三維坐標(biāo)法在海河大橋主塔索道管定位測(cè)量中的應(yīng)用

三維坐標(biāo)法在xx大橋主塔索道管定位測(cè)量中的應(yīng)用【摘要】在斜拉橋高塔索道管測(cè)量中，運(yùn)用獨(dú)立控制系統(tǒng)配合全站儀三維坐標(biāo)法對(duì)索導(dǎo)管定位測(cè)量，簡(jiǎn)化測(cè)量步驟，提高測(cè)量速度，確保測(cè)量工作在高塔索道管定位測(cè)量中的精確性?！娟P(guān)鍵詞】獨(dú)立控制；三維坐標(biāo)；索道管定位；測(cè)量1、工程概況天津xx大橋主塔為“鉆石型”，直接坐落在承臺(tái)頂面上，承臺(tái)以上全高為164.798米。主塔由塔靴、下塔柱、中塔柱、上塔柱、下橫梁及上橫梁組成。索道管布置在上塔柱部分，斜拉索共74根，采用空間扇形布置，索面豎直方向在主塔上交點(diǎn)間距為1.5～2.5米，斜拉索錨點(diǎn)位于塔壁中心線。主梁上主跨側(cè)的水平方向索距為16米，橫橋向斜拉索線10.719米，豎直方向斜拉索錨固點(diǎn)距梁頂（最高點(diǎn)）1米，斜拉索通過(guò)鋼錨箱邊跨側(cè)索距為8米～10米，橫橋方向斜拉索錨點(diǎn)距道路中心線10.7米，豎直方向（最高點(diǎn)）2米。2、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換在施工測(cè)量中平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用天津任意直角坐標(biāo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不能直觀的反映構(gòu)筑物幾何尺寸和坐標(biāo)之間的位置關(guān)系，為了方便主塔施工控制，在原有坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，我們建立了大橋獨(dú)立坐標(biāo)系，作為主塔的獨(dú)立控制網(wǎng)。（如右圖）圖空間坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0，0）為塔對(duì)稱中心線高程+0．000m處，X軸正方向指向大樁號(hào)方向（邊墩方向），Y軸指向下游方向，Z軸指向塔頂。高程采用1972年大沽高程系統(tǒng)2003年成果。如右圖換算公式如下：其中：x、y為大橋獨(dú)立坐標(biāo)；x′、y′為天津任意直角坐標(biāo)；α為獨(dú)立坐標(biāo)X軸正方向在大地坐標(biāo)系中的方位角。3.索道管空間位置推算根據(jù)設(shè)計(jì)提供的主塔錨固區(qū)尺寸數(shù)據(jù)表和拉索錨固點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)表，求解每根拉索的空間直線方程。′=′=′=注：為待測(cè)點(diǎn)到錨固點(diǎn)的斜距算式中ax、zy、az、為索號(hào)在大橋獨(dú)立坐標(biāo)系中XZ、YZ、XY平面的投影角x、y、h為索號(hào)對(duì)應(yīng)塔上錨固點(diǎn)坐標(biāo)。為驗(yàn)證空間直線方程的正確性，以C1號(hào)索為例，按照設(shè)計(jì)提供的主塔錨固區(qū)尺寸數(shù)據(jù)表和拉索坐標(biāo)數(shù)據(jù)表中的已知數(shù)據(jù)代入直線方程中，索道管斜長(zhǎng)取整個(gè)纜索的長(zhǎng)度=79.671m（該根索的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)）′=1.54+=15′=6.592+=10.719′=116.364-=39.695經(jīng)驗(yàn)證，所求點(diǎn)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)提供的梁上錨固點(diǎn)坐標(biāo)一致。4．三維坐標(biāo)法在空間定位中的運(yùn)用4.1.索管道定位斜拉索管道定位的關(guān)鍵是保證錨固中心點(diǎn)的空間位置及管道的方向正確。上塔柱每節(jié)有多層索導(dǎo)管，并且導(dǎo)管精密定位時(shí)無(wú)模板可依，索道管定位可分兩步。4.1.1首先將概略位置放樣于勁性骨架上，將索道管基本就位；然后精密定位時(shí)先定位錨座中心位置?？紤]到索道管本身變形以及索道管和錨墊板的焊接加工誤差，應(yīng)直接實(shí)測(cè)錨座中心。4.1.2將直徑等于索道管內(nèi)徑的套件放入索道管并固定，使其盤面與錨墊板面位于同一平面內(nèi)，此時(shí)盤面圓心即為索道管錨座中心，實(shí)測(cè)該中心并調(diào)到設(shè)計(jì)位置，然后將圓盤標(biāo)志件放入索道管另一端口，此時(shí)盤面圓心即為索道管中心軸線上一點(diǎn)，實(shí)測(cè)該點(diǎn)三維坐標(biāo)，由此反算該點(diǎn)到錨座中心設(shè)計(jì)位的距離，再由拉索中心軸線的空間直線方程求得該點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，將其調(diào)到設(shè)計(jì)位置，由于調(diào)校端口時(shí)可能引起錨座移動(dòng)，反復(fù)觀測(cè)錨座中心并調(diào)校，直至錨座中心和另一端口中心均位于設(shè)計(jì)位的允許偏差范圍內(nèi)，索道管定位完成。套件如下圖：4.2.定位檢核和糾偏4.2.1由于索道管自身重量較大，在勁性骨架上焊接過(guò)程中，其標(biāo)定三維位置將產(chǎn)生移動(dòng)，在錨固端固定好之后，需對(duì)出口端進(jìn)行二次調(diào)整。

