上塔柱测设方案.doc

第四章 上塔柱测量方案
4.1上塔柱结构简介
朝阳大桥主塔共6个，设置在15、16、17、18、19、20号墩。
主塔采用“合”形钢筋混凝土结构桥塔，整体造型简洁而不失稳重。分上下主塔，上主塔高45m，与主梁固结；下主塔高约24m，与主梁分离。一个主塔上共计布置九对拉索，斜拉索预埋管设于上塔柱上。上面6个索鞍圆弧半径定为3.5m，下面3个索鞍圆弧半径为4m，拉索竖向间距大于1.2m。详见图4-1

图4-1
4.1主塔施工采用的测量技术
4.1.1.塔柱平面测量方法概述
上塔柱施工测量的重点是保证上塔柱各部分的垂直度、倾斜度、断面尺寸，以及一些内部构件的空间位置。具体内容有：上塔柱已施工完毕的各节段的顶面轴线、劲性骨架的定位与检查、模板的调整定位与检查、预埋件定位、施工监测、竣工监测等。目前国内斜拉桥索塔施工普遍采用轴线控制的方法,即首先测设的控制断面高程计算出索塔某一高程位置各断面特征点(角点)距离主墩中线的距离L，在钢尺的中间点L/2处做记号，利用在轴线点上设站的经纬仪，瞄准方向为主墩中心线方向,左右移动钢尺，直到钢尺上的记号正好处于主墩中心线上(即经纬仪准确瞄准记号时)，则钢尺上刻度为0的点刻度为L的点正好为索塔特征点的位置，据此来调整劲性骨架、模板、索导管，直到符合为止，然后再复测高程，重新计算该高程位置索塔各特征点距离主墩中线的水平距离L/2，重复以上工作进行二次调整，直到高程和水平距离全部符合为止。
4.1.2 上塔柱平面详细测量
上塔柱纵、横向轴线测量：在主墩横向轴线点Q1、Q2安置经纬仪，后视任一导线点或主梁0#块顶面中心点（如果已测设），竖向旋转望远镜照准已施工完毕节段的顶面拉紧的钢尺，并指挥左右移动钢尺使钢尺读数为Li（Li从钢尺0点开始，Li为该高程位置塔柱中心到主墩中心线的水平距离）。读数Li和2Li为两塔柱上的纵向轴线点。同样在主梁0#块顶面中心点安置经纬仪，后视任一导线点或横向轴线点Q1、Q2，水平转动仪器±90°后固定方向，再竖向转动望远镜可定出梁塔柱顶面横向轴线点，将每塔顶面的两点连接起来即为每一塔柱的横向轴线。
劲性骨架的安装、检查与精确定位：劲性骨架底面可直接根据已施工完顶面的轴线就位，顶面的控制可在劲性骨架顶面轴线悬挂垂球，通过调整其斜度与已施工完毕节段顶面轴线的投影重合，粗略固定劲性骨架，然后用测设主塔纵、横向轴线的方法对劲性骨架进行精确调整，并测设出劲性骨架的纵横向轴线，最后对劲性骨架进行加固固定。
模板安装、检查与精确定位：模板定位时在模板就位以后用劲性骨架上定出的轴线进行粗略定位，通过调整其斜度与已施工完毕节段顶面轴线的投影重合，粗略固定模板，然后用测设主塔纵、横向轴线的方法对模板进行精确调整，并测设出模板的纵横向轴线，最后对模板进行加固固定。使模板定位后的轴线与设计轴线偏差不超过5mm，然后固定模板。
从以上测设方法的论述大家发现，这种测设方法的优点是简单、直观、便于掌握，缺点是费工、费时、需要反复复测，而且受自然因素（气温、风力、自重等造成钢尺的伸缩、摇摆、挠曲）影响较大，起码不是一种最佳的选择。
4.1.3上塔柱高程测量方法概述
高程基准的传递：测设时采用水准仪配合经检验合格的钢尺进行。传递时同时设两台水准仪，将标定过的钢尺零点向下沿上塔柱内侧垂下，钢尺下端挂一与标定时同重的铅锤，上端挂在稳固的地方，保证钢尺铅垂。测量时下面水准仪后视一固定水准点，计算出视线高Ha，同时测定当时环境温度，并听口令同时在钢尺上读数a1和a2,上面水准仪在预设水准点上立水准尺读数b。调整仪器高重复测量3-4次。计算出每次测出的预设水准点上的高程，计算公式为：
HB=HA＋[(a2－a1)＋ΔLT＋ΔL]－b
