CN112161612A - 一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法 - Google Patents

一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法 Download PDF

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CN112161612A CN202011001035.9A CN202011001035A CN112161612A CN 112161612 A CN112161612 A CN 112161612A CN 202011001035 A CN202011001035 A CN 202011001035A CN 112161612 A CN112161612 A CN 112161612A
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Abstract

本发明公开一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，通过采集至少4个变形监测点和验证测量点的初始桥轴空间坐标xyH建数学模型一获取变形监测点/验证测量点的局部空间坐标XYZ；再通过变形监测点的局部空间坐标XYZ和不同工况下采集的变形监测点桥轴空间坐标xyH建立误差方程组，获得不同工况下的锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差；再通过验证测量点局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，反推验证测量点桥轴空间坐标xyH并与实测验证测量点的桥轴空间坐标值对比，验证锚固系统空间姿态各参数平差值测定的可靠性。此法可提高锚固系统空间姿态测定的精度与可靠性。

Description

一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法
技术领域
本发明属于悬索桥锚固系统技术施工领域，具体涉及一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法。
背景技术
锚固系统常规安装工艺为使用全支架待锚固系统安装后，对支架与锚固系统一次性浇筑混凝土；新安装工艺锚固系统杆件安装与砼浇筑同步交替进行：待后锚梁安装完成后，锚杆分若干批次安装，每一批次锚杆安装完成后对锚块局部混凝土进行浇筑，浇筑与安装依次进行。杆件安装与砼浇筑同步交替进行，在锚固系统安装过程中，会在顺桥向产生不均匀荷载(后部重前部轻)，使得锚碇基础存在不均匀沉降(锚碇基础为沉井时不均匀沉降更为明显)，不再是常规的静止状态或存在微小均匀下沉，锚固系统随锚碇基础一起发生变化，需要考虑锚碇基础的不稳定性。因此，需要对锚固系统进行空间姿态测定。而传统锚固系统空间姿态各参数采用近似测定方法求解。
近似测定方法运用几何相似原理，数学基础不严密，认为x、y、H三个方向的观测值之间相互独立，是对锚固系统空间姿态动态空间变化的一种近似模拟，不同工程数学模型不同，同时仅在锚碇基础四角布设了4个变形监测点，没有考虑锚碇基础中部的微小挠度变形，锚固系统空间姿态各参数测定的精度与可靠性低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法。适用于不稳定锚碇基础的锚固系统动态安装。此方法具有通用性，可提高锚固系统空间姿态测定的精度与可靠性，解决分层施工动态锚固系统实时理论空间位置的精确计算问题，为动态锚固系统现场安装定位提供了准确可靠的依据。
本发明采用的技术方案如下：
一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，包括如下步骤：
步骤一：在锚碇基础顶面均匀分布至少4个变形监测点，一幅锚固系统在其内部设置至少1个验证测量点；
步骤二：在变形监测的起始时间点采集变形监测点初始桥轴空间坐标xyH数据值；在第一根后锚梁安装定位完成后采集验证测量点初始桥轴空间坐标xyH数据值；
步骤三：通过步骤二采集的数据和锚固系统设计空间姿态参数构建变形监测点/验证测量点局部空间坐标-变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标xyH-锚固系统设计空间姿态参数的数学模型一计算出变形监测点/验证测量点的局部空间坐标XYZ值；
步骤四，在第n层砼浇筑前再次采集变形监测点与验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；
步骤五：根据步骤四采集的变形监测点数据逐点进行协因数阵计算，构建误差方程组协因数阵；
步骤六：构建锚固系统局部空间直角坐标系XYZ向桥轴空间直角坐标系xyH转换的数学模型二，根据步骤四采集的变形监测点数据获得误差方程组；
步骤七：利用步骤五的误差方程组协因数阵，通过解步骤六的误差方程组获得锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差；
步骤八：利用步骤三的验证测量点局部空间坐标XYZ与步骤七的锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推计算验证测量点桥轴空间坐标xyH，并与步骤四实测的验证测量点桥轴空间坐标值对比，验证锚固系统空间姿态各参数平差值测定的可靠性；
