馬鞍山長江公路大橋主塔測量施工技術(shù)
2017-06-19
1、工程概況
馬鞍山長江公路大橋位于蕪湖長江大橋和南京長江三橋之間，距離上游蕪湖長江大橋約27公里，距離下游南京三橋約46公里，連接馬鞍山和巢湖兩市，路線全長36公里，跨江主體部分約11公里。左汊主橋?yàn)?x1080m三塔兩跨懸索橋。主橋凈寬33m，設(shè)計(jì)車速100km/h。中塔索塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為門式結(jié)構(gòu)，主要由下、上塔柱、塔頂裝飾段及上、下橫梁組成，其中下塔柱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，上塔柱、塔頂裝飾段及上、下橫梁為鋼結(jié)構(gòu)。塔高（從塔座頂面算起）為175.8m，橋面以上塔高約為127.5m，下塔柱高37.5m（塔座頂至橋面至鋼-砼疊合面），橫橋向?qū)挾?.2m-12m，順橋向?qū)挾?7m-25m。上塔柱高127.8m，（從鋼-砼疊合面算至鞍座底），橫橋向?qū)挾?.0m，順橋向?qū)挾?.9m-11.0m。上塔柱頂高程為+175.3m，上橫梁頂高程為+172.3m，下橫梁頂與橋面齊平高程為+58.237m。塔頂裝飾段高10.5m。塔柱間中心距：在塔頂處35m，承臺(tái)頂處43.5m，斜率1：39.6。
2、施工測量作業(yè)的范圍及主要依據(jù)
（一）測量作業(yè)的范圍
本測量作業(yè)段的范圍為：馬鞍山長江公路大橋左汊主橋土建工程施工MQ-01合同段，里程范圍為江心洲K8+000左汊主橋中塔。主要工作內(nèi)容包括承臺(tái)施工測量、索塔塔柱的施工放樣、關(guān)鍵構(gòu)件的安裝定位等。主要包括模板、鋼筋、勁性骨架的安裝定位，索塔高程、邊界點(diǎn)的放樣以及上、下橫梁的安裝等。
（二）測量作業(yè)的依據(jù)
?、?馬鞍山長江公路引橋土建工程施工招標(biāo)文件、招標(biāo)圖紙、清單及招標(biāo)文件補(bǔ)遺文件等國家及相關(guān)部委頒發(fā)的法律、法規(guī)和現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范。
②.《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）；
③.《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB12897-2006）；
?、?《國家三角高程測量規(guī)范》（GB/T17942-2000）；
?、?《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004）；
3、承臺(tái)施工區(qū)域加密點(diǎn)高程測量
加密點(diǎn)高程測量采用全站儀三角高程測量方法。線路布置采用閉合環(huán)形式進(jìn)行，以DQ5為起點(diǎn)，經(jīng)過圍堰上游點(diǎn)，到對(duì)岸DQ9，然后以DQ9為起點(diǎn)，經(jīng)過下游點(diǎn)，閉合到DQ5，技術(shù)參數(shù)參照二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集選用兩臺(tái)TCA2003全站儀，對(duì)向觀測。
4、塔身基座施工測量
圍堰抽水完成后，測量封底混凝土頂面高程，把加密點(diǎn)的高程和坐標(biāo)投影到封底混凝土上面。在監(jiān)理、監(jiān)控中心認(rèn)可后，放樣承臺(tái)頂面的設(shè)計(jì)軸線和高程。在承臺(tái)施工完成后，圍堰上加密點(diǎn)的坐標(biāo)、高程可能會(huì)發(fā)生變化，塔身施工前必須進(jìn)行復(fù)測，為了以后施工方便，將加密點(diǎn)布設(shè)在承臺(tái)邊防撞墻上。
