專利名稱：斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斜拉橋，尤其涉及一種斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法。
背景技術(shù)：
斜拉橋又稱斜張橋，是將主梁用許多拉索直接拉在塔柱上的一種橋梁，是由承壓的塔柱，受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。 斜拉橋由塔柱、主梁、斜拉索組成。在順橋向塔身兩側(cè)與主梁上都裝有索道管，斜拉索穿過索道管后采用錨固裝置固定在塔身和主梁的錨定板上。斜拉橋是一種自錨式體系，斜拉索穿過索道管，通過兩端分別在塔柱、主梁錨固區(qū)錨固后，將索塔和主梁連成整體。斜拉橋施工受工期、條件等因素的制約，需采用塔梁同步施工的方法，塔梁同步施工不同于常規(guī)采用的先施工塔柱，后施工主梁，相互分離的施工方法，它是在塔柱施工沒有完成以前，就開始主梁節(jié)段的懸臂施工，塔梁施工相互交融，在此過程中同時(shí)進(jìn)行斜拉索的掛索及張拉。塔梁施工優(yōu)點(diǎn)是明顯縮短了工期，節(jié)約了成本，方案經(jīng)濟(jì)，但是塔梁同步施工也存在著許多難點(diǎn)，關(guān)鍵就是如何解決在不均勻水平力作用下塔柱線形控制和索道管安裝的問題。對(duì)塔柱施工的控制是塔梁同步施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，所采取的控制措施基本上都是針對(duì)塔柱的。因此，從某種意義上講，塔柱施工控制的成敗決定塔梁同步施工控制的成敗。采取塔梁同步施工技術(shù)時(shí)，由于塔柱兩側(cè)主梁重量不完全相等、橋面臨時(shí)荷載偏載、張拉斜拉索控制索力的油壓表以及張拉系統(tǒng)的誤差等因素，導(dǎo)致塔柱受不均勻水平力， 塔柱很可能出現(xiàn)較大的偏位，對(duì)于后續(xù)塔柱節(jié)段的施工造成很大的困難，很難保證塔柱的順直，因此，針對(duì)塔梁同步施工這種新的施工技術(shù)，也應(yīng)采用相應(yīng)的測(cè)量控制方法，使得后續(xù)塔柱順直的施工。如圖1所示，已施工的塔柱節(jié)段出現(xiàn)偏位時(shí)(主要是縱向偏位)，待澆節(jié)段也隨之偏離塔柱設(shè)計(jì)里程，立模設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及索道管數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，必須進(jìn)行修正才能保證塔柱得以順直延續(xù)。也就是說只要獲得了待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)，就可以解決塔梁同步施工技術(shù)中的塔柱順直施工的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種在塔梁同步施工階段方便的對(duì)塔柱及索道管進(jìn)行準(zhǔn)確定位的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，將高精度全站儀架設(shè)在塔柱沿橋向兩側(cè)的強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)臺(tái)上，對(duì)埋設(shè)在已施工塔柱節(jié)段側(cè)壁上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量，依監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量得出已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型，再依已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型推算出待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)。
