CN115821753A - 一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斜拉索施工技术领域，更具体而言，涉及一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法。包括以下步骤：(1)空间直角坐标系的建立、(2)索导管定位的数学模型、(3)现场准备、(4)索导管定位板准备、(5)技术准备、(6)控制点联测复核、(7)粗定位、(8)精调、(9)索导管切割与切割后精调、(10)合模后复测与成品复核。本发明运用空间直线方程的三维空间坐标法，配以高精度精密全站仪对索导管的锚固端、出塔端进行安装精确定位。提前将每一根索导管空间直线方程进行编程，可随时进行实测值与理论值的数据校核，实现精确的位置调整。操作简便，应用方便，劳动强度低，定位精度高，且安全可靠，能提高工效、降低施工成本。

Description

一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法

技术领域

本发明涉及斜拉桥索导管施工技术领域，具体涉及一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法。

背景技术

斜拉桥作为一种拉索体系桥梁，利用主梁多点弹性支承体系,高跨比小,自重轻,拥有比梁式桥更优良的跨越能力，是大跨度桥梁的主要桥型。斜拉索作为主要的承重受拉构件，其索导管的定位安装是斜拉索施工的关键工序,具有精度要求高、施工难度大的特点。但是，索导管定位影响因素较多,包括加工制作误差、测量误差、定位不准、温度应力等,都会对定位产生较大的影响，索导管定位准确与否将直接影响斜拉索的安装质量,如若偏差较大，斜拉索安装后将会产生折角,对斜拉索使用寿命会产生严重影响,所以在索导管制作安装时，必须高度重视索导管精度控制。

同时导管作为一种中空的管式构件，索导管中心点的位置难以准确固定，一丝的误差就会对索导管的定位产生很大的影响。

因为索导管是在劲性骨架及钢筋工程安装完成后进行的，而主塔作为主要的受力构件，钢筋本身就比较密集。索导管定位中难免会有钢筋之类的遮挡物存在，导致视线被遮蔽，难以进行精确测设。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法。

本发明的目的在于提供一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法。

步骤如下：

S1、空间直角坐标系的建立

通常以主桥桥轴线为X轴、在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴、通过平面坐标系原点的铅垂线为Z轴(高程)。

S2、索导管定位的数学模型

为了定位方便，索导管定位的数学模型由空间直线方程推导、简化后，可用下式表达：

X＝X0+a(Z-Z0)

Y＝Y0+b(Z-Z0)………………………(1)

式中单位以米计,X0,Y0,Z0,a,b对每一根索导管而言均为常数(依据设计图纸给出的索导管锚固点坐标、塔壁侧出塔点坐标以及索导管倾斜角度就可算出，a， b为索导管在XZ、YZ平面上的正投影斜率)；高程Z为自变量，表示斜拉索中心线上某一点的高程，X、Y分别是与Z相对应的斜拉索中心线上某一点的纵向、横向坐标。

无论是索导管位置的放样、安装定位，还是对已安装好的索导管空间位置进行检查，均可采用方程(1)，借助于高精度的徕卡全站仪，将观测高程Z 代入(1)式，得到与Z对应的理论坐标X_理、Y_理，比较理论坐标X_理、Y_理与实测的坐标X_测、Y_测的差值△X、△Y，即可判断索导管的空间位置是否满足精度要求。

S3、现场准备

每次浇筑索导管基准面混凝土之前，需严格控制混凝土浇筑高度，以便给与索导管出塔点定位提供必要的空间，砼基面顶面高程至少低于下一段索导管出塔端下缘0.6米。以便为后续的索导管切割预留足够的工作空间。

S4、索导管定位板准备

索导管常规定位采用索导管的锚固端和出塔端进行定位，但是，受索导管上附着物(螺旋筋、加劲钢板、附着钢筋、劲性骨架等)的影响，不方便或不能够对锚固、出塔端位置进行直接测量放样。需根据索导管的尺寸以及外形特征，设计加工专门的定位半圆板，半圆板直径需与索导管内径相匹配，长度0.5 米。利用定位半圆板辅助定位测出锚固点中心和塔壁侧索导管中心的三维坐标。

S5、技术准备

2、斜拉索是斜拉桥上部构造的核心，是全桥受力的关键结构，而索导管是将斜拉索锚固在主塔上的重要构件，主塔施工必须保证索导管预埋空间位置、方向的准确。因此索导管定位前，要对设计图纸提供的索导管参数进行复核，了解设计意图，并根据索导管的设计数据，计算索导管定位方程的参数，所有的计算数据必须有两人以上独立计算，互相进行校核，确保计算数据的准确性。其次建立索导管的BIM模型，输出属性信息，利用模型的相关信息核查索导管的中轴线出塔点、实际锚固点的XYZ坐标及预埋管长度。图纸复核和数据计算完成后，还要依据设计图纸，结合人员、仪器配置、以及现场实际情况，制订出切实可行的高精度索导管施测方案，并进行技术交底后，才可以进行具体的索导管定位工作。

