CN110470287A - 斜拉桥索导管定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及施工测量技术领域，公开了一种斜拉桥索导管定位方法，包括以下步骤：在主塔下横梁及边墩布设控制点，在主塔上布设监测棱镜；对控制点进行加密测量得出控制点设计值；测量出主塔上监测棱镜的设计坐标值；在7～8级风力条件下，进行晃动实验测试；确认测量m个半测回数能满足索导管定位精度要求；测量m个半测回监测棱镜坐标值，得出主塔变形修正值△X和△Y；测量m半测回得出索导管锚固点和出塔点实测坐标值，根据△X和△Y修正其实测坐标值；最后测量高程值，根据测量高程和修正后的坐标值反复调整索导管锚固点和出塔点的位置和高程。采用该方法能有效地解决斜拉索导管在大风条件下精确定位的问题。

Description

斜拉桥索导管定位方法

技术领域

本发明涉及跨海桥梁工程施工测量技术领域，具体涉及斜拉桥索导管定位方法。

背景技术

随着技术的提升，桥梁的跨度越来越大，桥梁墩身距离岸边越来越远，桥墩越来越高，在现有施工测量技术中，进行高精度测量定位时，均要求控制点和测量点处于稳定状态才能进行测量。

但在某些跨海大桥建设中，全年都处于大风的环境下。例如，某一跨海大桥，由于该地区全年6级以上大风天数有310天左右，7级以上大风天数有200天左右，但主塔要求在8级风力下能正常主塔施工，也需要在8级风下能正常定位测量。

并且桥墩距离岸边较远，很难采用岸上控制点进行测量，只能在主塔下横梁顶及边墩顶部加密控制点进行测量，但在大风和大浪条件下，控制点稳定性很差，由于迎风面和背风面存在温度差，塔柱存在风力变形。因此现有的斜拉索导管定位方法无法在大风下使用且满足精度要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉桥索导管定位方法，能有效地解决斜拉索导管在大风条件下精确定位的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种斜拉桥索导管定位方法，包括以下步骤：

S1：在每座主塔的下横梁上布置两个控制点，分别作为后视定向点和检核点、以及对应的边墩上布置控制点作为设站点，并在主塔施工面的设定距离内布设监测棱镜；

S2：在4级及以下风力条件下，对下横梁上布置的两个控制点以及对应的边墩上布置的控制点进行平面坐标和高程加密测量，得出后视定向点、检核点以及设站点的设计坐标值及高程值；

S3：在4级及以下风力下的设定时间段内，采用极坐标法测量出主塔上的监测棱镜的设计坐标值；

S4：在7-8级条件下，进行晃动实验测试，得到检核点不同半测回数内对应的坐标差值变化幅度，以及对应平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度；

S5：根据索导管定位精度、全站仪级别、外符合精度及坐标差值变化幅度，确定满足精度要求的外符合精度对应的半测回数m；

S6：在6-8级风力条件下，测量m半测回主塔最顶部的监测棱镜，取均值得到该监测棱镜的实测坐标值，结合该实测坐标值和设计坐标值得到主塔的变形修正值△X和△Y；

S7：在6-8级风力条件下，测量m半测回索导管锚固点及出塔点，取均值得到索导管锚固点及出塔点的实测坐标值，根据修正值△X和△Y修正索导管锚固点及出塔点的实测坐标值；

S8：采用全站仪天顶测距法把下横梁的高程点引测至塔顶施工面，用水准仪采用几何水准法测量高程，根据测量高程和修正后的实测坐标值反复调整索导管锚固点和出塔点的位置和高程，直至满足精度要求。

在上述技术方案的基础上，步骤S1中所布设的所有控制点均采用强制归心墩结构。

在上述技术方案的基础上，S2步骤中对所有的控制点加密测量，采用导线和GPS相结合方式进行测量。

在上述技术方案的基础上，所有的控制点形成控制网，在加密测量后，使控制网最弱边边长相对中误差的预设精度要求，具体包括：

根据公式：得到最弱边边长相对中误差

使满足精度要求；

式中：M为施工放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差，S为最弱边的边长。

在上述技术方案的基础上，在进行S4步骤之前，在所有的控制点四周都安装防风罩，在测量视线通过方向安装可开启的滑动门。

在上述技术方案的基础上，在进行晃动实验测试前，确认设站点与后视定向点和检核点之间的夹角小于5度。

在上述技术方案的基础上，对检核点进行晃动实验测试，具体包括：

在边墩的设站点架设全站仪，关闭仪器补偿功能，整平仪器后，以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，定向完成后，以300ms为时间间隔连续测量n半测回主塔下横梁另外一个作为检核点的控制点，得到其观测值。