式中△LT温度数正值；△L尺长改正值。
取各次平均数做为水准点高程。上塔柱高程控制测量与高程基准的传递的测量方法相同。
4.2上塔柱测量精度评定
上塔柱各部分测量精度评定如下：
上塔柱轴线测量及劲性骨架定位精度分析
由于轴线测量和劲性骨架定位都是采用拨角法，每一轴线点点位中误差为M中=±2mm，后视点位中误差和轴线点位中误差相同，J2经纬仪拨角误差为2″～5″,轴线点到塔柱中心的最远距离约为150m，由拨角产生的误差为：Mβ±（4/206265）*150=±0.0029m=±2.9mm,钢尺量距误差为M钢=±3mm,则拨角法最终误差为:
M=√M中2×2＋Mβ2＋M钢2 =5.0mm,
满足工程施工需要。
模板定位精度分析
模板定位采用了全站仪坐标测量法，导线点的点位中误差为 M中=±2mm，全站仪坐标测量误差为MP=±3mm，则全站仪坐标测量方法的最终误差为:
M=±√M中2×2＋MP2 =±4.1mm，
也能够满足工程施工的需要。
高程基准传递精度分析
高程基准传递主要采用精密水准仪悬吊钢尺水准测量方法。固定水准点的高程中误差mA=±2mm, 两台水准仪在钢尺和水准尺上的读数误差m1m2=m3=m4=±1m, 钢尺本身长度误差mb=±3mm。根据推导公式可推算水准点高程中误差MH为：
MH=√mA2+m12+m22+m32+m42+mb2 =4.12mm
由此可见其测量方法的精度可以满足塔柱施工技术规范要求。
4.3上塔柱测量方案论述
上述测量方法简单、直观、易于掌握，不需要高科技的、先进的测设仪器，表面看似乎是一种理想的测量方法，但如果与施工方案、气候条件结合起来进行论证，不难发现在很多情况下难以操作，上塔柱施工作业的支架、防护网的遮挡，通视条件受限，且在风力、主塔倾斜角等的影响下很难实现，上述的精度评定虽然能够达到满足要求，但那仅是在理想的情况下进行的评定，如果将各种不利影响因素考虑进去，在精度上也要大打折扣，很难保证必要的测量精度要求，由此可见，上述测量方法显然不是最理想的，而目前最常用的全站仪兼有三维坐标测量功能，而且通过近年来在工作中的不断研究、探索发现，全站仪不仅能够满足平面测量的高精度要求，而且高程测量精度也远远超过了普通意义上的三角高程的测量精度，同样可以满足高程精度测设要求，完全可以利用全站仪的三维坐标测量功能进行上塔柱及索导管的测量定位。
4.4上塔柱索导管测量方案
4.4.1索导管测量定位的精度要求及局部控制网的建立
为了确保斜拉桥成桥后斜拉索和主梁的线型接近设计线型，根据工程测量规范的要求，索导管空间位置测量定位的精度要求高达±5mm，即相对于原始控制网而言，索导管锚固端中心和出口中心的施工定位与设计位置偏差在X，Y，Z三个方向都不得大于±5mm。因此主桥施工和索导管定位有必要建立独立的局部控制网。
通航孔主桥施工局部控制网是以大桥施工的整体平面和高程控制网为基础建立以桥梁轴线点为基准点的四边形控制网，索导管定位的局部控制点为施工时方便观察，满足良好的通视条件要求，以桥梁轴线点为基准分别在索塔上下游的左右幅0#块主梁上建立半幅桥轴线控制点，用标称精度为2mm+2ppm全站仪采用边角交会的测量方法精确定位。在上塔柱施工前，用两台S2水准仪和一把鉴定过的50米钢尺，采用倒挂钢尺配合水准仪采用水准测量的方法，将承台上的水准点高程传递到0#块主梁顶面的局部水准点上，这样就建立了索导管测量定位的局部测量控制网。
4.4.2索导管测量坐标计算
朝阳大桥共六塔双幅四个索面，每个索面布置9根索导管，总共216根索导管。在设计图纸上仅用以下参数确定每一根索导管的空间位置，这些参数分别是：
①、索塔锚固区锚垫板中心点A的空间相对坐标A(Xa,Ya,Za), (见图3-1)；