高精度全站儀為智能型全站儀TS30。監(jiān)測(cè)點(diǎn)為監(jiān)測(cè)棱鏡；在一節(jié)塔柱的施工周期內(nèi)，對(duì)監(jiān)測(cè)棱鏡分四種工況分別進(jìn)行檢測(cè)斜拉索掛索張拉前；斜拉索張拉后；索道管檢查定位；塔柱模板檢查定位。當(dāng)塔柱受不均勻水平力的作用時(shí)，產(chǎn)生水平變形，變形曲線為拋物線，頂點(diǎn)在塔柱根部，變形截止點(diǎn)是水平力施加點(diǎn)；水平力施加點(diǎn)以上部分，在不考慮自重前提下，沿該點(diǎn)拋物線切線方向延伸；已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型為拋物線d = ah2，其中d為塔柱偏離值， h為高程，a為由多組(d，h)值得出的常數(shù)。待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)由Zz1 =L/^￥ + h0, dx =紅/VTTF+d。得出，其中Ovdtl)為受不均勻水平力的點(diǎn)，Ovd1)為拋物線切線上距離Ov d0)為L的待求點(diǎn)，k為切線的斜率，是個(gè)常數(shù)。方法包括對(duì)修正數(shù)據(jù)的復(fù)核步驟。復(fù)核步驟為在待澆節(jié)段底部固定兩套棱鏡組， 直接觀測(cè)最后一次斜拉索掛索并初張拉前后兩次工況，與推算值進(jìn)行比較。監(jiān)測(cè)棱鏡從中塔柱開始由下至上分層布置，其中中塔柱相隔若干節(jié)段、上塔柱每節(jié)段頂部塔柱側(cè)壁上埋設(shè)一層監(jiān)測(cè)棱鏡。在進(jìn)行測(cè)量定位工作前，對(duì)主梁部分梁段采取臨時(shí)性壓重措施。這種方法可以消除不平衡荷載對(duì)塔柱的偏位造成的影響，同時(shí)為了避免在測(cè)量實(shí)施過程中塔柱無規(guī)律的擺動(dòng)，在包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)、索道管定位、塔柱模板檢查過程，橋面荷載不得發(fā)生變化，塔吊也停止吊重作業(yè)。對(duì)塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)和對(duì)塔柱節(jié)段模板檢查、索道管定位測(cè)量選擇在凌晨零點(diǎn)至五點(diǎn)，風(fēng)力小于三級(jí)的時(shí)段進(jìn)行。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.只需要用高精度全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，并做好觀測(cè)記錄，將實(shí)時(shí)觀測(cè)的結(jié)果即時(shí)用事先編制的計(jì)算程序模擬出已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)此數(shù)學(xué)模型推算出待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)，在原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，推出經(jīng)修正后的塔柱模板及索道管檢查定位數(shù)據(jù)，據(jù)此數(shù)據(jù)作為塔柱模板及索道管檢查定位依據(jù)指導(dǎo)施工，使得后續(xù)塔柱得以順直的延續(xù)，從而完成針對(duì)塔梁同步施工階段對(duì)塔柱及索道管定位的測(cè)量控制。過程簡單，操作方便。2.考慮到塔梁同步施工時(shí)需頻繁的對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)采用最先進(jìn)的智能型全站儀TS30，其標(biāo)稱精度為0.5"，士(lmm+lXKfD)。它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，自動(dòng)測(cè)定測(cè)站點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的距離、水平方向值和天頂距，計(jì)算出三維坐標(biāo)并記錄在內(nèi)置模塊或計(jì)算機(jī)內(nèi)。由于它不需要人工照準(zhǔn)、讀數(shù)、計(jì)算，有利于消除人為誤差的影響、減少記錄計(jì)算出錯(cuò)的幾率，特別是在夜間也不需要給標(biāo)志照明。該儀器每次觀測(cè)記錄一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)不超過7s，每點(diǎn)觀測(cè)4回也僅30s。一周期觀測(cè)9個(gè)點(diǎn)不超過5min。其觀測(cè)速度之快是人工無法比擬的。3.本發(fā)明包括對(duì)修正數(shù)據(jù)的復(fù)核步驟，可以避免由模擬數(shù)學(xué)模型推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)，驗(yàn)證由模擬數(shù)學(xué)模型推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)的可靠性。4.本發(fā)明的方法前提是塔柱偏位不能超過一定的限制，否則塔柱偏位線性更加復(fù)