其中n为大于等于2的整数。
优选的，还包括步骤九：在锚固系统中选择定位特征点，利用锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推出理论桥轴空间坐标xyH，采用全站仪测量定位特征点的实际桥轴空间坐标xyH，将定位特征点的桥轴空间坐标的实测值与理论计算值对比，依据偏差调整定位特征点，指导第n层砼浇筑锚固系统安装定位，完成第n层砼浇筑。
优选的，完成第n层砼浇筑后，立即重复步骤四-九，之后在第n+1层砼浇筑前，每隔一周重复步骤四-九；如果最后一周不足一周的时间按照一周计算。
优选的，所述步骤一中在锚碇基础中均匀设置有8个，分别设置于锚碇基础顶面的四个角处，以及四个角的连线中点处；所述验证测量点设置在锚固系统安装的第一根后锚梁朝向支架侧顶端中点处。
优选的，所述步骤三中的变形监测点/验证测量点局部空间坐标-变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标xyH-锚固系统设计空间姿态参数的数学模型一为：
Figure BDA0002694322030000031
其中，XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；xyH为变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标；(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角。
优选的，所述步骤二和步骤四中变形监测点和验证测量点的桥轴空间坐标xyH数据值采用安置于控制点上的全站仪进行采集，所述全站仪取天顶距测角中误差为单位权中误差。
优选的，所述步骤六中的误差方程组协因数阵为：
Figure BDA0002694322030000041
Figure BDA0002694322030000042
Figure BDA0002694322030000043
Figure BDA0002694322030000044
式中，S为测站点到变形监测点的斜距，v为测站点到变形监测点的天顶距，γ为测站点到变形监测点的方位角，b为全站仪的仪器高，j为棱镜高，其中t为变形监测点个数。
优选的，所述步骤六中的锚固系统局部空间直角坐标系XYZ向桥轴空间直角坐标系xyH转换的数学模型二为：
Figure BDA0002694322030000045
其中，xyH为变形监测点/验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；θ为理论主缆散索中心线倾角；k为尺度因子；α为锚固系统在横向竖直面内的旋转角，向线路右侧倾斜为正，向线路左侧倾斜为负；(m，n，p)为理论主缆散索点IP在xyH坐标系中的坐标。
优选的，所述步骤六中的误差方程组为：
Figure BDA0002694322030000051
Figure BDA0002694322030000052
Figure BDA0002694322030000053
Figure BDA0002694322030000054
Figure BDA0002694322030000055
其中，XiYiZi为各变形监测点的局部空间坐标；xiyiHi为各变形监测点通过全站仪采集的桥轴空间坐标xyH数据值；
Figure BDA00026943220300000512
为各变形监测点桥轴空间坐标xyH数据值的改正数；(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角，其中t为变形监测点个数。
优选的，所述步骤七中采用最小二乘法解步骤六的误差方程组；所述步骤七中锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差为：
NBB＝BTQ-1B W＝BTQ-1l
Figure BDA0002694322030000056
锚固系统空间姿态参数平差值：
Figure BDA0002694322030000057
其中，锚固系统空间姿态参数近似值F0＝(m0，n0，p0，k0，θ0，α0)T
Figure BDA0002694322030000058
锚固系统空间姿态参数精度评定：
Figure BDA0002694322030000059
Figure BDA00026943220300000510
其中，协方差阵
Figure BDA00026943220300000511
主对角线上的元素的平方根分别为锚固系统空间姿态各参数
Figure BDA0002694322030000061
对应的中误差。
本发明的优点在于，通过锚碇基础的变形监测点的变形监测、锚固系统空间姿态参数的严密测定并完成可靠性验证后，依据数学模型二，获得锚固系统空间姿态实时严密测定参数平差值，通过锚固系统空间姿态各参数平差值与锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标，就可以计算定位特征点理论桥轴空间坐标xyH，采用全站仪在相应工况下采集定位特征点的桥轴空间坐标xyH，将定位特征点的桥轴空间坐标的实测值与理论计算值对比，依据偏差调整定位特征点，指导锚固系统安装定位。
与此同时，本发明在锚碇基础四角与四中点均布设变形监测点，考虑了锚碇基础中部的微小挠度变形，是对锚固系统空间姿态动态空间变化的一种严密分析，提高锚固系统空间姿态各参数测定的精度与可靠性，解决分层施工动态锚固系统实时理论空间位置的精确计算问题，为动态锚固系统现场安装定位提供了准确可靠的依据。
