斜拉桥塔梁同步施工测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及斜拉桥塔梁同步施工测量领域，具体涉及一种斜拉桥塔梁同步施工测量装置及其测量方法。适用于塔梁同步施工过程中对塔柱顺桥向变位的精密测量。尤其适用于300米左右的超高塔塔柱精密变位测量和塔柱基准断面的高精度变位测量。

背景技术：

塔梁同步施工中，因安装在塔柱顺桥向两侧的梁体荷载不可能完全均衡，不均衡的梁体荷载通过斜拉索张拉传递到塔柱上，引起塔柱产生水平变位，造成塔柱轴线弯曲，严重影响塔柱后续施工节段轴线控制，难以保证塔柱轴线顺直，给塔柱施工安全和质量带来很大隐患。因此在塔梁同步施工中必须精密测量塔柱在不均衡荷载下的变位值。

塔梁同步施工测量就是观测塔柱轴线在不均衡荷载下的变化趋势，通过观测塔柱已施工节段从低到高多个断面测点的变位值，绘制塔柱轴线的实际变形曲线，根据塔柱轴线的变化趋势，推算出待施工节段的塔柱变位修正值，进而对待施工节段的模板、结构物的理论位置进行修正，使塔柱轴线顺直。塔梁同步施工测量的核心是塔柱顺桥向变位测量，在塔梁同步施工过程中，受梁体荷载的变化，塔柱顺桥向变位是引起塔柱轴线变化的主要因素，塔柱横桥向变位与其相比可以忽略。

传统塔梁同步施工中，塔柱顺桥向变位测量方法采用单向三维坐标法，即在地面的一个控制点上安置全站仪，后视另一个控制点，拨水平角和竖角，直接观测塔柱变位监测点的三维坐标，通过比较塔梁同步施工前后的观测坐标差，得出监测点处的塔柱变位值。因为单向三维坐标法仅仅进行了单向观测，距离观测误差难以减弱，而且监测点与两个控制点不在同一个竖面内，存在水平角拨角误差，影响了塔柱顺桥向变位测量的精度。

300米左右的超高塔对塔柱顺桥向变位的要求更高，塔柱锚固件坐标允许偏差不大于3mm，这就要求塔柱变位测量中误差不大于1.5mm。传统单向三维坐标测量方法难以满足300米左右的超高塔塔柱变位测量精度要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种斜拉桥塔梁同步施工测量装置及其测量方法。本发明具有高精度、实时测量的特点，通过实时距离差分测量，既发挥了全站仪高精度测距的优势，又实时减弱了距离观测误差影响，大大提高了塔柱顺桥向变位测量的精度。

本发明提供一种斜拉桥塔梁同步施工测量装置，该装置包括第一全站仪、第二全站仪和双向棱镜支架装置，所述双向棱镜支架装置的两端分别设置有第一棱镜、第二棱镜，所述双向棱镜支架装置安装在塔柱壁上，所述第一全站仪和第二全站仪分别安置在第一控制桩、第二控制桩上，所述第一控制桩和第二控制桩上分别设置有第一控制点a、第二控制点b，所述第一控制点a和第二控制点b与第一棱镜的中心t1、第二棱镜的中心t2在同一竖面上，且与斜拉桥的桥中线平行。

在上述技术方案的基础上，所述双向棱镜支架装置包括t型构件、与t型构件铰接的棱镜杆，第一棱镜、第二棱镜分别位于棱镜杆的两端，棱镜杆上设置有长水准管，棱镜杆的两侧均设置有微调旋钮，且棱镜杆通过微调旋钮调平，棱镜杆调平时，微调旋钮抵靠在t型构件上。

在上述技术方案的基础上，所述t型构件包括t型构件伸缩杆、与t型构件伸缩杆连接的t型构件端板，t型构件伸缩杆和t型构件端板相互垂直布置，t型构件伸缩杆的端部设置有螺丝，t型构件伸缩杆通过螺丝固定在塔柱上。

