一种索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法。背景技术：2.在塔梁索的同步过程中，由于塔柱在主塔封顶前就开始承受斜拉索载荷，使得塔柱的实际形状、内力以及应力状态与设计理论状态(即按照先塔后梁的常规工序进行施工时)存在偏移。因此，随桥梁建造技术的发展，桥梁线性、结构应力监测手段的完善，通过提前计算和分析找出这些偏移，以提出各项针对性控制和调整措施，再通过详排工期、细分步骤，合理安排同步施工过程中同一时间节点交叉进行的工序，已成为塔梁索同步施工过程中非常重要的一项技术。3.塔梁同步施工阶段，塔柱线形受到日照、空气温度、风力、钢梁变形等因素影响而引起的附加荷载、作用于主梁的不对称风载、施工所引起的不对称荷载、斜拉索荷载、塔柱混凝土收缩徐变及压缩变形等多种复杂因因素影响，发生扭转或变形，会造成定位坐标发生变化。尽在管施工过程中采取了相应的线形控制、索力调整等措施，但外界条件对设计坐标的影响依然存在，因此，需要进行斜拉桥索锚定位坐标的修正。4.目前斜拉桥索锚定位坐标修正多通过塔柱棱镜监测实现。在边墩或辅助墩的墩顶施工加密点架设全站仪。在定位前对所有塔柱棱镜进行观测，将各层棱镜的观测值与初始值进行比较，采用二次抛物线建立数学模型，推算索锚定位坐标修正值。但是上述方案仅适用于以成桥线形为基础的塔梁同步施工，即塔柱边跨侧索力每层均大于跨中侧的情况，不适用于塔柱两侧索力均衡的塔梁同步施工。塔柱两侧索力均衡的塔梁同步施工通过严密施工组织和索力监控，外部荷载施工误差较小，引起的塔柱变形量也较小，且塔形的变化方向(边跨侧、中跨侧)是随机的，塔柱下横梁及其上方的塔形变形量近似线性变化。5.塔柱定位方法多采用外控法，将全站仪架设在地面或边墩墩顶的已知控制点上，后视其他控制点，以修正后的定位坐标进行测量。但在定位过程中，塔柱变形依然存在，当外界条件发生变化时，需要实时通过塔柱棱镜监测，进行多次定位坐标修正，导致施工效率低下、施工成本增加。6.有鉴于此，急需对现有技术中的斜拉塔梁同步施工中定位坐标的修正方法进行改进，以提高定位坐标修正结果的精确程度和塔柱定位效率、降低施工成本。技术实现要素：7.针对上述缺陷，本发明目的在于提供一种索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法，以解决因外部因素对定位坐标的影响，并解决斜拉桥定位过程中塔柱再次变形对定位坐标的影响。8.为此，本发明提供的一种索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法，包括以下步骤：9.在斜拉桥塔柱施工前进行施工控制网优化；10.对已施工的塔柱进行变形观测，确定满足第一条件的时间段；其中，所述第一条件为自然条件下塔柱变形最小且塔柱姿态稳定；11.在塔梁同步施工阶段，通过严密的施工组织和索力监控，确定满足第二条件的时间段；其中，所述第二条件为外部荷载条件对塔柱线性影响最小且塔柱姿态稳定；12.确定同时满足第一条件和第二条件的时间段为定位时间段，在定位时间段内进行塔柱变形监测，根据变化量与施工高度的线性关系，确定定位坐标的修正量；13.随塔柱变形监测同步进行塔柱加密点的高程和平面坐标的测量；在塔柱加密点上架设全站仪，采用三维坐标法进行塔柱定位测量。14.在上述技术方案中，优选的，所述施工控制网优化包括以下步骤：15.以线路首级控制网为基础，对桥梁施工控制网进行复测；16.在桥梁施工控制网的复测结果满足规范要求的基础上，进行施工加密控制点的测量。17.在上述技术方案中，优选的，所述施工加密控制点设置在相邻墩的墩顶，所述施工加密控制点上设置强制对中装置。18.在上述技术方案中，优选的，所述施工控制网优化还包括以下步骤：19.