1、1空间三维变截面A形钢箱索塔安装测量定位技术陶立勇 (中铁上海局第一工程有限公司 芜湖 241000)【摘 要】：本文介绍了柳州双拥大桥空间三维变截面A形钢箱索塔安装定位技术，索塔定位使用三维坐标法测量,最大限度的通过坐标修正设置预偏量和误差反量来解决节段定位中遇到的较大偏差、变形，通过精度验算确定方法的可行性。该法投入少，实施容易，可操作性强。【关键词】：三维变截面、索塔安装、测量定位1. 引言柳州双拥大桥是国内第一座单主揽悬索桥。主桥桥跨430m，设计双向六车道。南北桥塔采用 A 形钢箱索塔结构,塔柱在纵、横桥向均为变宽，截面为三角形。南北桥塔塔顶高 104.811m, A 形塔柱内夹角
2、18.0442，设两道横梁，桥塔沿高度方向划分 15 个节段如图 1 所示，塔柱节段长度 3.56.5m；桥塔顶端设置索鞍。2. 索塔定位策略南北两岸索塔均是预制钢箱节段，使用支架吊装作业，考虑到索塔的定位条件，将造成立体交叉作业，给施工中的测量控制带来一定困难，我们采用三维坐标法施工测量，多设工作基点，可有效解决基准点受支架遮挡和交叉作业带来的干扰。在高层钢结构分段安装过程中，随着建筑层数的增高，建筑物的变形越来越大，以往我们把这些偏差当作施工误差来处理，构筑物的实时监测结果也是分开分析。双拥大桥的索塔安装过程中，我们建立动态的实时监测体系，把实时变形变成坐标修正量，通过后节段的变形来消化偏
3、差，并把最后节段作为标高调整节，从而保证主塔线形最近似设计值。具体操作步骤如下：1) 以主桥顺桥向为x轴，横桥向为y轴，建立本桥独立的施工坐标系。根据设计图纸计算各塔柱节段的理论放样坐标，如图2; 理论坐标的计算不考虑任何内外界因素影响；2) 监测索塔在安装过程中因受力不均、焊接、定位误差产生的非均匀变形，采集变形数据，并验证上节段的预偏量是否合理，若产生预测以外的小变形可分析原因再次修改预偏量，若产生较大变形需改变施工方案；3）根据动态安装过程中的监测数据，确立预偏量；4) 验收索塔节段实物，根据实际尺寸标记测量点。3. 建筑限差与测量误差分析图 1 主塔示意图1设计对索塔提出了高标准，其中
4、高程、倾斜度为H/3000(H为塔高)，其它尺寸1/2000。工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工后实际位置相对与设计位置的极限偏差，设其为 ，并认为他是建筑物放样点偏离其设计位置的容许误差 的两倍（这样理解偏于安全）， 一般容许误差为两倍点位中误差 ，即m（ 1）42本桥理论最大极限偏差为25mm,由此得 =6.3mm。 xyh7(x,h)7 yBC x图 2 索塔节段三维图根据三维坐标法原理，由误差传播定律则可推导放样点平面点位精度 ,放样点高程点位精度放m的公式：高m222222 )sin()cos(s) 标 定对控放 （ zSzSSba s （2） 24tgz yismz（高（3）式中
5、是观测边长， 是平距，a、b 是测距标称精度的固定误差与比例误差。 与 SS im是仪器高和觇标高的量测误差。 是施工控制点点位中误差， 是代表对中误差，ym控 对代表点位标定误差。保证仪器垂直角 ， ， =1+1.5*S, =1mm ， 标 定 045z1S对=1mm， =180m, =1mm。根据上式可得 =0.96mm， =1.86mm，标 定 yim控m放=1.78mm。根据以上结果可得出三维坐标法可满足施工要求，放样点距控制点愈远，H、 愈大，垂直角愈大、放样点点位中误差也随之增大。放 高4. 确定测量定位方案大桥控制网分两级布设，首级控制网使用GPS两岸联测，满足C 级GPS测量作
6、业的基本技术要求；次级网使用全站仪加密，建立局部施工控制网如图3，该网一方面是施工测量的依据；另一方面还可以作为索塔在施工过程中受外界环境因素(如风、温度、荷载等) 作用下的扭转变形、沉降形变监测的基准网。由于受地形限制局部控制网网形较弱，我们采用符合导线形式严密平差。建立条件方程组进行平差： 2（4） 0)(1sinco061267YiiCSSI Xi wXTYii 得出的局域网平差结果如下：平面控制网等级：城市一级，验前单位权中误差：5.00(s)已知坐标点个数：4未知坐标点个数：5未知边数：6最大点位误差JM4 = 0.0013 (m)最小点位误差JM1 = 0.0007 (m)平均点位