雜，塔柱偏位越大，由此推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)精度越低。因此對(duì)于塔梁同步施工，嚴(yán)
格控制不平衡荷載將顯得尤其重要。建議在施工控制時(shí)必須對(duì)塔柱兩側(cè)的斜拉索索力弓I起
格外的關(guān)注，盡量控制使兩側(cè)索力基本一致，在進(jìn)行測(cè)量放樣、定位工作前，同時(shí)對(duì)主梁部分梁段進(jìn)行臨時(shí)性壓重等糾偏手段來消除不平衡荷載對(duì)塔柱的偏位造成的影響，使施工期間的整個(gè)過程中，塔柱的穩(wěn)定性得以保證，且使塔柱始終處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。5.對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度直接影響著由模擬數(shù)學(xué)模型推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)的精度。由于日照和溫度場(chǎng)的變化對(duì)斜拉橋塔柱施工的影響較大，考慮到因?yàn)樗和焦?jié)段有限，施工期間不會(huì)太長，季節(jié)性溫差在塔梁同步施工中的影響很小，但塔柱砼受到日照、塔柱砼內(nèi)部溫度不均、風(fēng)力等因素影響，上塔柱位置會(huì)發(fā)生隨機(jī)的變化，因此建議對(duì)塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)和對(duì)塔柱節(jié)段模板檢查、索道管定位測(cè)量的時(shí)間段應(yīng)選擇在沒有日照、沒有3級(jí)以上大風(fēng)、并且空氣溫度及塔柱溫度變化不大的時(shí)段里進(jìn)行。一般情況下宜選擇在凌晨的零點(diǎn)到五點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量定位作業(yè)，以減弱塔柱變形對(duì)測(cè)量控制精度的影響。


圖1是塔柱偏位示意圖。本發(fā)明塔柱兩側(cè)受不均勻水平力時(shí)，已施工的塔柱節(jié)段出現(xiàn)偏位時(shí)(主要是縱向偏位)，待澆節(jié)段也隨之偏離塔柱設(shè)計(jì)里程。圖2是當(dāng)塔柱受不均勻水平力的作用時(shí)，產(chǎn)生水平變形，塔柱高程h和塔柱偏離值 d之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一座三塔斜拉橋，兩個(gè)主跨均為616米，主橋式布置為 (90+160+616+616+160+90)m。其中3#、4#、5#墩為主塔墩，以5#墩為例進(jìn)行塔梁同步施工， 5#墩中心里程為K12+458. 323m,塔柱高度為206m，塔底標(biāo)高+13. 5m,塔頂標(biāo)高+219. 5m。整個(gè)塔分為下塔柱、橫梁、中塔柱和上塔柱四個(gè)部分；下塔柱高3 、中塔柱高110. 5m、上塔柱高61. 5m。受工期制約，5#塔柱墩頂節(jié)(約十個(gè)節(jié)段)施工時(shí)擬采用塔梁同步施工的施工技術(shù)。1.測(cè)量儀器設(shè)備及標(biāo)稱精度由于塔柱的平面位置、傾斜度、高程及索道管的定位要求精度高，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)難度大，因此對(duì)測(cè)量儀器的要求也很高。為滿足施工精度的要求，塔柱施工測(cè)量作業(yè)采用 TC2003或同等級(jí)精度的測(cè)量儀器，其標(biāo)稱精度為測(cè)角0. 5〃，測(cè)距為Imm+lppmXD。TC2003 經(jīng)鑒定一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5"；—測(cè)回豎直角測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.48"；測(cè)距綜合標(biāo)準(zhǔn)差0. 19mm+0. 36ppm ；滿足標(biāo)稱精度?？紤]到塔梁同步施工時(shí)需頻繁的對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)采用最先進(jìn)的智能型全站儀TS30，其標(biāo)稱精度為0.5"“， 士(0.6mm+lX10_6D)。本工程所使用的測(cè)量儀器均經(jīng)過國家授權(quán)的計(jì)量單位檢驗(yàn)合格。所有儀器在施工測(cè)量作業(yè)過程中每隔一段時(shí)間做一次自檢，檢查儀器的雙軸補(bǔ)償縱橫向指標(biāo)差、垂直編碼度盤指標(biāo)差、水平視準(zhǔn)差、水平軸傾斜誤差等項(xiàng)目，始終保證主要儀器處于良好的工作狀態(tài)。