S6、控制点联测复核

控制点应便于与国家水准点进行联测，并选在能长期保存，便于施测，坚实、稳固的地方，一般选在公路路线两侧距中线50-300m的平坦地段内，联测应测2个测回，避免误差。控制点应加强保护，索导管定位前，将全站仪架设在控制点上，再次复核。

S7、粗定位

索导管定位的关键技术在于控制好索导管两端口中心的三维坐标。因此，要在主塔劲性骨架上放样出索导管位置，只要放样出锚固点和塔壁侧索导管中心点的位置就可以了。根据已知的锚固点坐标及塔壁侧索导管中心点坐标，在其设计位置上方的劲性骨架上加焊细长钢板或钢筋，在钢板或钢筋上投放A、B 两点(A点为锚固点定位参考点，B点为塔壁侧索导管中心定位参考点)，使投点的纵、横向坐标即为锚固点和塔壁侧索导管中心点设计平面坐标，而投点的竖向坐标比锚固点及塔壁侧索导管中心设计高程略高(约高50cm～100cm)，实测出A、B点的高程，计算出实测高程与设计高程的差值△ZA、△ZB。

用塔吊或吊机将索导管大概吊装至放样点A、B点下方，悬挂线头在A、B 点上，悬挂线底尖至A、B点的长度即是实测A、B点高程与锚固点和塔壁侧索导管中心点设计高程的差值△ZA、△ZB，用倒链或其它微调工具调整索导管位置使其锚固点和塔壁侧索导管中心点位置与线头底尖大概吻合,其对点误差控制在10mm以内,并临时固定,这样就完成了索导管的初定位。

S8、精调

索导管依据放样点A、B完成初定位后，进行精密定位。首先将半圆板放入索导管并临时固定(注意半圆盘要尽量与索导管轴线垂直)，实测该点三维坐标并调整到设计位置；此时盘心即为索导管锚固点位置。

将出口定位板放入索导管塔壁侧出口处并临时固定，实测该点三维坐标并代入方程(1)，计算该点的偏差值，利用微调螺丝将其微调直到误差范围内，此时半圆盘盘心即为索导管中轴线上的一点。

由于调整索导管出口定位板坐标时，可能引起锚固端中心位置变化，因此要复测锚固端中心，并再次进行微调，如此反复直至锚固点和出塔口定位板坐标同时满足误差要求后，将索导管与劲性骨架固结。

S9、索导管切割与切割后精调

由于塔柱截面异型，必须结合塔柱高度、曲率变化，同时考虑温度、荷载等对出塔口截面的影响，索导管如果是工厂预制，有的时候不能和现场实际情况完全吻合，因此，考虑现场切割能有效避免预制管件与现场实际不符的情况发生。

在主塔塔壁上对定位完毕的索导管进行切割，切割使用等离子切割机，为调整切割过程中的扰动误差，需对索导管进行再次精调。精调工艺与第一次精调一致。

S10、合模后复测与成品复核

各钢筋、预埋件焊接结束，并合模后，检查所有焊缝是否有移动或者开裂。发现问题及时进行修补，浇筑前再次复测索导管上下口中心点。进行再次精调校核，消除施工过程中对索导管的扰动。混凝土浇筑完成，砼强度达到80％及时向第三方提供索导管精调数据。

本方法运用空间直线方程的三维空间坐标法，配以高精度精密全站仪对索导管的锚固端、出塔端进行精确定位安装。通过索导管初定位，精调，切割后复调等工序，达到索导管空间定位的精度要求；

在索导管定位时，提前将每一根索导管空间直线方程进行编程，测量时可随时进行实测值与理论值的数据校核，高效快速的对索导管实现精确的位置调整，从而提高测量效率。本定位方法操作简便，应用方便，适用性强，劳动强度低，定位精度高，且安全可靠，能提高工效、降低施工成本。