以斜拉桥塔柱墩中心为坐标原点，以里程增大方向为x轴正方向，建立桥轴坐标系。20.在上述技术方案中，优选的，所述确定满足第一条件的时间段，包括以下步骤：21.在塔柱的下横梁及其上方的已施工的塔柱上布设观测棱镜；22.进入塔梁同步施工前，对塔柱棱镜进行连续观测；其中，所述对塔柱棱镜进行连续观测的观测频率为：观测首日，每2小时观测1次；次日，每4小时观测1次；23.根据观测数据，确定定位坐标修正所需的第一条件，即自然环境对塔柱姿态影响最小且相对稳定的时间段。24.在上述技术方案中，优选的，所述确定定位坐标的修正量，包括以下步骤：25.在时间段内，对塔柱棱镜进行观测，将棱镜观测值和初始值的差值确定为变化量，建立变化量与施工高度的线性关系，修正定位坐标。26.在上述技术方案中，优选的，所述确定定位坐标的修正量，还包括以下步骤：27.根据已经施工的塔柱棱镜的变化量与塔柱棱镜间的高度，推算新埋设的棱镜的初始值。28.在上述技术方案中，优选的，所述塔柱加密点设置在塔柱待施工段劲性骨架或安装管桩上，所述塔柱加密点上设置强制对中装置。29.在上述技术方案中，优选的，所述塔柱加密点的平面坐标测量根据塔柱高度和施工控制点分布情况，采用测边交会、自由设站或垂直仪投点的方法；30.所述塔柱加密点的高程测量根据塔柱高度和施工控制点分布情况，采用全站仪精密三角高程测量或天顶测距的方法。31.在上述技术方案中，优选的，所述塔柱定位测量，包括以下步骤：32.将全站仪架设在所述塔柱加密点，以岸边或其他已知施工控制点为后视点，进行设站。33.由上述技术方案可知，本发明提供的索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法具有以下优点：34.首先，通过在塔柱施工前和塔柱同步施工过程中对塔柱的变形情况进行观测，从而确定同时满足第一、第二条件的时间段为定位时间段，从而使塔形变形检测在索力均衡的状态下进行，进而避免外部因素引起的塔柱变形影响定位坐标修正结果的准确性；在进行坐标修正时，建立观测棱镜的变化量与施工高度的线性关系，对索力均衡状态下斜拉桥塔梁同步定位坐标的变化模型进行修整，以定位坐标的变化规律符合实际施工中的定位坐标变化规律，从而提高坐标修正值的准确性，使其适合索力均衡状态下斜拉桥塔梁同步定位坐标的修正。35.其次，通过在待施工段上设置塔柱加密点，并在进行塔柱棱镜监测时同时进行塔柱加密点的高程和平面坐标的测量，在塔柱加密点上设置全站仪，进行设站，在进行塔柱的定位，使定位过程中全站仪的定位变化与塔柱变形相一致，从而消除塔柱变形对塔柱定位的影响，在定位过程中无需进行多次修正定位坐标，大大降低了塔柱定位的工作量，提高了斜拉塔塔梁同步施工效率。附图说明36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。37.图1为本发明中索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法的流程图；38.图2为本发明中控制网优化的示意图；39.图3为本发明中塔柱变形的示意图；40.图4为本发明全站仪加密点三维坐标测量的示意图。具体实施方式41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。42.本发明的实现原理是：43.通过在对已施工的塔柱进行施工前的变形观测和在塔梁同步施工阶段进行严密的施工组织和索力监控，确定同时满足塔柱变形最小且姿态相对稳定、外部荷载条件对塔柱线性影响最小的条件下的时间段，以将其作为定位时间段。在定位时间段内对塔柱变形进行检测，并建立塔柱变形的变化量与施工高度的线性模型进行坐标修正，从而使修正后的坐标符合塔柱变形规律。44.