2.控制基準(zhǔn)的建立在全橋控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，為滿足塔梁同步施工測(cè)量控制的要求，使控制點(diǎn)在觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)更方便、快捷，觀測(cè)精度達(dá)到要求，我們按照常規(guī)的方法，采用GPS對(duì)原控制網(wǎng)進(jìn)行了等精度加密。在5#墩南岸布設(shè)了 T1、T2、T3三個(gè)穩(wěn)定的強(qiáng)制對(duì)中控制觀測(cè)墩，Tl在橋軸線上游111米處，Τ2在橋軸線下游243米處，Τ3在橋軸線下游960米處，在4#墩下塔柱上、下游兩側(cè)分別設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩T4、T5，T4位于橋軸線上游104米，Τ5位于橋軸線下游268米。這5個(gè)強(qiáng)制對(duì)中控制觀測(cè)墩與全橋控制網(wǎng)的DQ17，DQ20，DQ16，DQ19、DQ22-1進(jìn)行等精度聯(lián)測(cè)后，經(jīng)精密平差賦予其三維坐標(biāo)值，作為塔梁同步施工的控制基準(zhǔn)，為后續(xù)的塔柱及索道管測(cè)量定位提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)是指由棱鏡和覘牌組成的一套固接在已澆筑節(jié)段外側(cè)壁的觀測(cè)棱鏡裝置。 5#墩塔柱從承臺(tái)以上至塔頂共分三十五節(jié)澆筑，塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)從中塔柱開始隨著塔柱施工由下至上分十三層布置，其中中塔柱分別布設(shè)在第6節(jié)、16節(jié)、和25節(jié)節(jié)段頂部塔柱側(cè)壁上， 上塔柱在每節(jié)段頂部塔柱側(cè)壁上均埋設(shè)一層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每層埋設(shè)4套監(jiān)測(cè)點(diǎn)，便于在塔柱南北兩側(cè)均能監(jiān)測(cè)到塔柱的變形情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)力求穩(wěn)固、不易被破壞，且通視條件良好。4.建立模擬數(shù)學(xué)模型理想狀況下，塔柱處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，當(dāng)塔柱受不均勻水平力的作用時(shí)，其產(chǎn)生水平變形，變形曲線為拋物線，頂點(diǎn)在塔根部，變形截止點(diǎn)是水平力施加點(diǎn)。水平力施加點(diǎn)以上部分，在不考慮自重前提下，是沿該點(diǎn)拋物線切線方向延伸。其方程一般形式是d = a h2其中a為常數(shù)，h為高程，d為塔柱偏離值Δ。在實(shí)際施工過程中，在塔柱兩側(cè)不同部位埋設(shè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)塔柱受不均勻水平力作用時(shí)，觀測(cè)多組數(shù)據(jù)(hi; Cl1), (h2，d2)……(hn，dn)，根據(jù)前面建立的數(shù)學(xué)模型，可以計(jì)算出常數(shù) 、 ……an，建立矩陣VT = [ai、a2…… ]，根據(jù)最小二乘原理，VTV=最小，可以解算出常數(shù)a的最或是值。由于所有的觀測(cè)值均使用同一臺(tái)儀器，且由同一人觀測(cè)，所以一般認(rèn)為所獲取的數(shù)據(jù)是同精度觀測(cè)，且服從正態(tài)分布，因此，在實(shí)際計(jì)算過程中，可以?。?、 a2……％的平均值作為常數(shù)a的最或是值，即a = (a^ a2......an)/n以上過程根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和實(shí)際觀測(cè)值，確定了塔柱受不均勻水平力所產(chǎn)生的變形的曲線方程。為確定待澆節(jié)段的實(shí)際施工位置，還須求得切線方程，根據(jù)數(shù)學(xué)模型d = a h2，通過數(shù)學(xué)方法可以得出通過拋物線上的點(diǎn)Ovdtl)的切線方程為d = 2 a h。h_d0用數(shù)學(xué)方法同樣可以得出，在切線上距點(diǎn)Qv d0)距離為L的待求點(diǎn)Qi1, (I1)的計(jì)算公式/ =L/^l + k2 +h0d, =kL/^l + k2 +d0其中k為所求出的常數(shù)。