【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了在江陰長(zhǎng)江公路大橋南塔的施工測(cè)量中，應(yīng)用全站儀及三維坐標(biāo)法進(jìn)行施工放樣的作業(yè)方法，及時(shí)滿足了塔柱、橫梁、支撐等施工的需要，具有較高的放樣精度和明顯的作業(yè)效率。
【關(guān)鍵詞】橋塔 三維坐標(biāo)法 施工測(cè)量 應(yīng)用
1 工程概況
江陰長(zhǎng)江公路大橋位于江蘇省東部江陰市與靖江市之間，是一座跨越長(zhǎng)江的鋼懸索橋，主跨1385m。為目前中國(guó)第一、世界第四大跨度橋梁，大橋按六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋下通航凈高50m，可通過(guò)5萬(wàn)t級(jí)巴拿馬散裝貨船。
南北橋塔是由兩根鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空心柱和三道橫系梁組成框架式塔架。塔柱在縱、橫橋向分別為變寬和等寬度，截面為六邊形，南北橋塔頂標(biāo)高192.846m，在橫橋向上下游兩塔柱按斜度1/50對(duì)稱內(nèi)傾；在順橋向向墩中線方向?qū)ΨQ內(nèi)傾，每道橫梁為雙室箱形斷面，梁高11m。
設(shè)計(jì)對(duì)索塔提出了高標(biāo)準(zhǔn)，其中傾斜度為H/3000(H為塔高)，軸線點(diǎn)偏差±20mm，其它尺寸＜1/1000。因此，塔柱施工測(cè)量成為整個(gè)大橋施工測(cè)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這高于JTJ071-94《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)要求。
面對(duì)如此高的技術(shù)要求，要在僅20個(gè)月的工期內(nèi)完成，必將造成立體交叉作業(yè)，確實(shí)給施工中的測(cè)量控制帶來(lái)一定困難(如圖1所示)，在充分研究了大橋控制網(wǎng)、南岸地形、塔的“爬模”施工工藝及對(duì)“三維坐標(biāo)法”的精度估算的基礎(chǔ)上，決定放棄國(guó)內(nèi)目前超高大橋傳統(tǒng)的“天頂法”，而是采用“三維坐標(biāo)法”進(jìn)行測(cè)量控制，從根本上避免了“天頂法”測(cè)量人員和儀器在塔下作業(yè)易受墜物傷害的缺點(diǎn)。
2 三維坐標(biāo)法的基本原理與實(shí)施
隨著現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的更新與進(jìn)步，特別是集測(cè)角、測(cè)距、記錄、計(jì)算等功能為一體的全站型電子速測(cè)儀的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方案、方法起了變革作用，在大型建筑物的施工放樣中，也不例外地顯示其優(yōu)點(diǎn)。它不僅可以克服施工干擾給測(cè)量工作帶來(lái)的困難，還可以提高放樣的精度，更重要的是減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，從而滿足快速施工放樣的要求。
2.1 原理與精度
如圖2所示，0為測(cè)站點(diǎn)，P為放樣點(diǎn)。全站儀安置在0點(diǎn)，在P點(diǎn)安置反射鏡，儀器測(cè)定P點(diǎn)相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的斜距D、天頂距Z和水平方向值α。則P點(diǎn)相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)為：
X=D·sinZ·cosα
Y=D·sinZ·sinα
H=D·cosZ
實(shí)際上，由于全站儀的前述性能，上述計(jì)算工作由儀器自動(dòng)完成，并立即在顯示屏上顯示其相應(yīng)的坐標(biāo)(也可自動(dòng)記錄在電子手薄內(nèi))。由于其計(jì)算工作由儀器的計(jì)算程序在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)完成，因而杜絕了人工計(jì)算出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，同時(shí)提高了速度。
按照測(cè)量理論，從上述計(jì)算式可求得三維坐標(biāo)法放樣精度為：
Mx2=MD2·sin2Z·cos2α+D2·cos2Z·cos2α·M2Z/ρ2+D2·sin2Z·sin2α·M2α/ρ2
MY2=MD2·sin2Z·sin2α+D2·cos2Z·sin2α·M2Z/ρ2+D2·sin2Z·cos2α·M2α/ρ2
MH2=MD2·cos2Z+D2·sin2Z·M2Z/ρ2