通过在对塔柱进行变形监测时同步进行塔柱加密点的高程和平面坐标的测量，使塔柱加密点的变形与塔柱的变形保持一致，并在塔柱加密点上架设全站仪，采用三维坐标法进行塔柱定位测量，从而塔柱定位时塔柱变形对塔柱定位测量结果的修正。45.本发明提供的方案，能够完成索力均衡状态下斜拉桥塔梁同步施工定位坐标的修正，大大提高了塔柱定位坐标修正结果的准确性和塔柱定位的精确程度，在塔柱坐标的修正和塔柱定位过程中，无需进行定位坐标的多次修正，大大提高了施工效率、降低了施工成本。46.具体地，本发明提供的索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法，包括以下步骤：47.在斜拉桥塔柱施工前进行施工控制网优化；48.对已施工的塔柱进行变形观测，确定满足第一条件的时间段；其中，所述第一条件为自然条件下塔柱变形最小且塔柱姿态稳定；49.在塔梁同步施工阶段，通过严密的施工组织和索力监控，确定满足第二条件的时间段；其中，所述第二条件为外部荷载条件对塔柱线形影响最小且塔柱姿态稳定；50.确定同时满足第一条件和第二条件的时间段为定位时间段，在定位时间段内进行塔柱变形监测，根据变化量与施工高度的线性关系，确定定位坐标的修正量；51.随塔柱变形监测同步进行塔柱加密点的高程和平面坐标的测量；在塔柱加密点上架设全站仪，采用三维坐标法进行塔柱定位测量。52.为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。53.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。54.另外，本文中的术语：“内、外”，“前、后”，“左、右”，“竖直、水平”，“顶、底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。55.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。56.具体实施例1。57.如图1所示，本发明提供的索力均衡状态下塔梁同步施工定位坐标的修正方法包括以下步骤：58.s1、在斜拉桥塔柱施工前进行施工控制网优化；59.s2、对已施工塔柱进行变形观测，确定满足第一条件的时间段，其中，所述第一条件为自然条件下塔柱变形最小且塔柱姿态稳定；60.s3、在塔梁同步施工阶段，通过严密的施工组织和索力监控，确定满足第二条件的时间段；其中，所述第二条件为外部荷载条件对塔柱线形影响最小且塔柱姿态稳定；61.s4、确定同时满足第一条件和第二条件的时间段为定位时间段，在定位时间段内进行塔柱变形监测，根据变化量与施工高度的线性关系，确定定位坐标的修正量；62.s5、随塔柱变形监测同步进行塔柱加密点的高程和平面坐标的测量；在塔柱加密点上架设全站仪，采用三维坐标法进行塔柱定位测量。63.具体实施例2。64.本实施例为具体实施例1中桥梁施工控制网优化的进一步优化。65.如图2所示，桥梁施工控制网优化包括以下步骤：66.s11、以线路首级控制网1为基础，对桥梁施工控制网2进行复测；67.s12、在桥梁施工控制网2复测满足相关规范要求的基础上，进行施工加密控制点测量。68.施工加密控制点测量用于后期塔柱变形监测和塔柱加密点三维坐标测量，施工加密控制点可布设在相邻主墩6、边墩3或辅助墩4墩顶，并在施工加密控制点上设置强制对中装置。69.s13、以斜拉桥塔柱5墩中心为坐标原点，以里程增大方向为x轴正方向，建立桥轴坐标系。70.具体实施例3。71.如图3所示，本实施例为具体实施例1中所述确定定位坐标修正所需的第一条件的进一步优化，包括以下步骤：72.s21、在塔柱的下横梁及其上方的已施工的塔柱上布设观测棱镜8；73.s22、全站仪7架设在边墩3墩顶的施工加密点，后视桥梁施工控制点2设站；74.s23、在进入塔梁同步施工前，对塔柱棱镜8进行连续观测，其中，观测首日，每2小时观测1次；次日，每4小时观测1次；75.s24、根据观测数据，确定满足第一条件的时间段，第一条件为自然环境对塔柱姿态影响最小且相对稳定的时间段。