采用加密點(diǎn)精確放樣承臺(tái)面塔身基座設(shè)計(jì)邊框線，在基座竣工測量時(shí)，放樣塔身設(shè)計(jì)邊框線，用于后期塔身施工。
5、混凝土塔身施工測量
混凝土塔身主要采用全站儀坐標(biāo)測量進(jìn)行模板檢查和竣工測量，當(dāng)混凝土塔身高度超過20m時(shí)，由于仰角較大借用全站儀彎管目鏡進(jìn)行瞄準(zhǔn)測量。當(dāng)塔高低于20m時(shí)，高程采用全站儀三角高程法傳遞；當(dāng)塔高超過20m時(shí)，采用鑒定鋼卷尺（50m）懸高法進(jìn)行傳遞。
6、混凝土、鋼構(gòu)塔身結(jié)合部施工測量
鋼構(gòu)塔柱第一節(jié)T1與混凝土最后一節(jié)一起施工，當(dāng)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，對(duì)T1塊進(jìn)行張拉，所以T1塊的定位精度直接影響鋼塔的位置和高程。
混凝土塔身最后一節(jié)施工前（圖中所示位置），應(yīng)在上、下游塔柱頂面埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中觀測墩采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行加密點(diǎn)測量。采用三角高程跨江水準(zhǔn)測量法將高程點(diǎn)傳遞到頂面。采用加密點(diǎn)精確放樣T1塊底面設(shè)計(jì)邊框線和外移邊框線在混凝土面上的投影。初調(diào)時(shí)，在T1塊底面結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)吊垂線進(jìn)行調(diào)整平面位置，精調(diào)時(shí)，采用一臺(tái)全站儀配彎管目鏡，一臺(tái)鉛垂儀分別安置在互相垂直的兩邊中點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)這兩個(gè)點(diǎn)滿足要求后，檢查其他兩個(gè)點(diǎn)的位置是否準(zhǔn)確。
高程調(diào)整，采用在T1四個(gè)角掛鋼卷尺，儀器安置在觀測墩上進(jìn)行測量，當(dāng)四個(gè)角高程滿足設(shè)計(jì)要求后，在T1頂面架設(shè)儀器，精確調(diào)整四角相對(duì)高差，避免后續(xù)鋼塔安裝時(shí)因高差引起傾斜。（注意高程的預(yù)抬值）。
7、鋼塔安裝測量
鋼塔是工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝，進(jìn)場后，經(jīng)過斷面尺寸檢查合格，即可施工。鋼塔安裝主要是檢測各節(jié)鋼塔安裝后平面位置和高程是否滿足設(shè)計(jì)要求。
（一）測量方法
測量方法選擇外控法。因?yàn)樗硎穷A(yù)制的，實(shí)際測量時(shí)只需要確定正交的兩個(gè)面即可。橫橋向（看圖5）為3.223/127.65，塔身等截面，左右兩幅向承臺(tái)中心傾斜，前段施工可將投影基點(diǎn)設(shè)在混凝土塔身頂面，通過鉛垂儀將點(diǎn)投影在支架上，通過兩個(gè)點(diǎn)的連線量取橫橋向偏移量，由于支架最大伸長量為3.223m，需要轉(zhuǎn)換兩次投影面，保證支架伸長量1m左右。
縱橋向?yàn)?/127.65，塔身變截面，左右兩側(cè)向承臺(tái)中心傾斜，前段施工可將投影基點(diǎn)設(shè)在混凝土塔身頂面，當(dāng)橋面板施工完成后，將投影基點(diǎn)放樣在橋面板上，做出每節(jié)的內(nèi)側(cè)點(diǎn)在橋面板的投影，為方便操作并向橋梁中線內(nèi)50m，測量內(nèi)側(cè)邊中點(diǎn)的里程方向偏差。
通過三個(gè)投影點(diǎn)測量塔身三邊中心點(diǎn)偏差確定塔柱的狀態(tài)。 （二）高程傳遞