附图说明
图1是局部空间直角坐标系IP-XYZ与桥轴空间直角坐标系T-xyH相对关系；
图2是桥轴空间直角坐标系T-xyH；
图3是锚碇基础变形监测点布置示意图；
图4是后锚梁验证测量点布置示意图；
图5锚杆顶口上表面定位特征点。
图中，各附图标记为：
1-变形监测点一，2-变形监测点二，3-变形监测点三，4-变形监测点四，5-变形监测点五，6-变形监测点六，7-变形监测点七，8-变形监测点八，9-控制点一，10-控制点二，11-验证测量点一，12-验证测量点二，13-后支架，14-后锚梁，15-定位特征点，16-锚杆顶口上表面。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
1.1本发明中锚固系统定位中所阐述的两种空间直角坐标系：
局部空间直角坐标系即IP-XYZ(简称XYZ坐标系)为锚固系统图纸设计坐标系，原点IP为理论主缆散索点，X轴为理论主缆散索中心线(指向地面为正)，Z轴平行于横桥向(指向线路左侧为正)，Y轴与X轴、Z轴构成右手坐标系。
桥轴空间直角坐标系即T-xyH(简称xyH坐标系)为右手空间坐标系，x轴平行于顺桥向(指向里程增大方向为正，x＝XQ)，y轴平行于横桥向(指向线路左侧为正，y＝-YQ)，H轴沿铅垂线方向(指向天空为正，即高程)。两个坐标系如图1所示，视角方向是从线路右侧向线路左侧观看，Z轴、y轴在图1中未示意。
1.2本发明中锚固系统空间姿态：
由于在锚固系统施工期间，锚体荷载逐步增加，不稳定锚碇基础产生不均匀下沉，锚固系统空间位置不宜使用设计参数按照静止模型计算。因此，本发明最终锚固系统定位方案是按照设计位置定位第一根后锚梁，剩余锚固系统均按照与第一根后锚梁之间的相对尺寸、角度关系不变的原则定位，动态测定锚固系统的空间姿态，如图2所示。
本发明中的锚固系统空间姿态包括理论主缆散索点IP桥轴空间坐标(xIP，yIP，HIP)、理论主缆散索中心线倾角θ及左右幅理论主缆散索点连线与水平面的夹角α。
锚碇基础的不均匀沉降会使得锚固系统空间姿态发生变化，在纵向竖直面内旋转vθ、横向竖直面内旋转vα，理论主缆散索点IP纵横竖三向位移vm、vn、vp，它们称为锚固系统空间姿态的修正参数。考虑修正参数后，锚固系统实时空间姿态为：
θ＝θ0+vθ，α＝vα
xIP＝m0+vm
yIP＝n0+vn
HIP＝p0+vp
式中，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角，(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP设计桥轴空间坐标。因此，本发明需要获取锚固系统空间姿态的修正参数，误差方程组解算中又称为参数改正数，通过解误差方程组就可以得到锚固系统新空间姿态各参数值，用以指导锚固系统定位安装，，获取锚固系统新空间姿态各参数值如下所示：
步骤一：在锚碇基础顶面均匀分布至少4个变形监测点，一幅锚固系统在其内部设置至少1个验证测量点；变形监测点优选为有8个，分别设置于锚碇基础顶面的四个角处，以及四个角的连线中点处；所述验证测量点设置在锚固系统安装的第一根后锚梁14朝向后支架13侧顶端中点处。如图3-4所示，图3中9为控制点一，10为控制点二，11为验证测量点一，12为验证测量点二，1-8分别为变形监测点一至八。
步骤二：在变形监测的起始时间点采集变形监测点与验证测量点初始桥轴空间坐标xyH数据值；采用安置于控制点上的全站仪进行采集，所述全站仪取天顶距测角中误差为单位权中误差，在本步骤中，合适的控制点设置和全站仪的结构、功能在本领域技术人员为常规手段，为本领域技术人员所熟知，在这里不再进行详细的阐述。
步骤三：通过步骤二采集的数据和锚固系统设计空间姿态参数构建变形监测点/验证测量点局部空间坐标-变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标xyH-锚固系统设计空间姿态参数的数学模型一计算出变形监测点/验证测量点的局部空间坐标XYZ值；其中，所述数学模型一如下所示：
Figure BDA0002694322030000091
其中，XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；xyH为变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标；(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角。
步骤四，在第n层砼浇筑前再次采集变形监测点与验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；同理，本步骤的数据采集采用安置于控制点上的全站仪进行采集，所述全站仪取天顶距测角中误差为单位权中误差。
步骤五：根据步骤四采集的变形监测点数据逐点进行协因数阵计算，构建误差方程组协因数阵；本步骤的误差方程组协因数阵如下所示：
Figure BDA0002694322030000092
Figure BDA0002694322030000093
Figure BDA0002694322030000094
Figure BDA0002694322030000095
式中，S为测站点到变形监测点的斜距，v为测站点到变形监测点的天顶距，γ为测站点到变形监测点的方位角，b为全站仪的仪器高，j为棱镜高，其中t为变形监测点个数。