76.具体实施例4。77.本实施例为具体实施例1中修正定位坐标的进一步优化。78.修正定位坐标包括以下步骤：79.s41、在定位时间窗内，通过全站仪对塔柱棱镜8进行观测，将棱镜观测值和初始值的差值作为塔柱棱镜8的变化量，建立变化量与施工高度的线性关系，对定位坐标进行修正。80.在上述过程中，施工误差所引起的塔柱线形变化存在方向的不确定性，变化量与施工高度呈线性变化，通过建立变化量与施工高度的线性关系，使修正后的定位坐标满足索力均衡状态下斜拉桥塔梁同步施工过程中塔梁定位坐标的变化。81.s42、根据已经施工的塔柱棱镜的变化量与塔柱棱镜间的高度，推算新埋设的棱镜的初始值。82.新埋设的棱镜初始值可根据既有棱镜的变化量与棱镜间高度，以线性关系进行推算，其具体结构如下表所示：83.表1有效作业时间窗内变形量统计84.施工节段挂索工况里程方向塔偏(mm)第40节1、2层索张拉完成-8第41节3层索张拉完成-2第42节4层索张拉完成-4第43节6层索张拉完成-10第44节7层索张拉完成-9第45节8层索张拉完成-7第46节10层索张拉完成-3第47节11层索张拉完成7第48节12层索张拉完成13第49节14层索张拉完成0第50节14层索张拉完成2第51节16层索索塔端戴平帽21第52节16层索张拉完成285.具体实施例5。86.如图4所示，本实施例为具体实施例1中塔柱加密点测量和塔柱定位测量的进一步优化。87.s51、在塔柱待施工段劲性骨架或安装管桩布设加密点，采用强制对中装置；88.s52、随塔柱变形监测同步进行塔柱加密点的高程和平面坐标测量；89.其中，塔柱加密点9的平面坐标测量根据塔柱高度和施工控制点分布情况，采用测边交会、自由设站或垂直仪投点的方法；90.塔柱加密点9的高程测量根据塔柱高度和施工控制点分布情况，采用全站仪精密三角高程测量或天顶测距的方法。91.s53、全站仪7架设在塔柱加密点9，以岸边或其他已知桥梁施工控制点2为后视点，进行设站，三维坐标对索导管10进行定位测量。92.塔柱加密点9的坐标在定位时间窗内与塔柱的变形量同步测量，因此，在定位过程中，塔柱加密点9的坐标变化可视为与塔柱变形基本一致，而无需进行定位坐标的再次修正。93.综上所述，该方法采用斜拉桥塔柱施工前进行施工控制网优化；通过已施工塔柱的变形观测，确定定位坐标修正所需的第一条件，即满足塔柱变形最小且姿态相对稳定的自然条件；塔梁同步施工阶段，经过严密的施工组织和索力监控，提供定位坐标修正所需的第二条件，即外部荷载条件对塔柱线形影响最小；在同时满足上述两个条件下，通过塔柱变形监测，确定设计坐标的修正量，同步进行塔柱加密点高程、平面坐标测量；在塔柱加密点架设全站仪，三维坐标法进行塔柱定位测量。同时满足第一条件、第二条件的时间段内，通过塔柱姿态测量，以线性关系修正设计坐标，减少棱镜的观测数量，计算简单，减轻工作量，又能解决斜拉桥定位过程中外界环境对定位坐标的二次影响，避免塔柱姿态多次监测引起定位坐标的再次修正时间，提高了测量工作效率。94.最后，还需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。95.在本文中使用的术语"包括'、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。96.本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。









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