在上述技术方案的基础上，计算不同半测回数的平均坐标值的外符合精度，具体包括：

将作为检核点的控制点的设计坐标值作为真值，取每k半测回为一组，一组的平均坐标值为k_j，w组的平均坐标值分别为k₁，k₂，···k_j···k_w，则w组平均坐标值相对于真值的偏差分别为：

根据w组k半测回的平均坐标值相对于真值的偏差，得到k半测回为一组的平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度：

式中：Δ＝[Δ₁，Δ₂，···Δ_j···Δ_w]^T。

在上述技术方案的基础上，在进行S6步骤前，先对测量m半测回数取均值能达到的精度的进行验证，具体包括：

在6-8级风力条件下，在设站点架设好全站仪后；

以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，另外一个控制点作为检核点，测量两组检核点的坐标，每组测量m半测回取均值，得到两组测量的平均坐标值，将两组平均坐标值与检核点的设计坐标值对比，判断是否均满足外符合精度要求，若满足，则进行S6步骤，若不满足，则返回S5步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用后视定向点和检核点基本大致在同一个方向，确定出在4级及以下风力条件下的检核点的设计坐标值；在7-8级风力条件下，确认m半测回取均值能能达到索导管定位精度要求。在6-8级风力条件下进行索导管定位时，取m半测回数实测坐标的均值为最终结果，能有效消除控制点不稳定和全站仪难以严格整平所产生的误差，同时通过测量塔柱监测棱镜坐标值来修正主塔变形影响，从而达到斜拉桥索导管定位精度要求。

附图说明

图1为本发明实施例中斜拉桥索导管定位方法的流程图；

图2为本发明实施例中控制网的布设图；

图3为本发明实施例中索导管测量定位示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中斜拉桥索导管定位方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种斜拉桥索导管定位方法，包括以下步骤：

S1：在每座主塔的下横梁上布置两个控制点，分别作为后视定向点和检核点、以及对应的边墩上布置控制点作为设站点，在距离主塔施工面设定距离内布设塔柱监测棱镜。在本实施例中，设定距离为主塔施工面以下的5-10米。

图2为本发明实施例中控制网的布设图，如图2所示：在本实施例中，后视定向点和检核点以及设站点采用强制归心墩结构。图中的D2、D3和D4、D5分别为下横梁上间隔布设后视定向点和检核点，D1、D6分别为边墩上设置的设站点。

图3为本发明实施例中索导管测量定位示意图，如图3所示：

S2：在4级及以下风力条件下，对下横梁上布置的两个控制点以及对应的边墩上布置的控制点进行平面坐标和高程加密测量，得出后视定向点、检核点以及设站点的设计坐标值及高程值。

优选地，S2步骤中所有的控制点加密测量，采用导线和GPS相结合方式进行测量。

优选地，所有的控制点形成控制网，在加密测量后，使控制网最弱边边长相对中误差的满足预设精度要求，具体包括：

根据公式：得到最弱边边长相对中误差

使满足精度要求；

式中：M为施工放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差，S为最弱边的边长。

在本实施例中，选择表1中的GPS测量二等精度，符合《铁路工程测量规范》(TB10101-2009)。

表1桥梁施工平面控制网的测量等级和精度

S3：在4级及以下风力下的设定时间段内，采用极坐标法测量出主塔上的监测棱镜的设计坐标值。

在本实施例中，设定时间段22：00～6：00点，这段时间可以方便测量，塔柱向阳面的温度与背阴面的温度差小，塔柱的变形小，可以使测量的结果更加准确。

优选地，在进行S4步骤之前，在所有的控制点归心墩上四周都安装防风罩，在测量视线通过方向安装可开启的滑动门。在本实施例中安装碉堡式防风罩，安装这样可以，使后视定向点、检核点、设站点更加的稳定，使后续测得数据更加的准确。

S4：在7-8级条件下，进行晃动实验测试，得到检核点不同半测回数内的坐标变化幅度，以及对应平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度。

优选地，在进行晃动实验测试前，确认设站点与后视定向点和检核点之间的夹角小于5度。这样可以保证检测的准确性。

优选地，对检核点进行晃动实验测试，具体包括：

在边墩的设站点架设全站仪，关闭仪器补偿功能，整平仪器后，以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，定向完成后，以300ms为时间间隔连续测量n半测回主塔下横梁另外一个作为检核点的控制点，得到其观测值。

