马鞍山长江公路大桥主塔测量施工技术
2017-06-19
1、工程概况
马鞍山长江公路大桥位于芜湖长江大桥和南京长江三桥之间，距离上游芜湖长江大桥约27公里，距离下游南京三桥约46公里，连接马鞍山和巢湖两市，路线全长36公里，跨江主体部分约11公里。左汊主桥为2x1080m三塔两跨悬索桥。主桥净宽33m，设计车速100km/h。中塔索塔结构设计为门式结构，主要由下、上塔柱、塔顶装饰段及上、下横梁组成，其中下塔柱为预应力混凝土结构，上塔柱、塔顶装饰段及上、下横梁为钢结构。塔高（从塔座顶面算起）为175.8m，桥面以上塔高约为127.5m，下塔柱高37.5m（塔座顶至桥面至钢-砼叠合面），横桥向宽度9.2m-12m，顺桥向宽度17m-25m。上塔柱高127.8m，（从钢-砼叠合面算至鞍座底），横桥向宽度6.0m，顺桥向宽度7.9m-11.0m。上塔柱顶高程为+175.3m，上横梁顶高程为+172.3m，下横梁顶与桥面齐平高程为+58.237m。塔顶装饰段高10.5m。塔柱间中心距：在塔顶处35m，承台顶处43.5m，斜率1：39.6。
2、施工测量作业的范围及主要依据
（一）测量作业的范围
本测量作业段的范围为：马鞍山长江公路大桥左汊主桥土建工程施工MQ-01合同段，里程范围为江心洲K8+000左汊主桥中塔。主要工作内容包括承台施工测量、索塔塔柱的施工放样、关键构件的安装定位等。主要包括模板、钢筋、劲性骨架的安装定位，索塔高程、边界点的放样以及上、下横梁的安装等。
（二）测量作业的依据
①.马鞍山长江公路引桥土建工程施工招标文件、招标图纸、清单及招标文件补遗文件等国家及相关部委颁发的法律、法规和现行设计规范。
②.《工程测量规范》（GB50026-2007）；
③.《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；
④.《国家三角高程测量规范》（GB/T17942-2000）；
⑤.《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；
3、承台施工区域加密点高程测量
加密点高程测量采用全站仪三角高程测量方法。线路布置采用闭合环形式进行，以DQ5为起点，经过围堰上游点，到对岸DQ9，然后以DQ9为起点，经过下游点，闭合到DQ5，技术参数参照二等水准测量技术要求进行，数据采集选用两台TCA2003全站仪，对向观测。
4、塔身基座施工测量
围堰抽水完成后，测量封底混凝土顶面高程，把加密点的高程和坐标投影到封底混凝土上面。在监理、监控中心认可后，放样承台顶面的设计轴线和高程。在承台施工完成后，围堰上加密点的坐标、高程可能会发生变化，塔身施工前必须进行复测，为了以后施工方便，将加密点布设在承台边防撞墙上。
采用加密点精确放样承台面塔身基座设计边框线，在基座竣工测量时，放样塔身设计边框线，用于后期塔身施工。
5、混凝土塔身施工测量
混凝土塔身主要采用全站仪坐标测量进行模板检查和竣工测量，当混凝土塔身高度超过20m时，由于仰角较大借用全站仪弯管目镜进行瞄准测量。当塔高低于20m时，高程采用全站仪三角高程法传递；当塔高超过20m时，采用鉴定钢卷尺（50m）悬高法进行传递。
6、混凝土、钢构塔身结合部施工测量
钢构塔柱第一节T1与混凝土最后一节一起施工，当混凝土强度满足设计要求后，对T1块进行张拉，所以T1块的定位精度直接影响钢塔的位置和高程。
混凝土塔身最后一节施工前（图中所示位置），应在上、下游塔柱顶面埋设强制对中观测墩采用GPS静态测量技术进行加密点测量。采用三角高程跨江水准测量法将高程点传递到顶面。采用加密点精确放样T1块底面设计边框线和外移边框线在混凝土面上的投影。初调时，在T1块底面结构特征点吊垂线进行调整平面位置，精调时，采用一台全站仪配弯管目镜，一台铅垂仪分别安置在互相垂直的两边中点进行调整，当这两个点满足要求后，检查其他两个点的位置是否准确。
