淺談大型斜拉橋的索塔施工測控技術
閆桂新 

摘要：不同的橋梁，不同的索塔，應根據設計要求、索塔周圍的環境等制定不同的施工測量方案與實施程序，以滿足施工測量的精度要求。本文對大型斜拉橋的索塔施工測控技術進行分析，闡述了斜拉橋索塔的施工測量特點，對相對基準法在索塔施工測量中的應用，以及主塔索道管的精密定位技術。
關鍵詞：斜拉橋；索塔；施工測控

1 引 言
現代大型斜拉橋主要是索、梁、塔蘭大部分組成，是一種墩塔高、主梁跨度大的高度超靜定結構體系的橋梁。這種結構體系對每個節點要求十分嚴格，節點的坐標變化都將影響結構內力的分配，因此測控工作是橋梁施工的重要組成部分。在大型斜拉橋中，其結構的傳力路徑是主梁->斜拉索->索塔，可見索塔是整體橋梁結構傳力的最重要構件，一旦索塔出現問題，則易導致整體橋梁的傾覆，因此，索塔的施工監控是斜拉橋施工監控中非常重要的內容。
2 斜拉橋索塔的施工測量特點
索塔的施工測量有如下特點：(1)精度要求高。無論是塔身的傾斜度、垂直度，還是軸線偏位、幾何尺寸以及索道管的定位等都提出較高的要求，屬于精密工程測量范疇。(2)位置特殊。一般索塔位于水域，使施工控制點的布設受到較大的限制。(3)施工干擾大。施工中的索塔在一個很小的空間內高度集中了各種構件、支架、施工機械，不論采取支架立模還是滑模加護撐等施工工藝，均可能不同程度造成儀器通視困難，條件較劣。(4)特性強。不同的橋型施工測量要求不同；相同的橋型，不同的設計，不同的地理位置，對施工測量也提出不同的要求：即使橋型、設計相同，施工環境不同，施工測量方法也要求不同。
3  相對基準法在索塔施工測量中的應用
3.1 基于基準點的距離差分改正
相對基準三維極坐標法中，基準點應選擇在穩定、通視條件好的位置， 索塔承臺或下橫梁處可以認為是平面位置最穩定處(因有龐大的樁基礎，平面位置變動一般可忽略不計，但高程方向微小的沉降，可定期進行糾正)，因此索塔承臺或下橫梁和岸上強制觀測墩的位置相對穩定，可近似認為索塔承臺墩中心點到強制觀測墩中心的距離不變，而實測距離往往與此距離存在差異，此差異可以認為是平差改正、氣象改正不嚴密的原因引起的，若將此差異按比例加到觀測邊長上則相當于將觀測邊長改正到平差計算的基準面上，有利于提高精度。
3.2 基于變形基準的變形改正
位于上橫梁或上塔柱上的經過精密測設的固定點稱為相對基準點，相對基準點本身位于變形區域內，它將隨索塔一起每天作周期性的扭轉擺動，在索塔每天作周期性擺動的前提下，可提出基于相對基準的變形改正的思想，該思想關鍵是如果相對基準點隨索塔一起作周期性擺動，相對基準點的變形可以反映索塔的變形，那么以相對基準點為依據的相對基準極坐標法可以保證放樣點與相對基準點的相對位置關系，因此索塔在形變狀態下放樣依然能夠保證其在平衡位置下的準確位置，同時最重要的是該方法可以在非平衡時間作業，大大加長作業時間，可以有效保證施工進度。
此方法操作時以下幾個方面的問題值得注意：
(1) 如果相對基準點位于上橫梁，那么求出的變形量是代表相應高度上的，如果放樣點不在此高度則只進行了近似改正，當塔柱變形較大時，則改正不準確，所以在這種情況下要求盡量選擇索塔變形較小的時段放樣；
(2) 該方法要求儀器精度高，穩定可靠，用徠卡TCA1800自動照準功能，可提高測量精度，如果儀器精度低、不穩定，將得不到好的結果；
(3) 基于單個相對基準點的變形改正不能改正扭轉變形，如果索塔扭轉較嚴重，可考慮使用兩個或多個相對基準點，來解決扭轉變形改正的問題。
