本發(fā)明涉及斜拉橋塔梁同步施工測量領(lǐng)域，具體涉及一種斜拉橋塔梁同步施工測量裝置及其測量方法。適用于塔梁同步施工過程中對塔柱順橋向變位的精密測量。尤其適用于300米左右的超高塔塔柱精密變位測量和塔柱基準(zhǔn)斷面的高精度變位測量。

背景技術(shù)：

塔梁同步施工中，因安裝在塔柱順橋向兩側(cè)的梁體荷載不可能完全均衡，不均衡的梁體荷載通過斜拉索張拉傳遞到塔柱上，引起塔柱產(chǎn)生水平變位，造成塔柱軸線彎曲，嚴(yán)重影響塔柱后續(xù)施工節(jié)段軸線控制，難以保證塔柱軸線順直，給塔柱施工安全和質(zhì)量帶來很大隱患。因此在塔梁同步施工中必須精密測量塔柱在不均衡荷載下的變位值。

塔梁同步施工測量就是觀測塔柱軸線在不均衡荷載下的變化趨勢，通過觀測塔柱已施工節(jié)段從低到高多個斷面測點的變位值，繪制塔柱軸線的實際變形曲線，根據(jù)塔柱軸線的變化趨勢，推算出待施工節(jié)段的塔柱變位修正值，進而對待施工節(jié)段的模板、結(jié)構(gòu)物的理論位置進行修正，使塔柱軸線順直。塔梁同步施工測量的核心是塔柱順橋向變位測量，在塔梁同步施工過程中，受梁體荷載的變化，塔柱順橋向變位是引起塔柱軸線變化的主要因素，塔柱橫橋向變位與其相比可以忽略。

傳統(tǒng)塔梁同步施工中，塔柱順橋向變位測量方法采用單向三維坐標(biāo)法，即在地面的一個控制點上安置全站儀，后視另一個控制點，撥水平角和豎角，直接觀測塔柱變位監(jiān)測點的三維坐標(biāo)，通過比較塔梁同步施工前后的觀測坐標(biāo)差，得出監(jiān)測點處的塔柱變位值。因為單向三維坐標(biāo)法僅僅進行了單向觀測，距離觀測誤差難以減弱，而且監(jiān)測點與兩個控制點不在同一個豎面內(nèi)，存在水平角撥角誤差，影響了塔柱順橋向變位測量的精度。

300米左右的超高塔對塔柱順橋向變位的要求更高，塔柱錨固件坐標(biāo)允許偏差不大于3mm，這就要求塔柱變位測量中誤差不大于1.5mm。傳統(tǒng)單向三維坐標(biāo)測量方法難以滿足300米左右的超高塔塔柱變位測量精度要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種斜拉橋塔梁同步施工測量裝置及其測量方法。本發(fā)明具有高精度、實時測量的特點，通過實時距離差分測量，既發(fā)揮了全站儀高精度測距的優(yōu)勢，又實時減弱了距離觀測誤差影響，大大提高了塔柱順橋向變位測量的精度。

本發(fā)明提供一種斜拉橋塔梁同步施工測量裝置，該裝置包括第一全站儀、第二全站儀和雙向棱鏡支架裝置，所述雙向棱鏡支架裝置的兩端分別設(shè)置有第一棱鏡、第二棱鏡，所述雙向棱鏡支架裝置安裝在塔柱壁上，所述第一全站儀和第二全站儀分別安置在第一控制樁、第二控制樁上，所述第一控制樁和第二控制樁上分別設(shè)置有第一控制點a、第二控制點b，所述第一控制點a和第二控制點b與第一棱鏡的中心t1、第二棱鏡的中心t2在同一豎面上，且與斜拉橋的橋中線平行。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述雙向棱鏡支架裝置包括t型構(gòu)件、與t型構(gòu)件鉸接的棱鏡桿，第一棱鏡、第二棱鏡分別位于棱鏡桿的兩端，棱鏡桿上設(shè)置有長水準(zhǔn)管，棱鏡桿的兩側(cè)均設(shè)置有微調(diào)旋鈕，且棱鏡桿通過微調(diào)旋鈕調(diào)平，棱鏡桿調(diào)平時，微調(diào)旋鈕抵靠在t型構(gòu)件上。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述t型構(gòu)件包括t型構(gòu)件伸縮桿、與t型構(gòu)件伸縮桿連接的t型構(gòu)件端板，t型構(gòu)件伸縮桿和t型構(gòu)件端板相互垂直布置，t型構(gòu)件伸縮桿的端部設(shè)置有螺絲，t型構(gòu)件伸縮桿通過螺絲固定在塔柱上。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述t型構(gòu)件伸縮桿上設(shè)置有緊固旋鈕，并通過扭緊緊固旋鈕實現(xiàn)鎖定t型構(gòu)件伸縮桿的長度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述t型構(gòu)件端板的中部設(shè)置有鉸座，所述棱鏡桿的中部設(shè)置有連接孔，所述t型構(gòu)件端板通過鉸接螺栓與棱鏡桿鉸接，所述鉸接螺栓穿過鉸座和連接孔。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述t型構(gòu)件伸縮桿和t型構(gòu)件端板通過緊固螺栓連接，所述t型構(gòu)件伸縮桿的端部設(shè)置有第一螺栓孔，所述t型構(gòu)件端板的中部設(shè)置有第二螺栓孔，所述緊固螺栓穿過第一螺栓孔和第二螺栓孔。