施工过程中，项目管理人员对索导管位置随时监测。根据数据总结和施工经验积累，形成技术文件，为同类桥型索导管的精确定位提供了参考与借鉴。

附图说明

图1为索导管数据计算图

图2为半圆板定位构件三维示意图

图3为支撑架三维图

图4为索导管三维布置图

图5为索导管构件信息表

图6为索导管锚固端粗定位图

图7为出塔端粗定位图

图8为索导管二次精调图

图9为索导管成型图。

具体实施方式

S1、空间直角坐标系的建立

通常以主桥桥轴线为X轴、在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴、通过平面坐标系原点的铅垂线为Z轴(高程)。

S2、索导管定位的数学模型

为了定位方便，索导管定位的数学模型由空间直线方程推导、简化后，可用下式表达：

X＝X0+a(Z-Z0)

Y＝Y0+b(Z-Z0)………………………(1)

式中单位以米计,X0,Y0,Z0,a,b对每一根索导管而言均为常数(依据设计图纸给出的索导管锚固点坐标、塔壁侧出塔点坐标以及索导管倾斜角度就可算出，a， b为索导管在XZ、YZ平面上的正投影斜率)；高程Z为自变量，表示斜拉索中心线上某一点的高程，X、Y分别是与Z相对应的斜拉索中心线上某一点的纵向、横向坐标。

无论是索导管位置的放样、安装定位，还是对已安装好的索导管空间位置进行检查，均可采用方程(1)，借助于高精度的徕卡全站仪，将观测高程Z 代入(1)式，得到与Z对应的理论坐标X_理、Y_理，比较理论坐标X_理、Y_理与实测的坐标X_测、Y_测的差值△X、△Y，即可判断索导管的空间位置是否满足精度要求。

S3、现场准备

每次浇筑索导管基准面混凝土之前，需严格控制混凝土浇筑高度，以便给与索导管出塔点定位提供必要的空间，砼基面顶面高程至少低于下一段索导管出塔端下缘0.6米。以便为后续的索导管切割预留足够的工作空间。

S4、索导管定位板准备

索导管常规定位采用索导管的锚固端和出塔端进行定位，但是，受索导管上附着物(螺旋筋、加劲钢板、附着钢筋、劲性骨架等)的影响，不方便或不能够对锚固、出塔端位置进行直接测量放样。需根据索导管的尺寸以及外形特征，设计加工专门的定位半圆板，半圆板直径需与索导管内径相匹配，长度0.5 米。利用定位半圆板辅助定位测出锚固点中心和塔壁侧索导管中心的三维坐标。

S5、技术准备

斜拉索是斜拉桥上部构造的核心，是全桥受力的关键结构，而索导管是将斜拉索锚固在主塔上的重要构件，主塔施工必须保证索导管预埋空间位置、方向的准确。因此索导管定位前，要对设计图纸提供的索导管参数进行复核，了解设计意图，并根据索导管的设计数据，计算索导管定位方程的参数，所有的计算数据必须有两人以上独立计算，互相进行校核，确保计算数据的准确性。图纸复核和数据计算完成后，还要依据设计图纸，结合人员、仪器配置、以及现场实际情况，制订出切实可行的高精度索导管施测方案，并进行技术交底后，才可以进行具体的索导管定位工作。

S6、控制点联测复核

控制点应便于与国家水准点进行联测，并选在能长期保存，便于施测，坚实、稳固的地方，一般选在公路路线两侧距中线50-300m的平坦地段内，联测应测2个测回，避免误差。控制点应加强保护，索导管定位前，将全站仪架设在控制点上，再次复核。

S7、粗定位

索导管定位的关键技术在于控制好索导管两端口中心的三维坐标。因此，要在主塔劲性骨架上放样出索导管位置，只要放样出锚固点和塔壁侧索导管中心点的位置就可以了。根据已知的锚固点坐标及塔壁侧索导管中心点坐标，在其设计位置上方的劲性骨架上加焊细长钢板或钢筋，在钢板或钢筋上投放A、B 两点(A点为锚固点定位参考点，B点为塔壁侧索导管中心定位参考点)，使投点的纵、横向坐标即为锚固点和塔壁侧索导管中心点设计平面坐标，而投点的竖向坐标比锚固点及塔壁侧索导管中心设计高程略高(约高50cm～100cm)，实测出A、B点的高程，计算出实测高程与设计高程的差值△ZA、△ZB。

用塔吊或吊机将索导管大概吊装至放样点A、B点下方，悬挂线头在A、B 点上，悬挂线底尖至A、B点的长度即是实测A、B点高程与锚固点和塔壁侧索导管中心点设计高程的差值△ZA、△ZB，用倒链或其它微调工具调整索导管位置使其锚固点和塔壁侧索导管中心点位置与线头底尖大概吻合,其对点误差控制在10mm以内,并临时固定,这样就完成了索导管的初定位。

