐標與設計坐標的差值，利用微調裝置盡可能同步精細調整錨點和管口位置，避免調整管口位置時，錨點位置發生變化。需要反復測坐標和調整位置，直到滿足規范要求后，進行最后加固。

⑥定位過程中如果索導管位置與勁性骨架發生沖突，需要切割勁性骨架。索導管粗略定位后將勁性骨架切割部位進行加強焊接，防止勁性骨架變形導致索導管移位。

⑦嚴格對施工班組的技術交底，提高質量要求，加強測量點及成品保護意識。

⑧為避免鋼筋和模板安裝過程中發生碰撞引起索導管位置變化，因此混凝土澆筑前需要再次對索導管錨點及管口坐標進行復測，檢查是否滿足精度要求。

4.4 索導管定位精度

索導管定位精度包括兩個方面：一是錨固點高程允許偏差±10mm；二是索導管軸線與斜拉索軸線允許偏差5mm。斜拉索的空間位置由主塔、主梁上的錨點中心確定，實際管口中心至實際斜拉索軸線的垂距為索導管軸線與斜拉索軸線的相對最大偏差值，因此索導管的定位應先保證其軸線精度。索導管在定位完成后需要計算檢查索導管的軸線定位精度，管口中心至斜拉索軸線的垂距計算式如下：

注：ΔX、ΔY、ΔZ為錨點中心與管口中心實測坐標差值。

5 結束語

在該斜拉橋索導管測量定位過程中，經過不斷研究和改進，總結出了上述測量定位控制方法，有效保證了索導管定位精度，確保了整體施工質量和進度。由于斜拉橋的孔徑布局、索塔形式設計及斜拉索設計參數不同，僅以此文作為參考共同研究、探討。