7、误差 = 0.0010 (m)最大点间误差 = 0.0016(m)最大边长比例误差 = 236592平面网验后单位权中误差 = 1.32 (s)平差结果证实网形合理，测量误差小，结果可用。现场定位前，根据修正参数计算节段的理论坐标，定位时在基准点架设仪器观测定位点，把实测坐标与理论坐标对比算出偏移量，指导现场施工人员调节节段至设计位置上，定位完成后用钢尺和测倾仪测量节段的倾斜度，以保证定位点准确无误。5. 安装误差与变形监测节段在安装过程中无法做到零对接，必然产生安装误差。在下一节段吊装前，必须监测上一节段，得出节段偏差。首节段无需设坐标修正量。塔柱节段安装完成后偏差主要有，定位误差、焊接变形
8、，重力变形。重力变形在预偏量中已加入改正，这里的变形主要是前两者。变形监测的方法有很多这里不再一一叙述，只简要概述本桥的数据处理方法的选定，本桥由于处在施工阶段，承台尚在围堰中，无河水冲刷。无需进行拟稳平差。采用迭代平差更适合各节段数据整理归纳。受主塔重力，焊接的影响索塔安装过程中产生变形。索塔定位时必须考虑预偏量，否则索塔线形将难以控制。由于索塔在安装过程中，不受顺桥向的应力，顺桥向没有变形值，我们以、 、 来表示索塔变形量的变形量，根据节段的监测结果我们去变形值的一半为修正量。xyz（5）2/)tan(zyxx修 正理 论修 正 理 论修 正 根据监测结果验证预偏量的设置是否合理，产生的较
9、小变形可在 A 形塔塔柱间设置临时横向支撑，并使用千斤顶给支撑施加应力抵消变形。若产生较大变形立即停止施工，改变施工方案。6. 节段定位点布设与实际尺寸丈量塔柱截面类似三角柱体，为了便于设置定位点，我们定义节段内壁板为基准面板，每个节段我们设置 7 个定位点，四个定位点设于内侧壁板，另外三个位于节段顶面，见图 4。图 3 局部控制网示意图3中轴线反射片内侧面反射片布置图刻画十字丝（钢板中心）节段顶面十字丝内侧面壁板T?-Z2大里程T?-Z1T?-Z3 T?-Z4T?-Z7T?-Z5 T?-Z6说明：1、本图以线路左幅塔柱节段为例，右幅对称布置；2、点位编号按从小里程到大里程，从下到上的顺序，右
10、幅对称编左幅 3 号点图4 节段点位布置图其中各点受节段实际高度及横轴长限制，不同高度理论坐标偏差很大，根据上节段标高和本节段实际长度，计算理论坐标。设计图纸上节段7#点的理论坐标计算式为（6）)(/2sinb()coscoin2/77板横轴理 板横底轴理 实理 DLHzYyKxA形塔内夹角 ， ； 为定位点的实际里程； 为两塔柱内侧底角宽度； 为实 底LxcL节段至塔柱底内侧斜长； 为桥轴线处Y 轴数值； 为塔柱内侧脚标高； 为测量点处钢轴 轴 板b板板厚； 为节段顶口的横轴长。横D该节段的设计高度和横轴长分为L 理 ，D 理 ，实测高和横轴长为L 实 ，D 实 。计算差值：;实理 Lvl实
11、理vd调整后的坐标为（7）)sin(co(zsi77dlvyx）理理 理考虑到内壁板在塔柱制造过程中的重要性，内壁板焊接前要精确调平，且作为这个节段制作的参考面。节段运输到现场同样以节段的内壁板为参考面进行尺寸丈量和节段投点。节段测量点要求选择在对象的物理中心标示，通过坐标修正来使两者统一。这样的优点有：1）节段在运输到现场时顶端已经开设双面坡口，但坡口中间预留3mm 未切量，方便设置测量点。 2）能精确测量物理构件的中心尺寸，对象的中心面域较为开阔，适合立设测量仪器。3）标示点破坏后，方便快速恢复，且物理中心强度高，不易损坏、变形。节段运输到施工场地时，我们要对节段长度进行多次精确丈量，以确
12、定其最终尺寸并布设节段定位点。使用通过检定的钢尺来测量节段，测量结果要进行精度评定来确定测量结果的可靠性。4以T1节段为例，观测横轴长D ，多次观测结果见表1：表1 节段横轴长观测结果观测频次 实测长度（已加上尺长改正）mm第一次 5153第二次 5154第三次 5153第四次 5153根据四次测量结果计算平均值，并计算中误差评定测量结果的可靠性。 25.13nlxiiv中误差 m.0结果真实可靠，此次测量结果可作为节段布点的参数。7.结束语 钢结构的焊接拼装过程中，理论的变形量在实际施工过不一定会出现，我们依靠变形监测去了解钢结构的变形，不如利用变形监测去实时的调整钢结构的线形，使钢结构的线形最接近设计。参考文献：【1】孔祥元，梅是义. 控制测量学(上) M . 武汉测绘科技大学出版社，2000 ，2.【2】陶本藻. 测量数据统计分析M . 测绘出版社，1992 ，6.【3】瞿国万、刘成龙虎门大桥主桥工程测量放样方法与精度分析1995【4】於宗俦，鲁林成.测量平差基础； 增订本. 北京:测绘出版社，1984.453467【5】吴俊昶，刘大杰，于正林.控制网测量平差M.北京:测绘出版社，1998.
