港珠澳大桥结形撑安装测量技术苏尕军

港珠澳大桥结形撑安装测量技术苏尕军

苏尕军

中交二公局第一工程有限公司湖北武汉430000

摘要：鉴于用传统测量仪器进行几何测量和高程传递存在精度低、受环境和地形因素影响大的原因，通过积极探索和分析比较选择TS30全站仪并配合使用多测回测角软件自动采集数据，完成精确定位高空、超重、超大结构安装的测量技术。关键词：结形撑；多测回测角；精确定位；高空、超重、超大钢结构安装。

引言

超高空一直以来是制约超重、超大结构物精确定位的一个屏障，但伴随测量仪器不断更新换代，测量技术不断创新，使得这一邻域测量人才不断涌现，高空、超重、超大结构安装测量不再是外国人的技术，在国内也逐渐成为可能。

1、工程概况

港珠澳大桥青州航道桥结构撑上端标高为164.634m，下端标高为114.345m。采用钢结构箱型横断面，宽度（顺桥向尺寸）为4m，高度渐变为2.60m～12.344m（T2）节段与塔柱相交处。横断面带有矩形内凹倒角，尺寸为0.5mX0.5m，属高空、超重、超大钢结构安装。

结形撑由上至下分为T1、J1、J2、J3、T2五个节段。其中，T1、T2分别为塔柱与结形撑之间的上、下连接段。J2细分为J2a、J2b、J2c、J2d四个小节段，其中J2a为整体节段，J2b、J2c、J2d为被J2a分隔所形成的三个小节段。

T1、T2节段包括埋入塔柱的连接箱及伸出塔柱的接头段2部分。结形撑与塔柱的连接通过T1、T2节段的连接箱实现。连接箱为一个将结形撑与塔柱连接节点范围内的塔壁包裹的箱体。其内、外壁板为连接箱型断面各板件的钢板。同时起到该范围混凝土的浇筑模板的作用；侧壁板上开设混凝土浇筑孔、塔柱钢筋穿越孔。

为保证结形撑的安装顺利进行，同时又为了减少高空焊接工作量，其中T1、T2节段预埋段，T1与J1、T2与J3节段采用焊接连接，J1、J3与J2节段采用高强度螺栓连接。

结形撑总体构造图结形撑典型断面图

2、结形撑安装前测量准备工作

为方便上塔柱施工测量及结形撑安装定位，需要在已有的加密网的基础上，再布设两个控制点，为保持稳定性控制点采用强制观测墩。同时尽可能保持与前期建立的控制点相互通视。

3、结形撑安装测量定位方法

为精确定位结形撑应采用合适的测量方法，采用TS30全站仪机载的多测回测角程序，实现边角同测。通过程序所设置测量限差实现对水平角和测距观测成果的精度指标控制。

水平角观测采用方向观测法，水平角的观测值取各测回的平均数作为测站成果。水平角观测误差超限时，应重测并符合《工程测量规范》GB50026-2007的有关规定。

采用TS30全站仪测距，符合测距的主要技术要求。测距时应往全站仪输入测量气象元素，温度计采用通风干湿温度计，气压表选高原型空盒气压表；计数前应将温度计悬挂在离开地面和人体1.5m以外的地方，且计数精确至0.2；气压表应置平，指针不应滞阻，且读数精确至50Pa。

通过测量全站仪直接输出经气象改正和仪器加、乘常数改正后的平距结果。结形撑安装定位要求精度高。测站和后视选用强制对中观测墩，结形撑上L型微棱镜用螺栓连接固定，减少仪器对中整平误差。每次采用相同仪器、相同测站点、相同后视点、相同人员。采用测边角法观测结形撑上的L型微棱镜。以横梁上的强制对中观测墩的测站、后视为基线，测出结形撑上各个L型棱镜相对基线端点的边长与角度，计算实测坐标，求得与设计坐标值的偏差。

按《精密工程测量规范》GB/T15314-94中二等测角控制网水平角观测技术施测水平角，9个测回。水平角观测采用方向观测法。方向法一测回的操作程序

1>将仪器照准零方向（即第一方向），按观测度盘表对好度盘；

2>顺时针方向旋转照准部1～2周后精确照准零方向，读数；

3>顺时针方向旋转照准部，精确照准2方向。继续顺时针方向旋转照准部依次观测3、4……n方向，最后闭合至零方向；

4>纵转望远镜，逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向，按b）条方法读数；

5>逆时针方向旋转照准部，按上半测回观测的相反次序n……4、3、2、观测至零方向。

以上操作为一测回。当观测方向不多于3个时，可不归零。当观测方向多于6个时，可进行分组观测。分组观测应包括两个共同方向（其中一个为共同零方向）。其两组观测角之差，不应大于同等级测角中误差的2倍。分组观测的最后结果，应按等权分组观测进行测站平差.水平角的观测值应取各测回的平均数作为测站成果。

4、徕卡L型微棱镜安装及安装前初始数据测量

根据结形撑总体结构特点，制造单位采用先孔法单节段组拼后再进行预拼装，以保证结形撑总体线形准确。撑板单元在整体组装前钻制高强螺栓孔，拼接撑板螺栓孔在节段预拼装时匹配钻制。

节段有高强螺栓孔端设为基准头，J2A2和J1、J3设有二次切头。二次切头端根据配切

地点分为厂内配切及工地配切。其中J1、J3节段设置工地二次切头，预留二次切头量100mm；J2A2两头均为焊接端，两头均设置厂内配切量各50mm。对于图示未标示二次切头端的节段，