②、斜拉索的纵向倾角（即斜拉索的竖直角在顺桥向竖平面上的投影角），(见图3-2)；
③、斜拉索水平投影的横向偏角（即斜拉索与顺桥向轴线所成的水平角）(见图3-2)。

图3-1 图3-2

以上斜拉索导管空间设计位置的设计参数，仅可确定每一根导管的空间设计位置，还不能直接用于施工放样。因此，要由上述设计参数推算出一套可确定每一根索导管空间设计位置的测量放样数据，即由索导管的设计参数计算如附示意图(三)所示的索导管的测量放样点E和F的高程、B点、C点、H点的空间三维坐标。下面以左半幅桥路肩侧塔肢1#索导管为例，介绍其测量放样点设计坐标的推算过程。
由斜拉索的纵向倾角和横向偏角推算其竖直角
ALFV`=arctg(tg(ALFV)cosALFH)
锚固端最低点B（Xb,Yb,Zb）相对坐标的推算
Xb=Xa-R(sin(ALFV`)sin(ALFH))
Yb=Ya+R(sin(ALFV`)cos(ALFH))
Zb=Za-R(cos(ALFV`))
锚固端最高点C（Xc,Yc,Zc）相对坐标的推算
Xc=Xa+R(sin(ALFV`)sin(ALFH))
Yc=Ya-R(sin(ALFV`)cos(ALFH))
Zc=Za+R(cos(ALFV`))
索导管出口最高点H（Xh,Yh,Zh）相对坐标的推算
索导管出口中心点O（Xo,Yo,Zo）的相对坐标
Xo=Xa+(L+t)(cos(ALFV`)sin(ALFH))
Yo=Ya-(L+t)(cos(ALFV`)cos(ALFH))
Zo=Za-(L+t)(sin(ALFV`))
导管出口最高点H的相对坐标为：R`=R+0.01
Xh=Xo-R`((sin(ALFV`)sin(ALFH))
Yh=Yo-R`((sin(ALFV`)cos(ALFH))
Zh=Zo+R`(cos(ALFV`))
索导管下缘与劲性骨架相切点E点高程He的推算
He=Zb-(Yb-Ya)(ctg(ALFV))
锚箱底面高程Hf的推算
Hf=Za-(D/2+0.01)(cos(ALFV`))
注：Xi为到桥轴线的距离，Yi为桩号，Zi为绝对高程
由以上相对坐标不难推出其大地坐标
4.4.3 主塔索导管测量定位的原理与方法
由附图3-2可知，对于任一根索导管，只要定出索导管下边缘与劲性骨架相切点E和锚箱底面F点的高程（锚箱底面水平），则该导管在高度方向上的位置也就确定了，此时索导管只能沿其轴线方向和横桥向移动，再控制索导管出口下缘（外侧）G点到E点的距离及索导管与劲性骨架相切点到劲性骨架顺桥向两个侧面的距离，则索导管的位置也就唯一确定了，据此又确定了索导管测设与测量相结合的初定位方法，即首先用钢尺配合水准仪在劲性骨架的四个角定出E点和F点的等高点，在此用角钢加焊支撑，吊装索导管，并以已定位的劲性骨架为基准调整索导管的平面位置，使其大致就位，索导管初定位完毕。索导管的精确定位方法。
上述索导管初定位只能确定其大致位置，与设计位置存在较大的偏差，精确定位是在索导管的锚固端上缘、下缘和出口上缘分别用水平尺准确找出其最高点C和H及最低点B，充分利用全站仪的三维坐标测量功能，在局部控制点上设置全站仪，用二测回三维坐标测量的方法，测定其坐标，指挥调整使其X坐标和Y坐标偏差均小于±5mm,最后用钢尺配合水准仪采用往返测的方法测定索导管出口下外缘和锚箱底面的高程，使其误差小于±5mm。
上述索导管定位过程中，由于受风力的影响和施工荷载的增加，致使劲性骨架发生轻微的挠曲，其空间位置与设计位置仍存在偏差，应设法检查其偏差值，以确保导管定位的必要精度，检查时，与通航孔主桥独立控制网中的任意点上设置全站仪，同样测定其三维坐标，以检查偏位情况，并精确调整，同时用水准仪测定其高程，这样就测得了各个放样点的三维实测坐标，与理论推算坐标比较，如果在X、Y、Z三个方向上的误差均在±5mm以内，至此索导管定位完毕，否则，应再次精确调整，再次检查，直到满足要求为止。
