李施展
（中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉 430050）
在现代桥梁施工中，锚固系统作为桥梁重要的受力结构，定位精度要求高，其定位测量环境及相关工作要求往往对测量工作的实施造成较大的困难（高空、风大、视线遮挡）。尤其在大型的悬索桥、斜拉桥、拱桥施工过程中，锚固系统需要精密定位。根据误差传播定律，锚固系统精密定位涉及多个方面，全要素精密控制才能达到预期的测量精度，其误差来源主要有：测量控制网、测量设备、测量方法、测量环境、测量辅助工装及人员操作。而其精密定位的对象，一般为索道管精密定位或锚杆精密定位。研究索道管定位特征点获取测量技术，主要目的是尽可能减少后三种因素带来的误差影响。
在索道管定位测量中，传统的特征点获取及观测方法主要采用现场人工分中或十字分中的定位板和人工置镜进行定位测量[1]。
但传统的特征点获取方法存在以下的问题或风险。
1.1 轴线特征点不易寻找
对端部进行现场分中时，测量人员手持棱镜立在分中点进行测量定位，存在现场分中误差。且在高空、多风的环境下，人工置镜的对点方式，置镜人员不能完全扶稳，测量精度有一定的局限性，并存在一定的安全风险。
1.2 传统定位板的问题
采用传统定位板获取索道管定位特征点，可以解决部分环境下特征点获取的问题。大跨径斜拉桥的索道管直径尺寸较为多变，测量人员需手持棱镜立在定位板标记点上，定位板尺寸不能变径，需要加工多套定位板配合现场施工定位。传统定位板重量大，携带不便，且在高空、多风的环境下同样存在一定的安全风险。
在不同项目索道管定位的实践中，提出了在不良环境下，索道管定位特征点获取测量技术，以解决上述困难。从测量环境、测量辅助工装、人员操作三个方面，提高测量精度。
2.1 数据准备
在索道管施工前，依据设计图纸给出的参数，复核计算每一个索道管两端部坐标、长度和倾斜角度，并归纳出索道管的空间直线方程。
2.2 加密控制点
根据索道管施工测量工作需求，在作业区附近加密高精度控制点。加密方法可采用GPS 静态测量或全站仪边角网测量，并结合二等水准测量。
2.3 定位支架安装
一般情况下，大型桥梁的索道管构件重量较重，需要先安装定位支架，对其进行支撑及定位。可根据现场实际需求，自主设计和现场加工定位支架[2]。
2.4 索道管定位测量
在实际索道管定位测量过程中，可以通过建立以索道管轴线为基准的三维参考线，确定索道管实测轴线和理论轴线的空间位置关系（见图1）。
图1 测点与空间参考线位置关系示意图
具体计算可以通过计算器编程的方式求出测点与参考线之间的相对位置关系。还可使用徕卡全站仪加载三维的参考线程序进行测量，直接输出测点在空间参考线上的里程、平面投影偏距、点到线的垂距，便于调整。
主要依托的工程项目为：太原摄乐大桥、宜昌香溪河大桥、山西左云十里河桥、湖北秭归童庄河大桥。针对不同项目索道管及其相关结构的设计特点（管径大小、特征点位置侵占等）和作业环境特点（高空、大风、视线遮挡等），提出了不同的解决方案，并发明了相关的测量辅助工装，配套使用。
3.1 索道管定位相关案例的技术背景及存在问题
3.1.1 香溪河大桥
香溪河大桥为主跨470m 双塔组合混合梁斜拉桥，空间双索面，东、西索塔各有17 对斜拉索。1#、2#斜拉索锚固于塔柱合龙段索道管端头[3]其余15 对斜拉索锚固于预埋于主塔内的钢锚梁中。合龙段高10.0m，采用钢结构牛腿支架法施工。首先，安装圆弧底模；
其次，安装劲性骨架。利用塔柱劲性骨架进行1#索道管定位，由于1#索道管出塔口与圆弧底模严密贴实，无法通过常规测量方法，测量管口中心坐标进行定位。
3.1.2 左云十里河桥
左云十里河桥桥梁全长180m，跨径布置为3×30m+3×30m，主梁采用预应力混凝土连续箱梁桥，并设置钢结构装饰拱。钢拱下锚管管径较小，常规方法中的钢结构定位板不易现场切割加工。
3.1.3 摄乐大桥