以上所求坐標(biāo)Qvd1)即是塔柱在受不均勻水平力作用在點(diǎn)Ovdtl)時(shí)，距作用點(diǎn)距離為L的待求點(diǎn)的坐標(biāo)(h為高程，d為塔柱偏離值Δ)。5.對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)塔柱變形觀測(cè)采用當(dāng)代最先進(jìn)的智能型全站儀TS30，其標(biāo)稱精度為0. 5"，測(cè)距精度為士(0.6mm+l Xl(T6D)15在一節(jié)塔柱的施工周期內(nèi)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分四種工況下進(jìn)行觀測(cè)①斜拉索掛索張拉前；②斜拉索張拉后；③索道管檢查定位；④塔柱模板檢查。對(duì)塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)要根據(jù)每一工況的實(shí)際需要，有選擇性地對(duì)塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。每次觀測(cè)要認(rèn)真做好觀測(cè)記錄。6.推算待澆段修正數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)觀測(cè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入到模擬數(shù)學(xué)模型中，利用編寫的程序即可瞬時(shí)計(jì)算出最后一次斜拉索掛索并初張拉后塔柱受力點(diǎn)(最后掛索的斜拉索錨固點(diǎn)處)的偏離值，據(jù)此偏離值歸納出該點(diǎn)二次拋物線切線方程，由切線方程即可推算出待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)。7.對(duì)修正數(shù)據(jù)的復(fù)核 為了避免由模擬數(shù)學(xué)模型推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)，我們?cè)诖凉补?jié)段底部(最后一節(jié)已澆筑節(jié)段頂部)固定兩套棱鏡組作為復(fù)核點(diǎn)，采取最直接的觀測(cè)方法，對(duì)最后一次斜拉索掛索并初張拉前后兩次工況進(jìn)行觀測(cè)，得出復(fù)核點(diǎn)兩組數(shù)據(jù)Ml、M2 ；另外我們用實(shí)時(shí)觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)學(xué)模型模擬推算的辦法，推算出對(duì)最后一次斜拉索掛索并初張拉前后兩次工況下復(fù)核點(diǎn)兩組數(shù)據(jù)m、N2，比較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)M1、M2，和推算數(shù)據(jù)N1、N2的差值是否吻合來判斷由模擬數(shù)學(xué)模型推算出的待澆節(jié)段定位數(shù)據(jù)的可靠性。8.主梁架設(shè)線形測(cè)量控制塔梁同步施工對(duì)主梁的影響遠(yuǎn)小于對(duì)塔柱的影響。在斜拉橋主梁架設(shè)的實(shí)際施工過程中，由于各種結(jié)構(gòu)參數(shù)不可避免與設(shè)計(jì)值存在差異，導(dǎo)致施工產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變位結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期值存在偏差，這類偏差如不進(jìn)行控制和調(diào)整，則不僅影響到成橋后橋梁運(yùn)營的效果，并且危及到施工中的結(jié)構(gòu)安全。主梁架設(shè)線形測(cè)量控制的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)主梁梁段施工周期內(nèi)，測(cè)量部門獲取準(zhǔn)確的主梁架設(shè)過程中的各工況的線形數(shù)據(jù)反饋給監(jiān)控部門， 由監(jiān)控部門對(duì)測(cè)量的線形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，并對(duì)偏差提出控制方法，對(duì)施工的實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整，達(dá)到對(duì)施工誤差進(jìn)行控制的目的。