首先，實(shí)測(cè)索道管錨固點(diǎn)和出口點(diǎn)O1、O2的三維位置；根據(jù)錨固點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)的三維偏差值修正出口點(diǎn)的位置?！?′′=′′=′式中：xo1、yo1、zo1、——出口點(diǎn)三維坐標(biāo)實(shí)測(cè)值；xo′、yo′、zo′——塔上錨固點(diǎn)和梁上錨固點(diǎn)差值；l、l′——索道管實(shí)測(cè)長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的差值和該根索的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)；4.2.2計(jì)算管中心到斜拉索軸線的垂距斜拉索軸線方程為：過(guò)管口中心切垂直于斜拉索軸線的平面方程為：將斜拉索軸線方程代入平面方程，再由此求管口中心至斜拉索軸線的垂距：Ｄ＝式中：、、、出口點(diǎn)調(diào)整后，實(shí)測(cè)其三維實(shí)測(cè)坐標(biāo)，代入方程驗(yàn)算索道管定位精度是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足，適當(dāng)調(diào)整，直到達(dá)到要求為止。4.3外界影響產(chǎn)生的誤差

由于塔柱受溫度、氣壓、風(fēng)力、潮位、及太陽(yáng)活動(dòng)等外界因素影響較大，所以我們?cè)谥魉笥曳谌?jié)段分別布置變形觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行48小時(shí)連續(xù)觀測(cè)，取得其變形規(guī)律以此來(lái)進(jìn)行誤差改正.一般采用在溫差變化較小時(shí)安裝索道管.即早晨或下午四點(diǎn)以后安裝.5、三維坐標(biāo)法精度分析全站儀的放樣源程序一般采用極坐標(biāo)法計(jì)算模式，放樣點(diǎn)位測(cè)量時(shí)，點(diǎn)位誤差m的主要來(lái)源是水平角誤差△α，豎直角誤差△β，和測(cè)距誤差△S引起的，三維坐標(biāo)計(jì)算公式為：（1）（2）（3）式中：β為觀測(cè)的水平角，α為觀測(cè)點(diǎn)的豎直角，S為斜距。不考慮標(biāo)高H0和儀器高i，及棱鏡的高度l，則上式可修改為：（4）（5）（6）根據(jù)誤差傳播定律，可得待測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位水平位移中誤差為：垂直中誤差為：實(shí)際觀測(cè)時(shí)，采用瑞士徠卡TC802全站儀，mα=mβ=±2”；ms=2±2ppm，的全站儀，根據(jù)誤差傳播定律，代入上式可得水平位移的點(diǎn)位中誤差m=±2．16mm,垂直位移點(diǎn)位中誤差m=±0．78mm。取二倍中誤差為極限誤差，M=2Mp=±4.32mm＜±5mm,完全滿足橋梁施工和索道管安裝精度的需要。由于施工中不確定因素的存在，受支架或其它構(gòu)件的影響，不能保證視線的理想通視狀態(tài)。為了能更快，更準(zhǔn)確的確定放樣的點(diǎn)位，施工放樣時(shí)采用后方交會(huì)的方法，后視三個(gè)或三個(gè)以上的控制樁。此方法在《工程測(cè)量規(guī)范》高程構(gòu)筑物放樣中得到認(rèn)可。由于后視的樁位為獨(dú)立閉合環(huán)中的導(dǎo)線樁，各樁位相對(duì)精度得到充分保證，儀器建站中誤差穩(wěn)定，這就充分保證了主塔外形幾何尺寸和鉛垂度的準(zhǔn)確性。6、結(jié)論斜拉橋一般都是高索塔，跨度大，是高度超靜定結(jié)構(gòu)體系，截面尺寸隨高度變化，內(nèi)部構(gòu)造繁瑣，預(yù)埋件多，它的每個(gè)接點(diǎn)的三維坐標(biāo)的位置變化都會(huì)影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配。因此，斜拉橋的成橋線形要求嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)，在建橋過(guò)程中，必須以精密工程測(cè)量手段控制測(cè)設(shè)斜拉橋的線形和索道構(gòu)件位置，這就給傳統(tǒng)的施工測(cè)量帶來(lái)難題，本案在運(yùn)用了施工獨(dú)立坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，采用全站儀三維坐標(biāo)法，對(duì)主塔索道管安裝進(jìn)行控制測(cè)量，該方案靈活，方便，經(jīng)濟(jì)，高效，有效的解決了構(gòu)件和外部尺寸對(duì)測(cè)量帶來(lái)的難題，避免了現(xiàn)場(chǎng)施工和測(cè)量工作帶來(lái)的沖突，既保證了施工質(zhì)量,又加快了進(jìn)度,為類似工程提供了不錯(cuò)的借鑒。參考文獻(xiàn)：[1]房栓社.三維坐標(biāo)法在深基坑變形監(jiān)