摄乐大桥为独塔空间扭索面斜拉桥结构形式，跨径布置30+150+150+30=360m，斜拉索布置形成空间曲面[4]。现场先安装钢主梁，后安装索道管。安装索道管时，锚固点已被翼缘板遮挡，仅从梁面露出索道管出口，无法使用常规方法直接测量锚固点。
3.1.4 童庄河大桥
童庄河大桥全长651m，主桥为H 型双塔双索面混凝土梁斜拉桥，跨径布置45m+100m+320m+100m+45m[5]。主梁施工工艺为牵索挂篮施工。在索道管定位时，需要先行将斜拉索穿过索道管，并锚固于牵索挂篮弧形首处，导致索道管的轴线特征点位置被斜拉索占用，无法直接测量，需要在索道管轴线以外任意位置获取特征点[6]。
3.2 针对性解决措施
桥梁索道管设计位置一般为空间三维倾斜姿态，大多需要高空作业，具有一定的安全风险。根据现场实际需求，设计并加工索道管测量辅助工装，使索道管定位测量工作满足精度要求的同时，尽可能提高测量工作的效率，降低安全风险，同时还应考虑大风、视线遮挡等不利因素。结合不同桥梁项目的施工环境介绍了3 种类型的测量辅助工装。
3.2.1 端部外卡式测量辅助工装
左云十里河桥使用了一种索导管定位测量夹具[7]，用于索道管定位测量。
对于小管径索道管定位测量，发明了一种索道管上口中心点坐标定位夹具，夹具由圆木板、直角角码、螺丝钉组成，材料简单，易获得。夹具中心标记点用于放置棱镜，测量出的数据即为索道管上口中心点数据。
在索道管出口安装定位夹具，测量索道管出口的三维坐标，指导现场进行精调。夹具安拆便捷，携带方便。
3.2.2 管身外卡式测量辅助工装
在香溪河大桥和童庄河大桥索道管定位中，存在端部测量视线受限或轴线位置被占用无法直接测量的问题（见图2）。
图2 牵索挂篮索道管定位时斜拉索已穿入管道
工程实践中采用了一种U 形卡具辅助定位工装（见图3），可安置在索道管管身处。通过测量卡具两侧对称棱镜快速获取任意高度处索道管轴线坐标，适用于索道管端部通视困难和索道管轴线位置被占用的情况。
图3 索道管定位测量U 型卡具
3.2.3 穿心轴线内撑式测量辅助工装
该装置可放置在圆形管件内部，通过变换棱镜高，测量2 次棱镜坐标及其棱镜杆的长度（见图4）。利用共线方程及空间距离方程进行倾斜测量，计算索道管内隐蔽点坐标。
图4 穿心轴线内撑式测量辅助工装
共线方程：
空间距离方程：
式（1）～式（2）中：x、y、z 为待求的隐蔽点坐标；
x1、y1、z1、L1为第1 次测量时采集的棱镜头坐标及棱镜杆长度；
x2、y2、z2、为第2 次测量时采集的棱镜头坐标。
该测量辅助工装在摄乐大桥的主梁索道管定位中成功应用。
考虑到同类型项目需要用于不同的索道管内径，可以将内撑支架设计成可变径的结构[8]。
根据不良环境下（高空、大风、视线遮挡等）的测量工作需求，研究了索道管定位特征点获取测量技术，介绍了多种索道管测量辅助工装及相关的适用情况：
其一，针对小管径索道管定位测量，介绍了一种索道管定位测量夹具，易于现场加工制作及携带方便。
其二，针对索道管管口通视困难或索道管轴线位置被占用情况，介绍了一种U 型卡具辅助定位工装，可安置在索道管管身处，通过测量卡具两侧对称棱镜，快速获取任意高度处索道管轴线坐标。
其三，针对索道管内隐蔽的锚固点测量，介绍了一种轴线内撑式分中测量装置，通过2 次测量，利用共线方程及空间距离方程，计算得到隐蔽点（如锚垫板）中心坐标、索道管倾角，解决了索道管管身绝大部分被遮挡的难题。
该技术通过不同项目的工程实践，并根据不良环境下（高空、大风、视线遮挡、测量点位置被占等）的测量工作需求，研发了一系列测量辅助工装，有针对性地解决各种不良环境下的索道管特征点获取的问题，使测量工作安全、高效，大幅度减弱测量环境、测量辅助工装及人员操作对测量精度的影响，提高了索道管定位的测量精度和测量效率。同时，可以解放测量人员的双手，有效降低高空作业、危险源附近作业等不良环境下人工置镜的安全风险。
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