在上述技术方案的基础上，所述t型构件伸缩杆上设置有紧固旋钮，并通过扭紧紧固旋钮实现锁定t型构件伸缩杆的长度。

在上述技术方案的基础上，所述t型构件端板的中部设置有铰座，所述棱镜杆的中部设置有连接孔，所述t型构件端板通过铰接螺栓与棱镜杆铰接，所述铰接螺栓穿过铰座和连接孔。

在上述技术方案的基础上，所述t型构件伸缩杆和t型构件端板通过紧固螺栓连接，所述t型构件伸缩杆的端部设置有第一螺栓孔，所述t型构件端板的中部设置有第二螺栓孔，所述紧固螺栓穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔。

本发明还提供一种斜拉桥塔梁同步施工测量方法，该方法包括如下步骤：

s1、在塔柱两边已竣工桥墩上分别布置第一控制桩、第二控制桩，在第一控制桩上设置第一控制点a，在第二控制桩上设置第二控制点b，使第一控制点a、第二控制点b的连线平行于斜拉桥的桥中线，并测量第一控制点a、第二控制点b之间的水平距离sab；

s2、将第一全站仪、第二全站仪分别安置在第一控制桩、第二控制桩上，第一全站仪后视第二控制点b，第二全站仪后视第一控制点a；

s3、安装双向棱镜支架装置于塔柱上，同时将第一棱镜、第二棱镜安装在双向棱镜支架装置上，调整双向棱镜支架装置，使第一棱镜的中心t1、第二棱镜的中心t2与第一控制点a、第二控制点b处于同一竖面内，调整第一棱镜朝向第一全站仪，调整第二棱镜朝向第二全站仪；

s4、在塔梁同步施工前，用第一全站仪测量第一控制点a、第一棱镜19的中心t1之间的第一平距sat1，用第二全站仪测量第二控制点b、第二棱镜的中心t2之间的第二平距sbt2，经过距离差分，得出第一平距sat1差分后的平距第二平距sbt2差分后的平距作为塔柱变位的初始值；

s5、在塔梁同步施工后，用第一全站仪测量第一控制点a、第一棱镜的中心t1之间的第三平距sat1＇，用第二全站仪测量第二控制点b、第二棱镜的中心t2之间的第四平距sbt2＇，经过距离差分，得出第三平距sat1＇差分后的平距第四平距sbt2＇差分后的平距分别与塔柱的变位初始值和比较，并计算二者的差值平均值△s，即得到塔柱在荷载不平衡前后的顺桥向变位值；

s6、在塔梁同步施工过程中，各节段塔柱施工的各种工况前后，重复步骤s4、s5，测量计算各种工况前后的差值平均值△s，即得到塔柱在各种工况前后的顺桥向变位值。

在上述技术方案的基础上，步骤s4中，第一平距sat1差分后的平距的计算公式为：

其中，l为第一棱镜的中心t1到第二棱镜的中心t2的间距；

第二平距sbt2差分后的平距的计算公式为：

在上述技术方案的基础上，步骤s5中，第三平距sat1＇差分后的平距的计算公式为：

第四平距sbt2＇差分后的平距的计算公式为：

在上述技术方案的基础上，步骤s6中，差值平均值△s的计算公式为：

与现有技术相比，本发明的优点如下：本发明的塔梁同步施工测量装置及其方法，具有高精度、实时测量的特点，通过实时距离差分测量，既发挥了全站仪高精度测距的优势，又实时减弱了距离观测误差影响，大大提高了塔柱顺桥向变位测量的精度。尤其适用于300米左右的超高塔塔柱精密变位测量和塔柱基准断面的高精度变位测量。同时，本发明的塔梁同步施工测量装置及其方法，也适合于悬索桥上部结构安装过程中，塔柱受在不平衡荷载影响下的顺桥向精密变位测量。