主梁架設(shè)線性測(cè)量的內(nèi)容主要包括整節(jié)段的標(biāo)高、整節(jié)段的軸線、塔柱偏位、拱度等內(nèi)容。由于主梁在架設(shè)過程中主梁標(biāo)高及軸線對(duì)溫度變化非常敏感，為了消除日照溫差的影響，關(guān)鍵控制施工工序只能在夜晚進(jìn)行，尤其是線形測(cè)量工作選擇在溫度相對(duì)恒定的凌晨0:00 5:30)進(jìn)行，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)梁體相對(duì)較穩(wěn)定，觀測(cè)前清除影響主梁線型的多余荷載。主梁的標(biāo)高線型測(cè)量通常按幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，從一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)開始，最后閉合到另一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。隨著主梁的延伸，觀測(cè)量增大，必要時(shí)可采用兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè)，整個(gè)觀測(cè)過程力求在最短時(shí)間內(nèi)完成。塔梁同步施工階段測(cè)量控制可行性分析1精度分析在塔梁同步施工過程中，索道管安裝綜合誤差由兩部分組成，一是索道管安裝時(shí)的定位誤差，另一部分就是對(duì)塔柱身上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)以確定塔柱的變化量時(shí)所產(chǎn)生的誤差積累(簡稱監(jiān)測(cè)點(diǎn)誤差)。1. 1對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的精度分析塔梁同步施工需對(duì)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)先進(jìn)行測(cè)量，主要測(cè)量高程H和里程X兩個(gè)參數(shù)，其中里程X主要用于確定塔柱偏移量。高程和里程的計(jì)算公式為
Hp = H0+SXsinZ+i-rxp = x0+s xcoszcosaHp為測(cè)點(diǎn)絕對(duì)高程，H0為控制點(diǎn)絕對(duì)高程，Xp為測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，X0為控制點(diǎn)坐標(biāo)，S為斜距，Z為豎直角，A為方位角，i為測(cè)站儀器高，r為測(cè)點(diǎn)棱鏡高。對(duì)兩式進(jìn)行微分得dH = sinZX dS+SX cosZ (dZ/ P ) +di+drdX = cosZcosAXdS-SXsinZcosA(dZ/ P )-S XcosZsinA (dA/ P )根據(jù)誤差傳播定律，測(cè)點(diǎn)高程H中誤差及里程X中誤差為Mh = ±7sin2 ZxMs2 +S2 x(Mz/pxcosZf +M12 +Mr2
Mx =±^/cos2 Zcos2 JxW/ +^2 Xsin2Zcos2 A(MZ / p)2 +S2 χ cos2 Z sin2 A(M A / p)2Mh、Mx——測(cè)點(diǎn)高程及里程中誤差；Ms, Mz, Mi, Mr, Ma——分別為距離、豎直角、儀器高、棱鏡高、方位角測(cè)量誤差；ρ——常數(shù)，P = 206洸5。在實(shí)際施工過程中，儀器采用徠卡TS30，標(biāo)稱精度為0.5"，測(cè)距精度為士(0. 6mm+l X 10_6D)，由于采用強(qiáng)制對(duì)中和固定安裝棱鏡，并每次所測(cè)的儀器高和棱鏡高都一樣，因此它們產(chǎn)生的誤差可以忽略不計(jì)，Mi = Mr = O ；方位角最不利取45度；S取最遠(yuǎn)距離600米，豎直角取最大值18度。角度觀測(cè)誤差(豎直角Mz、水平角Ma)來源主要有儀器誤差Mft= 士0. 5〃 ；照準(zhǔn)誤差(全站儀自動(dòng)搜索)Mm=0"；讀數(shù)誤差(電子讀數(shù))Mli= O"，測(cè)站誤差(強(qiáng)制對(duì)中) Mffi= O"，則