高程傳遞主要采用全站儀天頂測距法，采用懸掛鋼尺法進(jìn)行復(fù)核。
?、?全站儀天頂測距法原理
用全站儀的測距功能進(jìn)行垂直向上測距，則其所測距離b與儀器高i之和即為所測高差，從而達(dá)到高程傳遞的目的。
?、?全站儀天頂測距法作業(yè)過程
作業(yè)時(shí)，在作業(yè)面a 處的水準(zhǔn)尺下面貼一反射膜取代棱鏡，全站儀可以通過照準(zhǔn)反射膜測得距離b，從而獲得高差。由于此法望遠(yuǎn)鏡垂直向上，照準(zhǔn)無法按照常規(guī)的瞄準(zhǔn)方法，在作業(yè)時(shí)，測量反射膜粘貼處的坐標(biāo)，然后放樣全站儀設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，保證反射膜中心和全站儀中心在一條垂線上。也可在全站儀天頂角為0°時(shí)，打開免棱鏡模式，通過光斑中心確定反射棱鏡中心。儀器高i采用水平視線法，即把儀器安置好后放平望遠(yuǎn)鏡直至垂直角讀數(shù)為90°00′00″，從已知點(diǎn)A（點(diǎn)A 與點(diǎn)B 相離較近）處所立的水準(zhǔn)尺上讀取讀數(shù)c1，從而實(shí)現(xiàn)從已知點(diǎn)A 到待求點(diǎn)a 之間的高程傳遞，即 ，從而避免了直接量取儀器高而帶來的低精度。具體施測時(shí)，應(yīng)多測回、多時(shí)段測量，以保證a處高程測量的精度，每兩小時(shí)觀測一次，共測六個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段測四個(gè)測回并取中數(shù)。
?、?全站儀天頂測距法精度分析
用這種方法觀測時(shí)，a、B 兩點(diǎn)在同一鉛垂線上，b 在測量時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了氣象改正，b 的精度取決于儀器的測距精度、垂直向上撥角精度和照準(zhǔn)反射膜精度。若采用TCR 1201，按照其標(biāo)稱精度，對(duì)于200m 高差，算得測距誤差為 =±2mm ；每次垂直撥角可控制偏差在5″以內(nèi)，算得垂直撥角誤差引起的高差誤差為 =±2mm；顧及照準(zhǔn)誤差基本上反映在測角上，對(duì)測距基本無影響，則照準(zhǔn)芯片誤差可忽略不計(jì)。而儀器高i 的獲取采用了水平視線法，儀器高的量測誤差便轉(zhuǎn)化為放平視線的撥角誤差，由于A、B 相距很近，按照垂直撥角的算法，易得放平視線誤差 <±2mm。根據(jù)誤差傳播定律，可算得高差測量誤差為：
將上述誤差值代入算得 ±3.5mm，小于索塔施工所要求的±5mm的誤差范圍，能滿足索塔施工的精度要求。
8、結(jié)論
通過全站儀天頂測距法在馬鞍山長江公路大橋主塔工程施工測量中的實(shí)用，解決了因?yàn)榭刂凭W(wǎng)點(diǎn)離主塔施工區(qū)域太遠(yuǎn)，采用極坐標(biāo)測量時(shí)受江面折光、霧氣等影響，測量成果精度和作業(yè)效率低；坐標(biāo)測量值受控制點(diǎn)本身點(diǎn)位誤差影響大等；塔身高程傳遞采用懸掛鋼尺受外界環(huán)境影響大，采用三角高程測量距離遠(yuǎn)，同時(shí)無法進(jìn)行對(duì)向觀測，保證測量成果精度；以及塔身線型受外界環(huán)境影響大，監(jiān)測要求測量精度高，常規(guī)測量方法無法測量等難題。同時(shí)在如今在建類似工程滬通長江大橋、江順大橋、平潭海峽鐵路大橋、蒙西華中公安長江鐵路大橋等主塔施工測量中借簽推廣使用。從而大大提高了同類似工程施工測量的效率和精度，提高生產(chǎn)質(zhì)量，節(jié)約施工成本。
參考文獻(xiàn)：
1. 趙杰 紀(jì)勇 .天頂距與豎直角的比較及其在測量中的應(yīng)用. 《教學(xué)與研究》 1994年03期
2. 王培洲 .三角高程測量中天頂和斜距的計(jì)算. 《四川測繪》 2000年02期