高程调整，采用在T1四个角挂钢卷尺，仪器安置在观测墩上进行测量，当四个角高程满足设计要求后，在T1顶面架设仪器，精确调整四角相对高差，避免后续钢塔安装时因高差引起倾斜。（注意高程的预抬值）。
7、钢塔安装测量
钢塔是工厂预制，现场拼装，进场后，经过断面尺寸检查合格，即可施工。钢塔安装主要是检测各节钢塔安装后平面位置和高程是否满足设计要求。
（一）测量方法
测量方法选择外控法。因为塔身是预制的，实际测量时只需要确定正交的两个面即可。横桥向（看图5）为3.223/127.65，塔身等截面，左右两幅向承台中心倾斜，前段施工可将投影基点设在混凝土塔身顶面，通过铅垂仪将点投影在支架上，通过两个点的连线量取横桥向偏移量，由于支架最大伸长量为3.223m，需要转换两次投影面，保证支架伸长量1m左右。
纵桥向为2/127.65，塔身变截面，左右两侧向承台中心倾斜，前段施工可将投影基点设在混凝土塔身顶面，当桥面板施工完成后，将投影基点放样在桥面板上，做出每节的内侧点在桥面板的投影，为方便操作并向桥梁中线内50m，测量内侧边中点的里程方向偏差。
通过三个投影点测量塔身三边中心点偏差确定塔柱的状态。 （二）高程传递
高程传递主要采用全站仪天顶测距法，采用悬挂钢尺法进行复核。
①.全站仪天顶测距法原理
用全站仪的测距功能进行垂直向上测距，则其所测距离b与仪器高i之和即为所测高差，从而达到高程传递的目的。
②.全站仪天顶测距法作业过程
作业时，在作业面a 处的水准尺下面贴一反射膜取代棱镜，全站仪可以通过照准反射膜测得距离b，从而获得高差。由于此法望远镜垂直向上，照准无法按照常规的瞄准方法，在作业时，测量反射膜粘贴处的坐标，然后放样全站仪设站点的坐标，保证反射膜中心和全站仪中心在一条垂线上。也可在全站仪天顶角为0°时，打开免棱镜模式，通过光斑中心确定反射棱镜中心。仪器高i采用水平视线法，即把仪器安置好后放平望远镜直至垂直角读数为90°00′00″，从已知点A（点A 与点B 相离较近）处所立的水准尺上读取读数c1，从而实现从已知点A 到待求点a 之间的高程传递，即 ，从而避免了直接量取仪器高而带来的低精度。具体施测时，应多测回、多时段测量，以保证a处高程测量的精度，每两小时观测一次，共测六个时段，每个时段测四个测回并取中数。
③.全站仪天顶测距法精度分析
用这种方法观测时，a、B 两点在同一铅垂线上，b 在测量时已经进行了气象改正，b 的精度取决于仪器的测距精度、垂直向上拨角精度和照准反射膜精度。若采用TCR 1201，按照其标称精度，对于200m 高差，算得测距误差为 =±2mm ；每次垂直拨角可控制偏差在5″以内，算得垂直拨角误差引起的高差误差为 =±2mm；顾及照准误差基本上反映在测角上，对测距基本无影响，则照准芯片误差可忽略不计。而仪器高i 的获取采用了水平视线法，仪器高的量测误差便转化为放平视线的拨角误差，由于A、B 相距很近，按照垂直拨角的算法，易得放平视线误差 <±2mm。根据误差传播定律，可算得高差测量误差为：
将上述误差值代入算得 ±3.5mm，小于索塔施工所要求的±5mm的误差范围，能满足索塔施工的精度要求。
8、结论
通过全站仪天顶测距法在马鞍山长江公路大桥主塔工程施工测量中的实用，解决了因为控制网点离主塔施工区域太远，采用极坐标测量时受江面折光、雾气等影响，测量成果精度和作业效率低；坐标测量值受控制点本身点位误差影响大等；塔身高程传递采用悬挂钢尺受外界环境影响大，采用三角高程测量距离远，同时无法进行对向观测，保证测量成果精度；以及塔身线型受外界环境影响大，监测要求测量精度高，常规测量方法无法测量等难题。同时在如今在建类似工程沪通长江大桥、江顺大桥、平潭海峡铁路大桥、蒙西华中公安长江铁路大桥等主塔施工测量中借签推广使用。从而大大提高了同类似工程施工测量的效率和精度，提高生产质量，节约施工成本。
参考文献：
1. 赵杰 纪勇 .天顶距与竖直角的比较及其在测量中的应用. 《教学与研究》 1994年03期
2. 王培洲 .三角高程测量中天顶和斜距的计算. 《四川测绘》 2000年02期