Mz = Ma=儀 2 + M照2 + M 讀2 + M對(duì)2 =±0.5"則在最不利情況下測(cè)點(diǎn)高程及里程中誤差分別為Mh= 士 2. 8mmMx= 士 2. 4mm從前面的推導(dǎo)中，得知待澆段的坐標(biāo)為H1 =L/^Jl + k2 +h0d, =kL/4l + k2 +d0式中&即是精度推導(dǎo)中的Hp，而Cltl則是由實(shí)測(cè)里程X與該點(diǎn)的起始里程之差，通過簡單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，很容易得出待澆段推斷數(shù)據(jù)的高程及里程中誤差分別為Mhl = Mh = 士 2. 8mmMdl = Mx = 士 2. 4mm1. 2索道管安裝定位精度分析根據(jù)擬合的曲線，計(jì)算出待安裝的索道管定位處理論的偏差。再對(duì)索道管進(jìn)行定位，此時(shí)索道管測(cè)量誤差分析如下索道管坐標(biāo)計(jì)算公式
Xp = X0+ScosZcosAYp = Y0+ScosZsinAHp = H0+SsinZ+i-r其中)(P、YP、HP為待測(cè)點(diǎn)ρ的三維坐標(biāo)，S為實(shí)測(cè)斜距，Z為所測(cè)豎直角，A為所測(cè)方位角，i為測(cè)站儀器高，r為測(cè)點(diǎn)棱鏡高，X0> Y0^H0為測(cè)站點(diǎn)已知三維坐標(biāo)。對(duì)上式求導(dǎo)，則有
dx = cosZcosAX ds-SX sinZcosA(dZ/ P ) -S X cosZsinA (dA/ P )
dy = cosZsinAXds-SXsinZsinA(dZ/ P )+SXcosZcosA(dA/ P )
dh = sinZX ds+SX cosZ (dZ/ P ) +di+dr
根據(jù)誤差傳播定律，可知
Mx = 士、Icos2 Z XCOS2 AxMs2 +S2 χ (Mz /pxsinZxcosJ)2 + S:! χ (cosZ χ ηΑχΜAIpf
My = ±ΛJcos2 Zxsm2 AxMs2 +S2 χ (sinZ χ sin AxMz / ρ)2 +S2χ (cosZ χ cosA χΜΑIp)2
Mh = 士^/sin2 ZxM/ +S2x{Mz! px cosZ)2 +M；2+Mr2
根據(jù)前面論述，可知角度觀測(cè)誤差Mz = Ma= 士1"，Ms = 士 1· 9mm, Mi =Mr =士 1mm，方位角最不利取45度；S取最遠(yuǎn)距離600米，角度取最大值18度，則有索道·f安裝定位三維坐標(biāo)X、Y、Z三個(gè)分量上的坐標(biāo)中誤差分別為
Mx = 士 2. 4mm
My = 士 2. 4mm
Mh = 士 2. 8mm1. 3索道管安裝綜合精度分析索道管安裝綜合精度由觀測(cè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的進(jìn)行數(shù)據(jù)推斷的高程及里程中誤差精度和索道管安裝定位精度共同決定，誤差傳播有
Mm = ±^Mx2 +Mdl2 = 士V2.42 +2.42 = ±3.4 所所My 綜=My = 士 2. 4mm
Mm = ±」Mh2 +Mhl2 = ±λ/2.82 +2.82 = ±4.0 所所2對(duì)索道管定位數(shù)據(jù)的可靠性分析由歸納出的數(shù)學(xué)模型d = a h2，進(jìn)一步推算出塔柱在點(diǎn)Ovdtl)受不均勻水平力作用時(shí)，距作用點(diǎn)距離為L的待求點(diǎn)的坐標(biāo)Qll, Cl1), (h為高程，d為塔柱偏離值)，由固定測(cè)點(diǎn)精度分析可知待求點(diǎn)的坐標(biāo)Oi1, (I1)的推算精度為Mhl = Mh= 士 2. 8_Mdl = Mx= 士 2. 4_
結(jié)合索道管安裝定位精度分析最后推算出索道管安裝綜合精度為Mxs =士 3.4mm
My綜=±2.4mm
%綜=士 4.Omm 由以上精度分析可以看出，對(duì)索道管定位的精度完全滿足士5mm的施工設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
1.一種斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于將高精度全站儀架設(shè)在塔柱沿橋向兩側(cè)的強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)臺(tái)上，對(duì)埋設(shè)在已施工塔柱節(jié)段側(cè)壁上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量，依監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量得出已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型，再依已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型推算出待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述高精度全站儀為智能型全站儀TS30。
