公軌兩用剛性懸索橋頂推法施工自動測量技術應用

李勝輝 謝振解 李美娟 姚立波 張高杰

（浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310051）

特大型橋梁由于跨度大、頂推距離長，采用現場拼裝頂推施工工藝時要求合龍精度達到毫米級[1]。但采用傳統的人工測量方法，存在受人為誤差影響較大、效率較低且實時偏差數據不能及時與各建設相關方共享分析處理的問題，因此在鋼桁梁頂推過程中如何及時監測、反饋其空間位置數據并及時指導糾偏至關重要。

一、工程概況

錢塘江新建大橋項目位于浙江省杭州市，是國內首座多跨長聯公軌兩用懸鏈形上加勁鋼桁梁橋。大橋跨度布置為（73.4+122+4×240+122+73.4）m，全長1350.8m，其中主跨長240m，上層為八車道公路，下層為雙線快軌，項目總投資約17.7億元。其中鋼桁梁主桁架中心間距36.8m，桁高12m。鋼桁梁總長1348m，共71個節段，全橋鋼桁梁總重約6.2萬噸。

二、頂推自動測量施工技術概述

（一）技術原理

針對以往頂推過程中測量需人工數據采集、計算分析、上傳導致測量數據共享、現場糾偏滯后的難題，本文介紹了一套自動測量方法及軟件。其主要由三個模塊組成：Leica TS60機器人全站儀、無線傳輸模塊、Bridge launching橋梁頂推測量系統。其中Leica TS60機器人全站儀主要負責頂推過程中測點位置的自動跟蹤和坐標數據采集；無線傳輸模塊主要負責將數據實時傳輸至計算機Bridge launching橋梁頂推測量系統；Bridge launching橋梁頂推測量系統主要負責對采集的數據與監控單位給出的理論數據進行計算對比分析，并將處理結果通過云平臺傳輸至BIM平臺，BIM平臺將接收到的數據代入模型后，即可實現橋梁頂推進程及相關數據的可視化，如圖1所示。

圖1 頂推自動測量原理圖

（二）技術特點

采用全站儀自動測量，加快了測量速度，減少了人為照準誤差，提高了測量精度和效率；能實現自動化觀測，無需測量人員一直值守，減少專業測量人員的投入；頂推數據通過頂推測量控制系統分析處理后，可實時將偏差數據傳輸至BIM平臺實現三維偏差展示，實時查看橋梁頂推情況并指導現場施工，可視化程度較高。

三、施工技術應用

（一）施工準備

技術準備。施工前對頂推測量所需理論線型的計算復核、測點布置要求、測量方法等技術要點開展交底和培訓。

機具準備。標定測量所需的leica TS60機器人全站儀，同時準備好相應的棱鏡、腳架、無線傳輸模塊和Bridge launching橋梁頂推測量系統。

測量準備。一是控制點復核。在鋼桁梁頂推施工前需要對設計單位移交的首級控制網施行全面細致的復測，明確移交的控制點坐標系和頂推施工坐標系之間的轉換關系，建立相應計算方程。根據首級控制網復測結果對兩端加密的控制點開展靜態測量，計算坐標和高程，并使用電子水準儀對兩端觀點高程開展聯測和復核。二是測點布置。測站點應布置在鋼桁梁前后視線通視處，可選擇前/后端還未架設鋼桁梁的墩頂上，距離不宜太小影響視線，一般情況下控制測站儀器與測點仰角小于45°[2]。根據施工規范要求，以橋梁軸線上的兩個中心點控制橫向偏差，以左右兩個測點（中心線外15.6m）控制高程偏差。具體測點布置如圖2所示。

圖2 鋼桁梁測點布置示意圖

（二）初次定向

前（后）端測站儀器架設完成后在儀器測量界面輸入測站點坐標和后視點坐標，將儀器置于正鏡并精確照準后視點施行定向，同時利用另一個控制點校核數據，確認數據無誤后完成定向。

（三）初始值設置

每輪次頂推前，需對leica TS60機器人全站儀按照測點進行測量路徑設置，以便后續自動測量時，按照該測量路徑進行采集數據。

待前后端測點路徑設置完成后，在軟件界面上設置橋梁的設計中軸線，同時輸入橋梁起、終點坐標，計算方位角；接著輸入起始里程，然后選擇鋼桁梁頂推方向；最后檢查軟件上記錄測點數據是否準確。該數據后續將作為頂推橫向偏差、縱向推進距離、高程變化的初始值。

（四）自動跟蹤測量、采集

初始值及橋梁設計中軸線設置完成后，打開Bridge launching橋梁頂推測量系統的“頂推測量”界面，設置好測量周期和間隔時間（如2min/次）、測量開始時間和結束時間，并保存。鋼桁梁開始頂推后，兩臺Leica TS60全站儀會按照設置好的周期、間隔時間和初始路徑自動展開循環跟蹤捕捉監測點棱鏡，并采集記錄各個監測點的數據[3]。

（五）測量數據傳輸

Leica TS60全站儀采集完監測點的數據后，通過全站儀端的無線傳輸模塊將采集的數據傳輸至計算機Bridge launching橋梁頂推測量系統。

（六）測量數據處理

Bridge launching橋梁頂推測量系統將對采集到的數據開展整體分析和計算，計算出每個點位與橋梁設計中軸線的橫向偏差、縱向推進距離、高程變化，并對成果數據開展趨勢分析。

（七）測量數據共享

經過Bridge launching橋梁頂推測量系統處理完成后的數據，通過該系統預設的對外傳輸云端接口，將處理結果通過云平臺傳輸至BIM平臺等第三方單位。

（八）測量數據可視化

采集到的數據經軟件計算分析，共享至BIM平臺后，平臺可根據實時接收的數據對三維模型開展姿態校正，通過三維模型及專用窗口顯示當前的頂推進程及偏差數據，最后現場施工人員可以通過網絡地址或手機App實時查看偏差值，監控現場頂推施工。

四、結語

通過該技術的應用，解決了頂推施工中因測量數據反饋不及時、測量誤差大等導致的一系列問題。與傳統的人工測量和安裝GPS相比，該技術利用Leica TS60機器人全站儀進行自動測量和Bridge launching橋梁頂推測量系統結合實現數據分析處理共享，既能減少GPS在測點布置上的局限性，又提高了測量精度。在縮短施工工期的同時降低了橋梁頂推施工的安全風險，減少了設備資源和專業測量人員的投入，具有自動化、可視化的優勢。該技術可廣泛應用于需實時進行自動測量監測、反饋分析的橋梁頂推測量作業，以及有類似需求的常規橋梁、道路等工程測量作業。