撑板单元下料时也预留二次切头量，撑板单元修整合格后进行二次切头。

结形撑节段制造按步骤分为撑板单元制造及节段制造，具体工艺流程如下：

零部件加工→撑板单元制造→节段组拼→预拼装→涂装

因结形撑节段厚度等高，均为4米，所以结形撑节段制造及预拼装均应在台架上进行。由于在结形撑制造过程中有下料误差、焊接变形、测量误差、拼装误差等，使之同设计值有一定的偏差，为了指导后续现场安装工作，有必要采取一定措施消除制造误差对安装工作的不利影响。主要措施：结形撑在工厂内的平台完成预拼装后，在结形撑上配钻￠6mm，孔深为35mm的螺栓孔，然后通过螺栓将徕卡L型微棱镜固定于结形撑之上。所有L型微棱镜布设于航道侧。然后根据制造单位在结形撑预拼装时建立的纵、横轴线，采取自由设站方式，利用TS30全站仪机载的多测回测角程序测量每个微棱镜在工厂独立坐标系（其中纵向为x坐标，横向为y坐标，坐标原点位于拼装平台）三维坐标x’，y’，z’，独立进行两次重复测量计算，并对结果的进行比较，x’，y’，z’较差值均不大于1mm。之后取两次平均值作为最终结果，根据工厂独立坐标系与桥梁工程坐标系的转换关系，将每一个微型棱镜的桥梁工程坐标计算出来，在结形撑安装时利用“还原法”，尽可能将结形撑还原至预拼装时的状态。

结形撑结构图L形微棱镜

5、T2、T1高程定位

每个T2（T1）节段竖向采用2根HN400×200型钢支撑，型钢顶部采用铣平的20mm钢板调平。首先采用全站仪竖直测距的方式将高程从下横梁上的控制点引测至第四道横撑钢管之上，之后用TrimbleDINI电子水准配合铟钢尺精确调平调平钢板，高程偏差控制在1mm，将与预埋型钢焊接固定。待T2（T1）节段吊装就位且平面位置调整至设计值位置后，对节段顶面高程进行再次测量复核，以确保T2（T1）节段的安装精度。

型钢预埋时与塔柱倾角一致，平面允许偏差15mm，在混凝土浇筑前预埋。

6、T2、T1平面定位

为了便于T2（T1）节段平面位置的调整，均设置了横向定位支架。T2节段定位支架放置在钢管立柱顶端，采用型钢焊接而成，支架长22.835m，宽4m，高5m。

为减少材料用量、降低高空作业安全风险，T1横向定位支架不采取在T2横向定位支架上继续接高方式，而采用在塔柱上相应位置设置预埋件及牛腿方式，将T1横向定位支架直接放置在牛腿上并焊接牢固。支架长18.45m，宽4m，高9m，分2节制作，每节高度4.5m。

考虑加工及安装精度偏差，支架两端比设计长度各减少20mm，且支架两端均设置平面调整装置。

待T2（T1）节段吊装大致就位后，实测结形撑上固定的各个L型微棱镜的三维坐标（桥梁工程坐标系），与设计值对比后计算出差值。现场施工人员通过混凝土塔柱和横向支架上的平面位置微调装置将其调整至设计位置。此过程需要反复测量、幑调，直至平面位置满足设计要求。然后分别将T2（T1）节段的上、下部与横向支架、混凝土塔柱预埋型钢焊接固定，以避免在塔身钢筋安装和混凝土浇筑过程中T2（T1）节段发生位移。

7、节段定位

结形撑J1、J2、J3节段运输前在工厂进行预拼装，以检验构件及螺栓孔加工精度、螺栓是否能够与螺孔匹配等，如有问题立即进行修正确保现场能完全匹配。预拼完成后将两个J3节段采用型钢临时连接，确保J3与J2接口的相对位置不变，以确保现场栓接精度要求。临时连接采用型钢组焊为桁架结构，共计两片（间距2m），两片桁架之间采用型钢连接。

J3节段安装前实测固定于T2节段上L型微棱镜的三维坐标，计算T2节段的空间三维姿态，对J3进行配切。J3节段完成配切工作后用塔顶吊机吊装放至水平横撑立柱。实测J3节段上L型微棱镜，确定J3节段空间三维姿态，然后利用微调装置将调整至设计状态，与水平横撑立柱焊接固定。之后再完成与T2节段的焊接工作。

J2、J3节段经过栓接预拼装后对J3节段精确安装，J2、J3节段直接栓接即可，毋须进行调整。但在栓接过程中需要监测J2的空间三维姿态。

J1定位前先实测T1、J2上L型微棱镜，确定T1、J2空间三维姿态，对J1配切。塔顶吊机将J1吊装就位，J1下口部分与J2螺栓栓接，上口部分与T1焊接。

8、技术指标

9、观测成果的重测与取舍

1>一测回中2C互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向。因测回互差超限而重测时，除明显孤值外，原则上应重测观测结果中最大和最小值的测回。

2>零方向的2C互差超限或下半测回的归零差超限，应重测整个测回。

3>重测方向数超过所测方向总数的1/3时（包括观测三个方向有一个方向重测），该测回应重测。

4>每站基本测回重测的方向测回数不应超过全部方向测回总数的1/3，否测整站重测。

当一测回中读数互差超限时，整测回重测。测回间互差超限时，重新观测二测回。光段间互差超限时，应分析原因后，重测单方向的距离，重测超限时，应全部重测。

10、结束语

本次高空、超大、超重钢结构的成功安装，难点在于如何精确定位和高空安装，港珠澳大桥结形撑顺利安装证明本技术和方法应用正确、合理，将为今后同条件下安装超大、超重结构提供参考。

参考文献：

[1]《精密工程测量规范》GB/T15314-94