附图说明

图1是本发明实施例斜拉桥塔梁同步施工测量装置的主视结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是本发明实施例双向棱镜支架装置的主视结构示意图，其中，双向棱镜支架装置的两端设置有棱镜。

图4是图3的俯视结构示意图。

图5是本发明实施例棱镜杆的结构示意图，其中，棱镜杆的两端设置有棱镜。

图6是本发明实施例t型构件端板的结构示意图。

图7是图6的俯视结构示意图。

图8是本发明实施例t型构件伸缩杆的结构示意图。

附图标记：1-双向棱镜支架装置，2-t型构件，3-t型构件伸缩杆，4-t型构件端板，5-紧固螺栓，6-铰座，7-铰接螺栓，8-棱镜杆，9-长水准管，10-微调旋钮，111-第一螺栓孔，112-第二螺栓孔，12-螺丝，13-塔柱，14-桥中心线，15-第一控制桩，16-第二控制桩，17-第一全站仪，18-第二全站仪，19-第一棱镜，20-第二棱镜，21-紧固旋钮，22-连接孔，a-第一控制点，b-第二控制点，t1-第一棱镜的中心，t2-第二棱镜的中心。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种斜拉桥塔梁同步施工测量装置，该装置包括第一全站仪17、第二全站仪18和双向棱镜支架装置1，双向棱镜支架装置1的两端分别设置有第一棱镜19、第二棱镜20，双向棱镜支架装置1安装在塔柱13壁上，第一全站仪17和第二全站仪18分别安置在第一控制桩15、第二控制桩16上，第一控制桩15和第二控制桩16上分别设置有第一控制点a、第二控制点b。

参见图2所示，第一控制点a和第二控制点b与第一棱镜19的中心t1、第二棱镜20的中心t2在同一竖面上，且与斜拉桥的桥中线14平行。

参见图3所示，第一棱镜19、第二棱镜20分别位于棱镜杆8的两端，棱镜杆8上设置有长水准管9，棱镜杆8的两侧均设置有微调旋钮10，且棱镜杆8通过微调旋钮10调平，棱镜杆8调平时，微调旋钮10抵靠在t型构件2上。

参见图4所示，双向棱镜支架装置1包括t型构件2、与t型构件2铰接的棱镜杆8。t型构件2包括t型构件伸缩杆3、与t型构件伸缩杆3连接的t型构件端板4，t型构件伸缩杆3和t型构件端板4相互垂直布置，t型构件伸缩杆3的端部设置有螺丝12，t型构件伸缩杆3通过螺丝12固定在塔柱13上。

参见图5所示，棱镜杆8的中部设置有连接孔22；参见图6所示，t型构件端板4的中部设置有铰座6，t型构件端板4通过铰接螺栓7与棱镜杆8铰接，铰接螺栓7穿过铰座6和连接孔22。参见图6、图7、图8所示，t型构件伸缩杆3和t型构件端板4通过紧固螺栓5连接，t型构件伸缩杆3的端部设置有第一螺栓孔111，t型构件端板4的中部设置有第二螺栓孔112，紧固螺栓5穿过第一螺栓孔111和第二螺栓孔112。

参见图8所示，t型构件伸缩杆3上设置有紧固旋钮21，并通过扭紧紧固旋钮21实现锁定t型构件伸缩杆3的长度。

参见图1所示，本发明实施例还提供一种斜拉桥塔梁同步施工测量方法，该方法包括如下步骤：

s1、在塔柱13两边已竣工桥墩上分别布置第一控制桩15、第二控制桩16，在第一控制桩15上设置第一控制点a，在第二控制桩16上设置第二控制点b，使第一控制点a、第二控制点b的连线平行于斜拉桥的桥中线14，并测量第一控制点a、第二控制点b之间的水平距离sab；