步骤六：构建锚固系统局部空间直角坐标系XYZ向桥轴空间直角坐标系xyH转换的数学模型二，根据步骤四采集的变形监测点数据获得误差方程组；其中，本步骤中所述的数学模型二如下：
Figure BDA0002694322030000101
其中，xyH为变形监测点/验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；θ为理论主缆散索中心线倾角；k为尺度因子；α为锚固系统在横向竖直面内的旋转角，向线路右侧倾斜为正，向线路左侧倾斜为负；(m，n，p)为理论主缆散索点IP在xyH坐标系中的坐标。
本步骤中的误差方程组如下：
Figure BDA0002694322030000102
Figure BDA0002694322030000103
Figure BDA0002694322030000104
Figure BDA0002694322030000105
Figure BDA0002694322030000106
其中，XiYiZi为各变形监测点的局部空间坐标；xiyiHi为各变形监测点通过全站仪采集的桥轴空间坐标xyH数据值；
Figure BDA0002694322030000107
为各变形监测点桥轴空间坐标xyH数据值的改正数；(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角，其中t为变形监测点个数。
步骤七：利用步骤五的误差方程组协因数阵，通过解步骤六的误差方程组获得锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差；在本步骤中，通过最小二乘法解步骤六的误差方程组，获得的锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差如下所示：
NBB＝BTQ-1B W＝BTQ-1l
Figure BDA0002694322030000111
锚固系统空间姿态参数平差值：
Figure BDA0002694322030000112
其中，锚固系统空间姿态参数近似值F0＝(m0，n0，p0，k0，θ0，α0)T
Figure BDA0002694322030000113
锚固系统空间姿态参数精度评定：
Figure BDA0002694322030000114
Figure BDA0002694322030000115
其中，协方差阵
Figure BDA0002694322030000116
主对角线上的元素的平方根分别为锚固系统空间姿态各参数
Figure BDA0002694322030000117
对应的中误差。
步骤八：利用步骤三的验证测量点局部空间坐标XYZ与步骤七的锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推计算验证测量点桥轴空间坐标xyH，并与步骤四实测的桥轴空间坐标值对比，验证锚固系统空间姿态各参数平差值测定的可靠性；
步骤九：在锚固系统中选择定位特征点15，利用锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推出理论桥轴空间坐标xyH，采用全站仪测量定位特征点的实际桥轴空间坐标xyH，将定位特征点的桥轴空间坐标的实测值与理论计算值对比，依据偏差调整定位特征点15，指导锚固系统安装定位；定位特征点15选取为需要安装的锚杆顶口上表面16的中点，如图5所示。
与此同时，在完成第n层砼浇筑后，立即重复步骤四-九，之后在第n+1层砼浇筑前，每隔一周重复步骤四-九；如果最后一周不足一周的时间按照一周计算。
锚固系统安装过程中，杆件安装与砼浇筑交替同步进行，荷载不均匀分布导致锚碇基础产生不均匀沉降，锚固系统随锚碇基础一起发生运动，锚固系统空间位置不再是静止不变，而是动态变化，需要动态测定锚固系统空间姿态。本发明运用大角度空间坐标转换模型，数学基础严密，考虑x、y、H三个空间方向的观测值之间是两两相关系数，求解观测值协方差阵，在锚碇基础四角与四中点均布设变形监测点，考虑了锚碇基础中部的微小挠度变形，是对锚固系统空间姿态动态空间变化的一种严密分析，提高锚固系统空间姿态各参数测定的精度与可靠性，解决分层施工动态锚固系统实时理论空间位置的精确计算问题，为动态锚固系统现场安装定位提供了准确可靠的依据。通过锚碇基础的变形监测、锚固系统空间姿态参数的严密测定并完成可靠性验证后，利用锚固系统空间姿态实时严密测定参数与锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标，就可以计算出锚固系统定位特征点在不同工况不同时间下实时理论桥轴空间坐标，作为现场安装放样的目标位置，将实测位置与目标位置进行比较指导施工。
实施例
以五峰上长江特大桥北锚碇左幅锚固系统空间姿态测定为实施例，锚碇基础为沉井，在锚固系统安装过程中，沉井存在不均匀沉降与位移，锚固系统空间姿态随之发生变化。
步骤一：锚碇基础变形监测点与锚固系统验证测量点布置；
锚固系统第一根后锚梁开始安装前在沉井四角点与四中点布置8个变形监测点；第一根后锚梁按照设计位置安装定位完成后，在第一根后锚梁朝向支架侧顶端中点处布置一个验证测量点，左右两幅锚固系统共设置两个验证测量点。
如图3，图4所示；
