预制厂测量塔布设及监测研究

胡风明 王一霏 薛杰

摘要：由于短线法施工，重点在预制过程，预制的好坏直接影响到成桥线形与质量。所以，要满足极高的测量精度，必须要有稳定的观测点及固定的监测网。本文详细的介绍了预制厂测量塔的布设、精度分析，及监测网的建立。通过对监测数据的分析，可得出测量塔变形小，满足施工要求，可作为同类型预制梁厂的借鉴依据。

关键词：短线法；原理；测量塔；精度分析；监测

1 引言

随着我国交通事业的发展和城市化进程的需要，桥梁建设进入了高峰期，大跨、新型桥梁结构不断出现，桥梁的分段施工方法和技术逐渐受到广泛重视。其中短线法以其占地面积小、制梁效率高、制造周期短、成桥后混凝土收缩徐变影响小、节约成本等优点被广泛应用于各种线形的预应力混凝土大跨度桥梁建设中。但短线法测量精度要求高，预制过程尤为重要，所以本文以乐清湾1号桥节段梁预制为背景，叙述预制厂区测量塔的布设及监测网的建立。

2 工程概况

图2.1 箱梁横断面图

乐清湾1号桥上部节段梁施工，采用短线法预制对称悬拼，精度要求按毫米控制。非通航孔等截面箱梁要经过圆曲线和缓和曲线段，主桥变截面节段梁（如图2.1所示），箱顶带坡、箱底水平，梁高从9m经1.8次方抛物线渐变到3.6m，腹板直斜结合，底宽渐变，在预制厂制作节段梁时颇为困难。如此大的节段悬拼变截面箱梁，在国内尚属首例，一系列测量活动均是按毫米控制，测量难度不言而喻。

3工艺简介

3.1施工工艺流程图

短线法施工工艺流程图如图3.1.1所示。

图3.1.1 短线法施工工艺流程

3.2 施工工艺

短线匹配法以预制第一个节段（一般称为0号灌注梁段）于固定端模和移动端模之间。由于该节段也是整个跨度中所浇注的第一块，所以也称为起始节段。在起始节段达到所需强度之后，将它移动以取代移动端模的位置。这时，将第二节段浇注于固定端模和起始节段之间。此时，起始节段也被称为匹配节段。此工序将使该两段箱梁之间的接合面形成完整的匹配面。重复使用该工序对随后的梁段进行浇注到最后一个节段。短线匹配法预制的主要作用就是通过控制各预制节段在匹配位的空间位置，从而达到节段拼装后梁体的线型以满足设计线型的要求。

3.3 测量控制精度要求

短线法制梁工艺中，其平面及高程测量控制精度均为±1mm。

3.4测量控制精度措施

（1）根据制梁台座固定不动的特点，建立以一条基线控制一个制梁台座的测量控制系统，并将所有基线纳入一个独立的、稳固的监控网中。

（2）为满足精度要求，仪器及后视觇标均建立测量塔并采用强制对中。

4 测量塔布设

4.1 布设距离分析

4.1.1 全站仪极坐标放样平面点位精度估算

全站仪极坐标放样平面点位示意图见图4.1.1。

图4.1.1 全站仪极坐标放样平面点位示意图

全站仪极坐标放样平面点位的步骤是：

1）在已知控制点A上安置全站仪，整平对中仪器，后视已知控制点B，拨角α，确定方向线AP′。

2）在AP′方向上放样长度斜距S，确定出要放样的点P的位置。

放样点P的点位误差m由测角误差引起的横向误差和测距误差引起的纵向误差以及P点标定误差、已知点A的点位误差共同构成。若忽略后两项误差影响：

（1）

其中，测角误差包含了仪器整平对中误差、目标偏心误差、照准误差、仪器本身的测量误差以及外界影响产生的误差等。预制厂所使用的全站仪的测角标称精度为1″，考虑到以上诸多误差因素，参照导线测量的主要技术要求，取测角中误差=±2.5″。

梁场现采用仪器为TS30、TS09、TCR1201，现在以精度最差的全站仪徕卡TS09为例，其测距标称精度为±（1mm+1ppm·D），假定预制厂测量塔前视平均距离20m，测量塔与放样点高差1.5m，竖直角v=4°，，则测站上放样距离的读数误差为

则测距误差：

将=±2.5″，=±1.4mm代入式（1），得：

而：==±1.4mm

则：

从以上误差估算可以看出，在测站与放样点间距较小的情况下，提高测角精度对于提高放样点精度的意义不大，而距离测量精度直接制约着放样点的测量精度。因此，測量放样中应时时注意提高测距精度

由式（1）可得：

因此，要保证点位放样精度m≤±1mm，要进行多测回测量，两测回的情况下，放样距离不得超过59m。

4.1.2全站仪三角高程测量的精度分析

图4.1.2 全站仪三角高程测量示意图

全站仪三角高程测量示意图见图4.1.2。

图4.1.2中，A为已知点高程，B为未知点高程点，为求得B点高程，需测出A、B两点间的高差。在A点安置全站仪，量得仪器高为i，测出A、B两点间的斜距为S，竖直角α，B点安置反射棱镜，棱镜高为l，则A、B两点间的高差为：