s2、将第一全站仪17、第二全站仪18分别安置在第一控制桩15、第二控制桩16上，第一全站仪17后视第二控制点b，第二全站仪18后视第一控制点a；

s3、安装双向棱镜支架装置1于塔柱13上，同时将第一棱镜19、第二棱镜20安装在双向棱镜支架装置1上，调整双向棱镜支架装置1，使第一棱镜19的中心t1、第二棱镜20的中心t2与第一控制点a、第二控制点b处于同一竖面内，调整第一棱镜19朝向第一全站仪17，调整第二棱镜20朝向第二全站仪18；

s4、在塔梁同步施工前，用第一全站仪17测量第一控制点a、第一棱镜19的中心t1之间的第一平距sat1，用第二全站仪18测量第二控制点b、第二棱镜20的中心t2之间的第二平距sbt2，经过距离差分，得出第一平距sat1差分后的平距第二平距sbt2差分后的平距作为塔柱13变位的初始值；

s5、在塔梁同步施工后，用第一全站仪17测量第一控制点a、第一棱镜19的中心t1之间的第三平距sat1＇，用第二全站仪18测量第二控制点b、第二棱镜20的中心t2之间的第四平距sbt2＇，经过距离差分，得出第三平距sat1＇差分后的平距第四平距sbt2＇差分后的平距分别与塔柱13的变位初始值和比较，并计算二者的差值平均值△s，即得到塔柱13在荷载不平衡前后的顺桥向变位值；

s6、在塔梁同步施工过程中，各节段塔柱13施工的各种工况前后，重复步骤s4、s5，测量计算各种工况前后的差值平均值△s，即得到塔柱13在各种工况前后的顺桥向变位值。

在本实施例中，步骤s4中，第一平距sat1差分后的平距的计算公式为：

其中，l为第一棱镜19的中心t1到第二棱镜20的中心t2的间距；

第二平距sbt2差分后的平距的计算公式为：

其中，步骤s5中，第三平距sat1＇差分后的平距的计算公式为：

第四平距sbt2＇差分后的平距的计算公式为：

其中，步骤s6中，差值平均值△s的计算公式为：

将计算公式(1)、(2)、(3)、(4)的计算结果带入公式(5)，即可计算得到差值平均值△s的值，即顺桥向变位值。

在实际应用中，步骤s1中，水平距离sab可以通过全站仪多次测量第一控制点a、第二控制点b之间的水平距离，取其平均值得到。步骤s3中，调整双向棱镜支架装置1使第一棱镜19的中心t1、第二棱镜20的中心t2与第一控制点a、第二控制点b处于同一竖面内的具体操作为：松开紧固旋钮21，调整t型构件2的长度和方向，使第一棱镜19的中心t1、第二棱镜20的中心t2与第一控制点a、第二控制点b处于同一竖面内，旋紧紧固旋钮21，锁定t型构件伸缩杆3长度。步骤s4中，第一全站仪17、第二全站仪18测量需在塔柱荷载平衡、气象稳定(日出前、微风、温差变化小)的条件下进行；步骤s5中，第一全站仪17、第二全站仪18测量需在塔柱荷载不平衡、气象稳定(日出前、微风、温差变化小)的条件下进行。

在实际施工过程中，若采用标称精度为0.5″，0.6+1ppm×d的tm50全站仪，对某斜拉桥塔梁同步施工进行塔柱顺桥向变位观测。某桥设计主跨为1092m，主塔高326m。全站仪到棱镜的观测斜距d最大为1140m，竖直角a最大为17°，tm50全站仪测角误差ma＝±0.5″，测距误差md＝0.6mm+1×10^-6×1140000mm＝1.74mm，根据平距s的测量误差公式：

因此

根据公式(5)和误差传播定律，则顺桥向变位值△s的中误差

经差分后的塔柱顺桥向变位值△s的中误差m△s达到1.31mm，满足塔柱顺桥向变位值△s测量允许偏差3mm的精度要求。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。