根据晃动试验测试得到的n半测回检核点的坐标值,得到检核点的不同半测回数所测的坐标变化幅度，取m半测回数坐标均值；计算m半测回数坐标均值和设计坐标值对比的外符合精度。

平均坐标值外符合精度的具体计算方式如下：

以300ms为时间间隔连续测量100～200半测回(只测正镜)坐标值，和设计坐标值进行对比求出坐标差值，按照顺序计算5半测回、10半测回、20半测回的坐标均值，及均值和已知坐标差值，根据坐标差值计算5半测回、10半测回、20半测回坐标均值差的外符合精度及变化幅度。具体地：

①单次半测回偏差计算

将作为检核点的控制点的设计坐标值作为真值，在6-8级风力环境下全站仪实测单次半测回的观测值分别为l₁，l₂，···l_i···l_n。设为观测值向量L＝[l₁，l₂，···l_i···l_n]^T的真值，则各观测值相对于真值的偏差：

其中，l_i为第单次半测回的第i次的观测值。

②单次半测回的外符合精度计算

根据各观测值相对于真值的偏差，计算单次半测回的外符合精度：

式中：Δ＝[Δ₁，Δ₂，···Δ_i···Δ_n]^T。

③计算不同半测回数的平均坐标值的外符合精度，具体包括：

将作为检核点的控制点的设计坐标值作为真值，取每k半测回为一组，一组的平均坐标值为k_j，w组的平均坐标值分别为k₁，k₂，···k_j···k_w，则w组平均坐标值相对于真值的偏差分别为：

根据w组平均坐标值相对于真值的偏差，得到k半测回为一组的平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度：

式中：Δ＝[Δ₁，Δ₂，···Δ_j···Δ_w]^T。

具体地，如某次检测试验中，在边墩的设站点架设0.5秒自动照准全站仪，仪器整平后，以主塔下横梁上设置的后视定向点，以300ms时间间隔正镜连续测量160次主塔下横梁检核点D3的坐标值。坐标测量数据统计表见表2。

表2坐标观测值数据表

对表2数据进行5半测回、10半测回、20半测回取均值后数据和设计坐标值对比，计算得到不同半测回数坐标差值的外符合精度及变化幅度，分析结果见表3。

表3分析结果统计表

单次	△X(mm)	△Y(mm)
			最大值	0.10	10.23
最小值	-2.60	-10.17
			外符合精度	1.18	4.67
5半测回均值	△X(mm)	△Y(mm)
			最大值	-0.44	6.43
最小值	-1.82	-6.49
			外符合精度	1.12	3.31
10半测回均值	△X(mm)	△Y(mm)
			最大值	-0.59	4.96
最小值	-1.70	-5.05
			外符合精度	1.10	3.08
20半测回均值	△X(mm)	△Y(mm)
			最大值	-0.71	2.82
最小值	-1.49	-4.72
			外符合精度	1.09	2.94

S5：根据索导管定位精度、全站仪级别、外符合精度及坐标变化幅度，确定满足精度要求的外符合精度对应的半测回数m。即在本实施例中，k取m时外符合精度。

在该测试的实施中，根据索导管定位精度、全站仪级别，及5半测回均值、10半测回均值、20半测回坐标均值差的外符合精度及坐标变化幅度，得出边墩的设站点架设全站仪，主塔下横梁设置后视定向点和检核点，测量20半测回数取均值能满足索导管定位精度要求。

在进行S6步骤前，先对半测回数m的进行精度验证，具体包括：

在6-8级风力条件下，在设站点架设好全站仪后；

以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，另外一个控制点作为检核点，测量两组检查点的坐标，每组测量m半测回取均值，得到两组测量的平均坐标值，将两组平均坐标值与检核点的设计坐标值对比，判断是否均满足外符合精度要求，若满足，则进行S6步骤，若不满足，则返回S5步骤。

S6：在6-8级风力条件下，测量m半测回主塔最顶部的监测棱镜，得到该监测棱镜的实测坐标值，结合该实测坐标均值和设计坐标值对比得到主塔的变形修正值△X和△Y。

S7：在6-8级风力条件下，测量m半测回索导管锚固点及出塔点，取均值得到索导管锚固点及出塔点的实测坐标值，根据修正值△X和△Y修正索导管锚固点及出塔点的实测坐标值。

S8：采用全站仪天顶测距法把下横梁的高程点引测至塔顶施工面，用水准仪采用几何水准法测量高程，根据测量高程和修正后的实测坐标值反复调整索导管锚固点和出塔点的位置和高程，直至满足精度要求。