采用徕卡TS16全站仪(标称精度为测角1″、测距1mm+1.5ppm)分别安置于控制点一9和控制点二10，其中控制点一9为控制点MT06、控制点二10为控制点MT08，对布设的变形观测点一至八1-8、验证测量点一11和验证测量点二12进行三维坐标测量，其中验证测量点一11为验证测量点YZ01，验证测量点二12为验证测量点YZ02，如图3所示，在控制点MT06 10安置全站仪可观测变形监测点二2、三3、五5、六6，在控制点MT08 9安置全站仪可观测变形监测点一1、四4、七7、八8及验证测量点YZ01 11、YZ02 12。沉井变形监测点变形观测起始时间为第一根后锚梁14安装前，锚固系统验证测量点监测起始时间为第一根后锚梁14安装定位完成后立即进行，即是在锚固系统设计空间姿态下(也是同一工况下)完成变形监测点与验证测量点的初始空间位置采集；后续沉井变形监测点与锚固系统验证测量点各工况变形监测数据同步采集，锚块每完成一层砼浇筑进行一次监测，两层砼浇筑之间每周一次，不足一周按照一周计算。
步骤二：变形监测点与验证测量点初始桥轴空间坐标xyH采集，见表1所示；
表1变形监测点与验证测量点初始桥轴空间坐标采集
Figure BDA0002694322030000131
Figure BDA0002694322030000141
步骤三：变形监测点与验证测量点局部空间坐标XYZ计算；
左幅锚固系统理论主缆散索点IP设计桥轴空间坐标为(5956.021，21.5，50)，理论主缆散索中心线设计倾角为36°，在左幅锚固系统设计空间姿态下，变形监测点与验证测量点局部空间坐标计算公式为：
Figure BDA0002694322030000142
将表1中的数据代入公式，计算结果为，见表2所示：
表2变形监测点与验证测量点局部空间坐标计算
Figure BDA0002694322030000143
Figure BDA0002694322030000151
步骤四：锚固系统安装过程中，变形监测点与验证测量点桥轴空间坐标xyH动态采集；
在锚块第8层砼浇筑前，使用徕卡TS16全站仪对沉井变形监测点与左幅锚固系统验证测量点的桥轴空间坐标进行采集，采集的数据见表3。本实施例仅以第8层砼浇筑前测定空间姿态，以指导第8层砼浇筑安装定位为例；第1-7层砼浇筑安装定位以及第8层砼浇筑以后的安装定位与第8层砼浇筑安装定位一致，在这里不再进行详细的阐述；
表3锚块第8层砼浇筑前变形监测点与验证测量点桥轴空间坐标采集
Figure BDA0002694322030000152
步骤五：8个变形监测点观测值协因数阵计算，构建误差方程组协因数阵；
控制点(变形观测中也称为工作基点)MT06桥轴空间坐标为(6047.5078，68.7381，6.1260)，MT08桥轴空间坐标为(5859.7172，-75.2709，4.7402)，变形监测点的桥轴空间坐标是通过全站仪测角与测距求算得出，计算公式为：
Figure BDA0002694322030000161
式中，(x，y，H)为监测点的桥轴空间坐标，(x测站，y测站，H测站)为测站点(已知控制点)的桥轴空间坐标，S为测站点到监测点的斜距，v为测站点到监测点的天顶距，γ为测站点到监测点的方位角，b为仪器高，j为棱镜高；
步骤二获得的变形监测点和验证测量点的初始桥轴空间坐标xyH数据值，也是通过上述计算获得的，在这里不再进行详细的阐述。
锚块第8层砼浇筑前，各变形监测点的观测元素为，见表4：
表4锚块第8层砼浇筑前各变形监测点观测元素
Figure BDA0002694322030000162
仪器高、棱镜高量取中误差σb＝σj＝0.5mm，变形观测使用徕卡TS16全站仪，其标称精度：测角1″、测距1mm+1.5ppm，计算σS、σv、σγ:
σS＝0.001+1.5S·10-6
Figure BDA0002694322030000163
Figure BDA0002694322030000171
取天顶距中误差为单位权中误差，计算变形监测点1的桥轴空间坐标的协因数阵为：
Figure BDA0002694322030000172
Figure BDA0002694322030000173
Figure BDA0002694322030000174
以此类推，剩余7个变形监测点桥轴空间坐标的协因数阵计算结果为：
Figure BDA0002694322030000175
Figure BDA0002694322030000176
Figure BDA0002694322030000177
Figure BDA0002694322030000178
Figure BDA0002694322030000179
Figure BDA00026943220300001710
Figure BDA00026943220300001711
由以上8个变形监测点桥轴空间坐标的协因数阵，构建误差方程组协因数阵为：
Figure BDA0002694322030000181
步骤六：8个变形监测点观测数据构建误差方程组；
下游锚固系统空间姿态各参数的近似值为：
F0＝(m0 n0 p0 k0 θ0 α0)T＝(5956.021 21.5 50 1 36° 0°)T
单个变形监测点的双重坐标(局部空间坐标与锚块第8层砼浇筑前工况下的桥轴空间坐标)可形成3个误差方程。
锚块第8层砼浇筑前工况下，1～8号变形监测点的误差方程系数矩阵Bi分别为：
Figure BDA0002694322030000182
Figure BDA0002694322030000183
Figure BDA0002694322030000184
Figure BDA0002694322030000185
Figure BDA0002694322030000186
Figure BDA0002694322030000187