3.3 三角高程相對基準差分法
大氣折光影響是單向三角高程測量的主要誤差來源，為削弱大氣折光的影響，采用等距差分技術。相對基準點作為高程控制點，用水準儀或對向三角高程的方法精密測定其高程，放樣時以索塔相對基準點作三角高程后視，實時求得待測點相對于相對基準點的高差，由于觀測視線所通過的環境與后視基本相同，大氣垂直折光誤差可基本消除。
采用本法測量時，應注意以下幾點：(1) 相對基準點的高程應確保準確，可采用多種方法精密求得；(2) 相對基準點盡量隨著塔柱的伸高而上移，以確保該線路上的大氣折光系數基本一致；(3) 施測時應用兩個己知相對基準點高程來推算，相互檢核，在限差之內取平均值作為最后高程值，超限重測。
4 主塔索道管的精密定位技術
大型斜拉橋工程中，索道管的定位是一項工作難度最大，精度要求最高的測控工作。由于索道管位于索塔的最高端，受索塔周日變形影響較大，對施工測量精度提出了更高的要求，必須選擇合適的方法，因此結合索道管的施工工藝，選取合適的測量方法，制定嚴密的施工測量技術規則。
4.1 斜拉索導管的精密定位方法
斜拉索預埋鋼管實地定位之前，應在塔柱變形小的時段，采用相對基準極坐標法在已完塔柱頂面或勁性骨架上放樣出塔柱軸線位置基準控制點，高程用差分二角高程法確定。索導管的定位采用控制頂口和底口中心三維坐標法。頂口中心的三維坐標根據設計資料計算得到，底口中心的三維坐標則根據導管的實際長度和設計傾斜度計算。頂口和底口中心的高程定位采用差分三角高程法或幾何水準測量方法測定。每節段斜拉索導管調整定位結束后，為保證定位的正確性，要進行獨立的檢核。其檢核方法以已完塔柱頂面為變形基準，采用相對極坐標法，直接用儀器測定導管頂口、底口中心標志的坐標和高程。具體實施步驟如下：
(1) 檢查索導管直徑，根據加工中心線恢復出索導管上下口中心，檢核無誤后做好標記。檢查索導管實際長度(上下口中心的間距)，如與理論加工長度不符，值大于1mm時，必須依據各參數中心計算下口中心坐標(上口中心坐標不變)并復核。
(2) 放樣錨固管的概略位置于勁性骨架上，使之基本就位，采用三維極坐標法測量索導管上口中心點并用水準儀或水準尺檢測其橫向軸線的水平度；
(3) 由上口中心的實測坐標(調整到位后)、斜拉索的空間方向余弦值(設計值)和兩中心間距計算下管口中心的設計坐標，因索道管下管口坡面垂直，為便于支立棱鏡桿，下口中心應沿中心線垂直外移適當距離，即X坐標相應增減外移；
(4) 將管口中心調整到設計并檢測，加固完成后再進行復檢測，當偏差大于3mm時應查找分析原因并切割開焊接處重新進行調整，依次反復上述調整H、X、Y過程，直至調整及加固后偏差均小于3mm；
(5) 由于調校下管口時可能引起上管口的移動，故應復測上管口中心并再次調校；并重復以上步驟，直到滿足定位精度要求。
4.2 索道管定位精度的檢測
索塔混凝土施工完成后要及時對索導管進行成品驗收，驗證安裝定位、加固、施工的效果，檢測時索導管上口時因無法同室須用全站儀將基準點三維坐標引測到模板頂口，然后用水準儀、線墜、線繩、鋼卷尺等對索導管上口中心進行坐標增量的測量，計算上口中心坐標及其成品誤差；索導管下口中心的驗收則用控制點直接檢測，但必須等到索塔外側模板拆除、上翹后才能進行檢測；成品檢測后要及時分析、查找誤差出現的原因并相應地進行改進優化控制、加固方法，使其安裝精度更高。