具体地，在6-8级风力条件下，。在本实施例中，采用全站仪天顶测距法测量塔顶下横梁至施工面的高程，用水准仪采用几何水准法测量索导管锚固点和出塔点的实测高程值。

综上所述，本发明采用后视定向点和检核点基本大致在同一个方向，确定出在4级及以下风力条件下的检核点的设计坐标值，确定出在7-8级风力条件下，根据实测数据分析得出取m半测回坐标值取均值后能满足索导管定位精度要求。在6-8级风力条件下，以半测回数m为基准确定索导管锚固点及出塔点的坐标。有效消除了控制点不稳定和全站仪难以严格整平所产生的误差，通过测量监测棱镜坐标值来修正主塔风力变形影响，从而达到斜拉桥索导管定位精度要求。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在每座主塔的下横梁上布置两个控制点，分别作为后视定向点和检核点、以及对应的边墩上布置控制点作为设站点，并在主塔施工面的设定距离内布设监测棱镜；

S2：在4级及以下风力条件下，对下横梁上布置的两个控制点以及对应的边墩上布置的控制点进行平面坐标和高程加密测量，得出后视定向点、检核点以及设站点的设计坐标值及高程值；

S3：在4级及以下风力下的设定时间段内，采用极坐标法测量出主塔上的监测棱镜的设计坐标值；

S4：在7-8级条件下，进行晃动实验测试，得到检核点不同半测回数内对应的坐标差值变化幅度，以及对应平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度；

S5：根据索导管定位精度、全站仪级别、外符合精度及坐标差值变化幅度，确定满足精度要求的外符合精度对应的半测回数m；

S6：在6-8级风力条件下，测量m半测回主塔最顶部的监测棱镜，取均值得到该监测棱镜的实测坐标值，结合该实测坐标值和设计坐标值得到主塔的变形修正值△X和△Y；

S7：在6-8级风力条件下，测量m半测回索导管锚固点及出塔点，取均值得到索导管锚固点及出塔点的实测坐标值，根据修正值△X和△Y修正索导管锚固点及出塔点的实测坐标值；

S8：采用全站仪天顶测距法把下横梁的高程点引测至塔顶施工面，用水准仪采用几何水准法测量高程，根据测量高程和修正后的实测坐标值反复调整索导管锚固点和出塔点的位置和高程，直至满足精度要求。

2.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，步骤S1中所布设的所有控制点均采用强制归心墩结构。

3.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，S2步骤中对所有的控制点加密测量，采用导线和GPS相结合方式进行测量。

4.如权利要求3所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，所有的控制点形成控制网，在加密测量后，使控制网最弱边边长相对中误差的预设精度要求，具体包括：

根据公式：得到最弱边边长相对中误差

使满足精度要求；

式中：M为施工放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差，S为最弱边的边长。

5.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，

在进行S4步骤之前，在所有的控制点四周都安装防风罩，在测量视线通过方向安装可开启的滑动门。

6.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，

在进行晃动实验测试前，确认设站点与后视定向点和检核点之间的夹角小于5度。

7.如权利要求4所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，对检核点进行晃动实验测试，具体包括：

在边墩的设站点架设全站仪，关闭仪器补偿功能，整平仪器后，以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，定向完成后，以300ms为时间间隔连续测量n半测回主塔下横梁另外一个作为检核点的控制点，得到其观测值。

8.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，计算不同半测回数的平均坐标值的外符合精度，具体包括：

将作为检核点的控制点的设计坐标值作为真值，取每k半测回为一组，一组的平均坐标值为k_j，w组的平均坐标值分别为k₁，k₂，···k_j···k_w，则w组平均坐标值相对于真值的偏差分别为：

根据w组k半测回的平均坐标值相对于真值的偏差，得到k半测回为一组的平均坐标值和设计坐标值对比的外符合精度：

式中：Δ＝[Δ₁，Δ₂，···Δ_j···Δ_w]^T。

9.如权利要求1所述的斜拉桥索导管定位方法，其特征在于，在进行S6步骤前，先对测量m半测回数取均值能达到的精度的进行验证，具体包括：

在6-8级风力条件下，在设站点架设好全站仪后；

以主塔下横梁一个控制点为后视定向点，另外一个控制点作为检核点，测量两组检核点的坐标，每组测量m半测回取均值，得到两组测量的平均坐标值，将两组平均坐标值与检核点的设计坐标值对比，判断是否均满足外符合精度要求，若满足，则进行S6步骤，若不满足，则返回S5步骤。