Figure BDA0002694322030000188
Figure BDA0002694322030000189
锚块第8层砼浇筑前工况下，单个变形监测点的观测值矩阵Li为(具体数据见表3)：
Li＝(xi yi Hi)T(i＝1～8)
锚块第8层砼浇筑前工况下，1～8号变形监测点的误差方程常数项矩阵li分别为：
l1＝(-0.0151 -0.0006 -0.0181)T
l2＝(-0.0141 -0.0026 -0.0198)T
l3＝(-0.0170 -0.0016 -0.0420)T
l4＝(-0.0177 -0.0009 -0.0405)T
l5＝(-0.0161 -0.0006 -0.0205)T
l6＝(-0.0161 -0.0021 -0.0311)T
l7＝(-0.0164 -0.0009 -0.0425)T
l8＝(-0.0165 -0.0013 -0.0298)T
锚块第8层砼浇筑前工况下，单个变形监测点的观测值改正数矩阵Vi为：
Figure BDA0002694322030000196
锚块第8层砼浇筑前工况下，锚固系统空间姿态各参数改正数记为：
Figure BDA0002694322030000191
8个变形监测点的双重坐标存在24个误差方程，它们构成误差方程组：
Figure BDA0002694322030000192
Figure BDA0002694322030000193
步骤七：最小二乘法解误差方程方程组，获得锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差；
误差方程组的解为：
Figure BDA0002694322030000194
Figure BDA0002694322030000195
Figure BDA0002694322030000201
锚固系统空间姿态参数平差值为：
Figure BDA0002694322030000202
即锚块第8层砼浇筑前工况下，锚固系统新空间姿态为：理论主缆散索点IP桥轴空间坐标(5955.9943，21.4978，49.9739)、理论主缆散索中心线倾角为36°0′46.5″及左右幅理论主缆散索点连线与水平面的夹角0°0′4.5″，尺度因子为1.000016。
锚固系统空间姿态参数精度评定：
Figure BDA0002694322030000203
Figure BDA0002694322030000204
锚固系统空间姿态各参数的中误差为：
Figure BDA0002694322030000205
即锚块第8层砼浇筑前工况下，锚固系统新空间姿态各参数的测定精度为：理论主缆散索点IP桥轴空间坐标的中误差为(±0.38mm，±0.46mm，±0.38mm)、理论主缆散索中心线倾角的中误差为为±1.18″及左右幅理论主缆散索点连线与水平面的夹角的中误差为±1.66″，尺度因子的中误差为±4.65×10-6。
步骤八：利用验证测量点YZ01局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推计算左幅锚固系统的验证测量YZ01桥轴空间坐标xyH，并与实测桥轴空间坐标值对比，验证锚固系统空间姿态各参数平差值测定的可靠性。
在锚块第8层砼浇筑前工况下，以左幅锚固系统为例：由步骤三得到，左幅锚固系统验证测量点YZ01的局部空间坐标(X，Y，Z)为(65.5004，16.2106，0.0036)；由步骤七得到，左幅锚固系统空间姿态
Figure BDA0002694322030000214
新参数值为(5955.9943，21.4978，49.9739，1.000016，36°0′46.5″，0°0′4.5″)；带入公式计算得到验证测量点YZ01推算桥轴空间坐标为
Figure BDA0002694322030000211
将验证测量点YZ01桥轴空间坐标的推算值与实测值(见步骤四中的表3)进行对比，见下表5：
表5锚块第8层砼浇筑前验证测量点YZ01对比
Figure BDA0002694322030000212
从表5中可知，验证测量点YZ01桥轴空间坐标的推算值与实测值较差最大为-1.3mm，差异很小，从而证明了在锚块第8层砼浇筑前工况下左幅锚固系统空间姿态
Figure BDA0002694322030000213
新参数值测定的结果是准确可靠的，可用于指导该工况下锚固系统的安装定位。
步骤九：在锚固系统中选择定位特征点，利用锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二计算变形监测点的理论桥轴空间坐标xyH，采用全站仪在相应工况下测量定位特征点的桥轴空间坐标xyH，将定位特征点的桥轴空间坐标的实测值与理论计算值对比，依据偏差指导锚固系统安装定位。
以左幅锚固系统第5根后锚梁(共计11根后锚梁，从左幅向右幅方向计数)上的第14根锚杆(第5根后锚梁上连接有锚杆21根，从地面向天空方向计数)安装为例：定位特征点15取锚杆顶口上表面16中点C，如图5所示，定位特征点C在锚固系统内部的设计局部空间坐标(X，Y，Z)为(28.9838，2.2867，1.1002)。
由步骤七得到，左幅锚固系统空间姿态
Figure BDA0002694322030000221
新参数值为(5955.9943，21.4978，49.9739，1.000016，36°0′46.5″，0°0′4.5″)；带入公式计算得到定位特征点C理论桥轴空间坐标为
Figure BDA0002694322030000222