3.按照權(quán)利要求2所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)為監(jiān)測(cè)棱鏡；在一節(jié)塔柱的施工周期內(nèi)，對(duì)監(jiān)測(cè)棱鏡分四種工況分別進(jìn)行檢測(cè)斜拉索掛索張拉前；斜拉索張拉后；索道管檢查定位；塔柱模板檢查定位。
4.按照權(quán)利要求1所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于當(dāng)塔柱受不均勻水平力的作用時(shí)，產(chǎn)生水平變形，變形曲線為拋物線，頂點(diǎn)在塔柱根部，變形截止點(diǎn)是水平力施加點(diǎn)；水平力施加點(diǎn)以上部分，在不考慮自重前提下，沿該點(diǎn)拋物線切線方向延伸；已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型為拋物線d = ah2，其中d為塔柱偏離值，h為高程，a為由多組(d，h)值得出的常數(shù)。
5.按照權(quán)利要求4所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)由/ =L/^l + k2 +h0，d =kL/^l + k2 +式得出，其中Qv d0)為受不均勻水平力的點(diǎn)，Oi1, (I1)為拋物線切線上距離Ov d0)為L的待求點(diǎn)，k為切線的斜率，是個(gè)常數(shù)。
6.按照權(quán)利要求1所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述方法包括對(duì)修正數(shù)據(jù)的復(fù)核步驟。
7.按照權(quán)利要求6所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述復(fù)核步驟為在待澆節(jié)段底部固定兩套棱鏡組，直接觀測(cè)最后一次斜拉索掛索并初張拉前后兩次工況，得出的結(jié)果與推算值進(jìn)行比較。
8.按照權(quán)利要求3所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于所述監(jiān)測(cè)棱鏡從中塔柱開始由下至上分層布置，其中中塔柱相隔若干節(jié)段、上塔柱每節(jié)段頂部塔柱側(cè)壁上埋設(shè)一層監(jiān)測(cè)棱鏡。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于在進(jìn)行測(cè)量定位工作前，對(duì)主梁部分梁段采取臨時(shí)性壓重措施。
10.按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，其特征在于對(duì)塔柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)和對(duì)塔柱節(jié)段模板檢查、索道管定位測(cè)量選擇在凌晨零點(diǎn)至五點(diǎn)， 風(fēng)力小于三級(jí)的時(shí)段進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斜拉橋塔梁同步施工測(cè)量控制方法，將高精度全站儀架設(shè)在塔柱沿橋向兩側(cè)的強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)臺(tái)上，對(duì)埋設(shè)在已施工塔柱節(jié)段側(cè)壁上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量，依監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量得出已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型，再依已施工節(jié)段偏位的數(shù)學(xué)模型推算出待澆節(jié)段定位的修正數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有方便的對(duì)塔柱及索道管進(jìn)行準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于斜拉橋領(lǐng)域。
文檔編號(hào)E01D11/04GK102251478SQ20111010738
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者伍文雄, 倪勇, 盧鵬, 張健其, 朱龍, 楊學(xué)軍, 楊杰, 林世發(fā), 鄧剛, 黎科 申請(qǐng)人:中鐵港航局集團(tuán)第二工程有限公司