S8、精调

索导管依据放样点A、B完成初定位后，进行精密定位。首先将半圆板放入索导管并临时固定(注意半圆盘要尽量与索导管轴线垂直)，实测该点三维坐标并调整到设计位置；此时盘心即为索导管锚固点位置。

将出口定位板放入索导管塔壁侧出口处并临时固定，实测该点三维坐标并代入方程(1)，计算该点的偏差值，利用微调螺丝将其微调直到误差范围内，此时半圆盘盘心即为索导管中轴线上的一点。

由于调整索导管出口定位板坐标时，可能引起锚固端中心位置变化，因此要复测锚固端中心，并再次进行微调，如此反复直至锚固点和出塔口定位板坐标同时满足误差要求后，将索导管与劲性骨架固结。

S9、索导管切割与切割后精调

由于塔柱截面异型，必须结合塔柱高度、曲率变化，同时考虑温度、荷载等对出塔口截面的影响，索导管如果是工厂预制，有的时候不能和现场实际情况完全吻合，因此，考虑现场切割能有效避免预制管件与现场实际不符的情况发生。

在主塔塔壁上对定位完毕的索导管进行切割，切割使用等离子切割机，为调整切割过程中的扰动误差，需对索导管进行再次精调。精调工艺与第一次精调一致。

S10、合模后复测与成品复核

各钢筋、预埋件焊接结束，并合模后，检查所有焊缝是否有移动或者开裂。发现问题及时进行修补，浇筑前再次复测索导管上下口中心点。进行再次精调校核，消除施工过程中对索导管的扰动。混凝土浇筑完成，砼强度达到80％及时向第三方提供索导管精调数据。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、空间直角坐标系的建立，通常以主桥桥轴线为X轴、在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴、通过平面坐标系原点的铅垂线为Z轴，

S2、索导管定位的数学模型，为了定位方便，建立索导管定位的数学模型，

S3、现场准备，每次浇筑索导管基准面混凝土之前，需严格控制混凝土浇筑高度，以便给与索导管出塔点定位提供必要的空间，

S4、索导管定位板准备，根据索导管的尺寸以及外形特征，设计加工专门的定位半圆板，

S5、技术准备，因此索导管定位前，要对设计图纸提供的索导管参数进行复核，了解设计意图，并根据索导管的设计数据，计算索导管定位方程的参数，

S6、控制点联测复核，控制点应便于与国家水准点进行联测，并选在能长期保存，便于施测，坚实、稳固的地方，

S7、粗定位，根据已知的锚固点坐标及塔壁侧索导管中心点坐标，在其设计位置上方的劲性骨架上加焊细长钢板或钢筋，钢板或钢筋做好标记，用以作为吊装的参考点，计算出参考点实测高程与设计高程的差值，再用塔吊或吊机将索导管大概吊装至放样点参考点下方，用倒链或其它微调工具调整索导管位置，并临时固定，

S8、精调，首先将半圆板放入索导管并临时固定，实测该点三维坐标并调整到设计位置；此时盘心即为索导管锚固点位置，

将出口定位板放入索导管塔壁侧出口处并临时固定，实测该点三维坐标并计算该点的偏差值，利用微调螺丝将其微调直到误差范围内，此时半圆盘盘心即为索导管中轴线上的一点，

S9、索导管切割与切割后精调，精调工艺与第一次精调一致，

S10、合模后复测与成品复核，合模后，浇筑前再次复测索导管上下口中心点，进行再次精调校核。

2.根据权利要求1所述的一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于：所述S5中，准备半圆板，半圆板直径需与索导管内径相匹配，为索导管的内径减2mm，长度0.5米，连接杆与半圆盖板保持垂直，采用螺母连接,终拧扭矩满足规范要求。

3.根据权利要求1所述的一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于：所述S5中，建立了索导管的BIM模型，输出属性信息，利用模型的相关信息核查索导管的中轴线出塔点、实际锚固点的XYZ坐标及预埋管长度，进行辅助定位。

4.根据权利要求1所述的一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于：所述S9中，为保证索导管的切割面线形与主塔塔身一致，索导管在高空沿着钢筋外沿进行切割，切割面与索塔外缘线一致，切割采用等离子切割。

5.根据权利要求1所述的一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于：所述S9中，为消除切割过程中对索导管的扰动，需要进行索导管的二次精调工艺。

6.根据权利要求1所述的一种斜拉桥主塔索导管精密定位方法，其特征在于：所述S10中，合模后进行再次对索导管的位置信息进行核查精调，浇筑砼达到设计强度后，持续施测，提供下一节的纠偏数据。

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