在锚块第8层砼浇筑前工况下，定位特征点C采用全站仪实测桥轴空间坐标(x，y，H)为(5931.2125，22.5942，34.7873)将实测值与理论值作差计算安装偏差，见下表6：
表6锚块第8层砼浇筑前定位特征点C安装偏差
Figure BDA0002694322030000223
Figure BDA0002694322030000231
由上表可知，左幅锚固系统5-14#锚杆定位特征点C需要向小里程调整7.6mm、向线路左侧调整4.1mm、高程方向下降5.5mm。
右幅锚固系统的验证采用验证测量点YZ02进行，其验证方式与左幅锚固系统的验证方式一致，在这里不再进行详细的阐述，且右幅锚固系统的安装定位与左幅锚固系统一致，因此，在这里不再进行详细的阐述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在锚碇基础顶面均匀分布至少4个变形监测点，一幅锚固系统在其内部设置至少1个验证测量点；
步骤二：在变形监测的起始时间点采集变形监测点初始桥轴空间坐标xyH数据值；在第一根后锚梁安装定位完成后采集验证测量点初始桥轴空间坐标xyH数据值；
步骤三：通过步骤二采集的数据和锚固系统设计空间姿态参数构建变形监测点/验证测量点局部空间坐标-变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标xyH-锚固系统设计空间姿态参数的数学模型一计算出变形监测点/验证测量点的局部空间坐标XYZ值；
步骤四：在第n层砼浇筑前再次采集变形监测点与验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；
步骤五：根据步骤四采集的变形监测点数据逐点进行协因数阵计算，构建误差方程组协因数阵；
步骤六：构建锚固系统局部空间直角坐标系XYZ向桥轴空间直角坐标系xyH转换的数学模型二，根据步骤四采集的变形监测点数据获得误差方程组；
步骤七：利用步骤五的误差方程组协因数阵，通过解步骤六的误差方程组获得锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差；
步骤八：利用步骤三的验证测量点局部空间坐标XYZ与步骤七的锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推计算验证测量点桥轴空间坐标xyH，并与步骤四实测的验证测量点桥轴空间坐标值对比，验证锚固系统空间姿态各参数平差值测定的可靠性；
其中n为大于等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，还包括步骤九：在锚固系统中选择定位特征点，利用锚固系统定位特征点的设计局部空间坐标XYZ与锚固系统空间姿态各参数平差值，带入数学模型二反推出理论桥轴空间坐标xyH，采用全站仪测量定位特征点的实际桥轴空间坐标xyH，将定位特征点的桥轴空间坐标的实测值与理论计算值对比，依据偏差调整定位特征点，指导第n层砼浇筑锚固系统安装定位，完成第n层砼浇筑。
3.根据权利要求2所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，完成第n层砼浇筑后，立即重复步骤四-九，之后在第n+1层砼浇筑前，每隔一周重复步骤四-九；如果最后一周不足一周的时间按照一周计算。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤一中在锚碇基础中均匀设置有8个，分别设置于锚碇基础顶面的四个角处，以及四个角的连线中点处；所述验证测量点设置在锚固系统安装的第一根后锚梁朝向支架侧顶端中点处。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤三中的变形监测点/验证测量点局部空间坐标-变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标xyH-锚固系统设计空间姿态参数的数学模型一为：
Figure FDA0002694322020000021
其中，XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；xyH为变形监测点/验证测量点初始桥轴空间坐标；(m0，n0，p0)为理论主缆散索中心点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤二和步骤四中变形监测点和验证测量点的桥轴空间坐标xyH数据值采用安置于控制点上的全站仪进行采集，所述全站仪取天顶距测角中误差为单位权中误差。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤六中的误差方程组协因数阵为：
Figure FDA0002694322020000031
Figure FDA0002694322020000032
Figure FDA0002694322020000033
Figure FDA0002694322020000034
式中，S为测站点到变形监测点的斜距，v为测站点到变形监测点的天顶距，γ为测站点到变形监测点的方位角，b为全站仪的仪器高，j为棱镜高，其中t为变形监测点个数。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤六中的锚固系统局部空间直角坐标系XYZ向桥轴空间直角坐标系xyH转换的数学模型二为：