预制厂均为短距离测量，所以不用考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。

由式（3）可知，它是一个非线性函数，所以对函数式进行全微分，先求出各偏导值如下

写成中误差形式

放样高程点时，α角较小，测距误差对测定高差的影响与竖直角α的大小有关，但这种影响很小。由于仪器架设在强制对中墩上，且棱镜每次均用同一套，同时仪器高、棱镜高的本身误差很小，可不考虑。竖直角的观测误差对测定高差的影响，随边长的增大而增大，可见它是影响高程测定精度的主要误差。因此，保证竖直角观测精度，并限制一次传递高程的距离，是全站仪放样高程点时提高放样精度的很好的方法措施。

仍以TS09为例，其测角精度，其测距标称精度为±（1mm+1ppm·D），平均测距为20m，竖直角α=4°时，测距误差，则高程h的中误差为0.1mm，满足二等水准测量精度。

综上所述，预制厂选用TS09 1″仪器，测量塔与放样点高差为1.5m，距放样点59m以内，均可满足预制精度要求。根据前期预制厂规划，前视平均距离20m，而后视测量塔距离只要远于前视，均可满足测量精度要求。

4.2 测量塔布设步骤

测量塔是对短线匹配法预制线形控制的主要设施，必须满足"精度高，变形小、无沉降"的条件要求。测量塔每两个一组，每组控制位于同一组的两个制梁台座。两测量塔控制点间连线与其所控制的制梁台座上的待浇梁段的中轴线相重合。测量时，一个塔作测量塔，另一塔作目标塔。

本项目测量塔采用Φ100cm钢管桩作为基础，采用90振动锤往下承层打设至无法下沉，上接30cm钢管桩。测量塔四周不接触其它任何物体，包括人员上、下楼梯、操作平台。为了在一般风雨天气条件下进行测量作业，预留仪器观察窗，其余均进行封闭，如图所示。

图4.2.1 测量塔布置 图4.2.2 测量塔正面

测量塔的结构应稳定，测量塔的精确定位是保证箱梁预制质量的根本保障，必须严格控制。施工步骤为：

（1）采用全站仪定位测量塔的初始位置，打入钢管桩，并控制其垂直度，保证钢管桩的顶口能满足位置要求；钢管桩入土深度满足使用过程中箱梁节段预制线形控制对测量塔的沉降要求，顶面高度要求超过箱梁预制顶面高度1～2m；

（2）为防止在阳光照射作用下塔身阴阳面存在温差而产生变形，测量塔塔身钢管桩用土工布双层包裹，桩内浇筑混凝土填心以增加塔身刚度，对钢管桩进行防风及遮阳处理；

（3）在钢管顶焊钢板把钢管封闭，要求钢板要焊平，用水平尺检查；

（4）搭设操作平台，平台和钢管桩各自独立，互不影响；以免人员行走时，影响测量精度；

（5）在测量塔钢板上焊接强制对中圆盘；两测量塔控制点间连线与其所控制的预制台座待浇梁段的中轴线相重合；

（6）安置完成后再用精密全站仪进行校核；采用精密水准仪复核高程；

（7）测量塔和校核塔挂上醒目标志，以防止意外撞击和行车对塔身精度的影响。

4.3 测量塔监测

根据制梁台座固定不动的特点，建立以一条基线控制一个制梁台座的测量控制系统，并将所有基线纳入一个独立的、稳固的监控网中。在测量塔刚建的前期，每两周进行一次检查，待其稳定后一个月进行一次检查，待测量结果基本无变化时每三个月进行一次检查，所有检查结果应有详细记录。

4.3.1 外围固定监测点的建立

预制厂地基虽经过统一处理，但测量塔由于周围行车及施工，难免会发生扰动。为了实时监测测量塔的位移及沉降，并保证其准确性，要在预制厂外围建立固定监测点。监测点采用Φ30cm钢管桩，用90振动锤往下承层打设至无法下沉，高于地面1.5m，并灌注混凝土。四周采用土工布双重包裹且不接触其它任何物体，如图4.3.1所示。

图4.3.1 外围监测点 图4.3.2 监测点强制对中

4.3.2 监测

测量塔首次监测

测站

目标

水平角

（°′″）

平距

（m）

高差

（m）

1#測量塔

GD-1

00 00 00

169.3811

-5.0406

GD-2

00 00 43.2

144.7920

-5.2772

4#测量塔

274 22 05.0

51.9974

-0.0702

2#测量塔

GD-1

00 00 00

194.3166

-5.1465

GD-2

00 05 34.7

169.7295

-5.3841

5#测量塔

273 48 47.0

51.9806

-0.1046

3#测量塔

GD-1

00 00 00

219.2688

-4.9785

GD-2

00 08 09.8

194.6857

-5.2156

6#测量塔

273 23 23.4

51.6724

+0.0029

测量塔第二次监测

测站

目标

水平角

（°′″）

平距

（m）

高差

（m）

1#测量塔

GD-1

00 00 00

169.3800

-5.0410

GD-2

00 00 45.8

144.7932

-5.2769

4#测量塔

274 22 01.1

51.9952

-0.0698

2#测量塔

GD-1

00 00 00