综上所述，索导管测量定位的程序为：首先测定E点和F点的高程，吊装索导管后以劲性骨架为基准，初步调整索导管的空间位置；以通航孔主桥独立控制网点为基准采用三维坐标测量的方法精确测定放样点的坐标，同时用水准仪测定其高程，并精确调整到位，最后，再检测其偏位情况直到满足要求为止。

4.4.4索导管定位精度分析
索导管定位点Z坐标测量的精度分析
由上可知，索导管定位点的Z坐标的测量，主要采用S2水准仪配合倒挂钢尺的水准测量方法，即先用50米鉴定过的钢尺将承台上的水准点高程传递至主梁0#块上，再用50米鉴定过的钢尺把主梁0#块上的水准点高程传递到索导管定位点上，按照钢尺配合水准仪采用水准测量的方法传递高程的精度估算公式，可估算出索导管测量定位点的高程中误差Mh。
主梁0#块上水准点的高程中误差M为：
M= ±√mc²+m1²+m2²+m3²
式中：mc、承台水准点高程中误差
m1、m2分别为S2水准仪在水准尺和钢尺上读数的高程中误差,取m1=m2=±1mm
m3钢尺本身的长度误差，可取m3=5000/（10000*2）=±2.5mm
代入上式算得M=3.5mm,
导管测量定位点的高程中误差Mh
Mh=± √M²+m1²+m2²+m3²=±4.53mm
由此可见，按上述方法测量的索导管定位点的Z坐标的方向偏差可满足±5mm的定位精度要求。
索导管测量定位点X,Y坐标的精度分析
a.控制点的点位误差为±2mm
b.全站仪的对点误差可取±1mm
c.全站仪的测角精度为±2˝，距离需测定的索导管水平距离按150米计算，其测角影响误差为±1.5mm
d.全站瞄准误差可取±2mm
e.在索导管上用水平尺找点误差可取±2mm
索导管定位点的测量误差M为：
M=±√m1²+ m2²+ m3²+ m4²+ m5²=±3.8mm
由此可见，由上述方法测量的索导管定位点的X,Y坐标的方向误差，亦可满足±5mm的定位精度要求。
第五章 上塔柱测量质量保证措施
5.1熟悉图纸技术要求和相关规范
测量人员必须熟悉上塔柱及相关的施工图纸，尤其是测量负责人更要熟悉图纸的每个细节尺寸和技术质量要求。对于图纸中有误的地方要及时上报，并在相关数据未调整之前提醒每个测量人员不得使用。
5.2熟悉仪器操作及相关规范
上塔柱所使用的测量仪器必须按规定进行检定，仪器操作员在使用前要熟悉仪器的各项操作规程，主动爱惜、保养仪器并在使用中经常自检。
5.3严格贯彻执行测量复核制度
每一项测量计算资料、放样都要有不同人和不同方法进行独立复核，确保每次测量质量。水准测量不得使用支水准，要采用闭合或附合水准对每次的高程测量进行复核。
5.4坚持测量原始记录制度
为了使测量工作有可追溯性，每一项测量计算、放样都要有清晰、真实、完整的原始记录，不得涂改或丢弃原始记录。测量负责人要对每一天的原始记录进行复核签字，当发现原始记录有误要及时查明原因，对于外业放样数据有误的要及时通知现场施工人员并及时重测。
5.5严格执行测量报检制度
为确保每项测量数据计算、控制测量、施工放样的正确性，以上测量工作都要严格执行向测量专监报检制度，在测量专监审核同意后，才能进行一下道测量工序。
5.6严格执行规范及技术要求
控制网的复测、加密及平时测量放样都要严格执行各项规范要求，对于违反规范和技术要求的测量活动坚决制止。
5.7严格执行各项施工安全要求
测量人员在测量放样时都要严格执行各项施工安全要求，对于违反安全要求的测量活动坚决制止。