根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的理論分析，采用精度為MZ=Mα=3″、MD=3+3ppm的全站儀，當(dāng)測(cè)站至放樣點(diǎn)的距離小于280m時(shí)，Mx、MY、MH的精度可高于±5mm。
為了驗(yàn)證上述理論分析，探討實(shí)際可能達(dá)到的精度，在實(shí)施放樣之前和放樣過(guò)程中，對(duì)放樣點(diǎn)的測(cè)量精度進(jìn)行了試驗(yàn)和檢測(cè)，在測(cè)站至放樣點(diǎn)約90～120m時(shí)，求得放樣點(diǎn)的平面位置精度MP±2mm；同時(shí)對(duì)放樣點(diǎn)高程的實(shí)測(cè)精度也進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)與等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度的高差進(jìn)行比較，在高差約43m時(shí)，三維坐標(biāo)與水準(zhǔn)測(cè)量的高差互差為2mm。
前述理論分析和實(shí)際檢測(cè)說(shuō)明，三維坐標(biāo)法放樣在平面位置和高程方面是能夠滿足精度要求的。
2.2 三維坐標(biāo)法的實(shí)施
在利用三維坐標(biāo)法放樣塔柱各節(jié)段時(shí)，通常是直接測(cè)定該段截面相應(yīng)輪廓點(diǎn)的平面坐標(biāo)。有些情況下，例如橫梁各點(diǎn)、塔柱變截面段與塔冠，以及某些預(yù)埋件位置，除了測(cè)定輪廓點(diǎn)的平面坐標(biāo)之外，還需同時(shí)測(cè)定其高程。為此在放樣之前應(yīng)結(jié)合施工場(chǎng)地條件、施工進(jìn)度，按事先擬定的測(cè)量方案，以橋梁施工控制網(wǎng)為依據(jù)，加密放樣測(cè)站點(diǎn)。在選擇測(cè)站點(diǎn)位置時(shí)，除了保證滿足放樣精度要求之外，還應(yīng)考慮通視條件、放樣方便和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)單等因素。
按照上述原則，在南塔柱施工中，盡量利用地形，選擇了在岸側(cè)沿橋軸線布置加密站點(diǎn)的方案，并先后進(jìn)行了5次加密，其布置示意圖如圖1所示。加密觀測(cè)方案采用邊長(zhǎng)交會(huì)、邊角交會(huì)、邊角網(wǎng)等形成，最后用嚴(yán)密平差軟件進(jìn)行平差，加密點(diǎn)精度列于表1。與此同時(shí)，采用幾何水準(zhǔn)方法測(cè)量高程。從表1可以看出，測(cè)站點(diǎn)具有很高的精度，完全可以滿足放樣的精度要求。
單位：mm 表1
點(diǎn) 位 C D H C1 C3 C5
MX 1.1 0.7 1.3 1.1 1.5 1.4
MY 0.4 0.5 0.6 0.6 1.8 0.8
上述測(cè)站點(diǎn)的布置，完全滿足了施工的要求。從點(diǎn)位布置還可以看出，這些點(diǎn)位基本上遠(yuǎn)離塔施工的安全禁區(qū)，確保了儀器和人身的安全，避免了施工干擾。
在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放樣時(shí)，按照三維坐標(biāo)法的原理，其測(cè)量放樣方案如圖3所示。一般是在一個(gè)測(cè)站上，以橋軸線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以固定點(diǎn)為后視方向進(jìn)行定向，依次在塔柱輪廓點(diǎn)1-4、7-10等角點(diǎn)處立鏡，在測(cè)站上架設(shè)全站儀，照準(zhǔn)相應(yīng)輪廓點(diǎn)處的反射棱鏡，儀器立即顯示出各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
在塔柱每節(jié)段放線前，先在勁性骨架上焊接固定輪廓點(diǎn)、線的專用角鋼或鐵板，通過(guò)施測(cè)坐標(biāo)，再調(diào)整立鏡點(diǎn)位置，放出立�？刂泣c(diǎn)線。
在一般情況下，1～4、7～10各點(diǎn)能直接測(cè)量坐標(biāo)。個(gè)別情況下因爬架、腳手架等桿件影響通視時(shí)，可通過(guò)棱鏡桿的長(zhǎng)度調(diào)整，或在局部范圍內(nèi)進(jìn)行偏距測(cè)量等方法解決各點(diǎn)的通視問(wèn)題。
3 結(jié)束語(yǔ)
施工測(cè)量的實(shí)踐表明，由于利用了較先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器(全站儀)，采取了上述測(cè)量作業(yè)方法，一個(gè)5～6人的測(cè)量組，不僅及時(shí)滿足了塔柱、橫梁、支撐等施工的需要，而且還完成了塔吊、電梯等附屬設(shè)備的調(diào)校工作，體現(xiàn)三維坐標(biāo)法具有明顯的作業(yè)效率。