Figure FDA0002694322020000041
其中，xyH为变形监测点/验证测量点桥轴空间坐标xyH数据值；XYZ为变形监测点/验证测量点局部空间坐标；θ为理论主缆散索中心线倾角；k为尺度因子；α为锚固系统在横向竖直面内的旋转角，向线路右侧倾斜为正，向线路左侧倾斜为负；(m，n，p)为理论主缆散索点IP在xyH坐标系中的坐标。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤六中的误差方程组为：
Figure FDA0002694322020000042
Figure FDA0002694322020000043
Figure FDA0002694322020000044
Figure FDA0002694322020000045
Figure FDA0002694322020000046
其中，XiYiZi为各变形监测点的局部空间坐标；xiyiHi为各变形监测点通过全站仪采集的桥轴空间坐标xyH数据值；
Figure FDA0002694322020000047
为各变形监测点桥轴空间坐标xyH数据值的改正数；(m0，n0，p0)为理论主缆散索点IP在桥轴空间坐标系xyH中的设计坐标，θ0为理论主缆散索中心线设计倾角，其中t为变形监测点个数。
10.根据权利要求1-4任一项所述的一种不稳定锚碇基础的悬索桥锚固系统空间姿态测定方法，其特征在于，所述步骤七中采用最小二乘法解步骤六的误差方程组；所述步骤七中锚固系统空间姿态各参数平差值及中误差为：
NBB＝BTQ-1B W＝BTQ-1l
Figure FDA0002694322020000048
锚固系统空间姿态参数平差值：
Figure FDA0002694322020000051
其中，锚固系统空间姿态参数近似值F0＝(m0，n0，p0，k0，θ0，α0)T
Figure FDA0002694322020000052
锚固系统空间姿态参数精度评定：
Figure FDA0002694322020000053
Figure FDA0002694322020000054
其中，协方差阵
Figure FDA0002694322020000055
主对角线上的元素的平方根分别为锚固系统空间姿态各参数
Figure FDA0002694322020000056
对应的中误差。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2324182Y (zh) * 1998-04-08 1999-06-16 董德禄 悬梁锚固结构
CN101224856A (zh) * 2007-12-20 2008-07-23 中铁大桥局股份有限公司 大跨重载缆索吊机及其安装方法
CN109459000A (zh) * 2018-12-29 2019-03-12 中铁大桥局集团有限公司 钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法
CN110206021A (zh) * 2019-05-22 2019-09-06 河海大学 一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法
CN209368688U (zh) * 2018-12-12 2019-09-10 北京市政建设集团有限责任公司 一种悬浇箱梁施工用挂篮
CN110470287A (zh) * 2019-07-30 2019-11-19 中铁大桥局集团第五工程有限公司 斜拉桥索导管定位方法
JP6678794B1 (ja) * 2019-03-29 2020-04-08 川田テクノロジーズ株式会社 芯出し装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2324182Y (zh) * 1998-04-08 1999-06-16 董德禄 悬梁锚固结构
CN101224856A (zh) * 2007-12-20 2008-07-23 中铁大桥局股份有限公司 大跨重载缆索吊机及其安装方法
CN209368688U (zh) * 2018-12-12 2019-09-10 北京市政建设集团有限责任公司 一种悬浇箱梁施工用挂篮
CN109459000A (zh) * 2018-12-29 2019-03-12 中铁大桥局集团有限公司 钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法
JP6678794B1 (ja) * 2019-03-29 2020-04-08 川田テクノロジーズ株式会社 芯出し装置
CN110206021A (zh) * 2019-05-22 2019-09-06 河海大学 一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法
CN110470287A (zh) * 2019-07-30 2019-11-19 中铁大桥局集团第五工程有限公司 斜拉桥索导管定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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周海生: "空间向量在悬索桥锚固系统定位空间坐标计算中的应用", 《工程设计施工与管理》 *

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