本發(fā)明還提供一種斜拉橋塔梁同步施工測量方法，該方法包括如下步驟：

s1、在塔柱兩邊已竣工橋墩上分別布置第一控制樁、第二控制樁，在第一控制樁上設(shè)置第一控制點a，在第二控制樁上設(shè)置第二控制點b，使第一控制點a、第二控制點b的連線平行于斜拉橋的橋中線，并測量第一控制點a、第二控制點b之間的水平距離sab；

s2、將第一全站儀、第二全站儀分別安置在第一控制樁、第二控制樁上，第一全站儀后視第二控制點b，第二全站儀后視第一控制點a；

s3、安裝雙向棱鏡支架裝置于塔柱上，同時將第一棱鏡、第二棱鏡安裝在雙向棱鏡支架裝置上，調(diào)整雙向棱鏡支架裝置，使第一棱鏡的中心t1、第二棱鏡的中心t2與第一控制點a、第二控制點b處于同一豎面內(nèi)，調(diào)整第一棱鏡朝向第一全站儀，調(diào)整第二棱鏡朝向第二全站儀；

s4、在塔梁同步施工前，用第一全站儀測量第一控制點a、第一棱鏡19的中心t1之間的第一平距sat1，用第二全站儀測量第二控制點b、第二棱鏡的中心t2之間的第二平距sbt2，經(jīng)過距離差分，得出第一平距sat1差分后的平距第二平距sbt2差分后的平距作為塔柱變位的初始值；

s5、在塔梁同步施工后，用第一全站儀測量第一控制點a、第一棱鏡的中心t1之間的第三平距sat1＇，用第二全站儀測量第二控制點b、第二棱鏡的中心t2之間的第四平距sbt2＇，經(jīng)過距離差分，得出第三平距sat1＇差分后的平距第四平距sbt2＇差分后的平距分別與塔柱的變位初始值和比較，并計算二者的差值平均值△s，即得到塔柱在荷載不平衡前后的順橋向變位值；

s6、在塔梁同步施工過程中，各節(jié)段塔柱施工的各種工況前后，重復(fù)步驟s4、s5，測量計算各種工況前后的差值平均值△s，即得到塔柱在各種工況前后的順橋向變位值。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟s4中，第一平距sat1差分后的平距的計算公式為：

其中，l為第一棱鏡的中心t1到第二棱鏡的中心t2的間距；

第二平距sbt2差分后的平距的計算公式為：

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟s5中，第三平距sat1＇差分后的平距的計算公式為：

第四平距sbt2＇差分后的平距的計算公式為：

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟s6中，差值平均值△s的計算公式為：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：本發(fā)明的塔梁同步施工測量裝置及其方法，具有高精度、實時測量的特點，通過實時距離差分測量，既發(fā)揮了全站儀高精度測距的優(yōu)勢，又實時減弱了距離觀測誤差影響，大大提高了塔柱順橋向變位測量的精度。尤其適用于300米左右的超高塔塔柱精密變位測量和塔柱基準(zhǔn)斷面的高精度變位測量。同時，本發(fā)明的塔梁同步施工測量裝置及其方法，也適合于懸索橋上部結(jié)構(gòu)安裝過程中，塔柱受在不平衡荷載影響下的順橋向精密變位測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例斜拉橋塔梁同步施工測量裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例雙向棱鏡支架裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖，其中，雙向棱鏡支架裝置的兩端設(shè)置有棱鏡。

圖4是圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例棱鏡桿的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，棱鏡桿的兩端設(shè)置有棱鏡。

圖6是本發(fā)明實施例t型構(gòu)件端板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是圖6的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例t型構(gòu)件伸縮桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-雙向棱鏡支架裝置，2-t型構(gòu)件，3-t型構(gòu)件伸縮桿，4-t型構(gòu)件端板，5-緊固螺栓，6-鉸座，7-鉸接螺栓，8-棱鏡桿，9-長水準(zhǔn)管，10-微調(diào)旋鈕，111-第一螺栓孔，112-第二螺栓孔，12-螺絲，13-塔柱，14-橋中心線，15-第一控制樁，16-第二控制樁，17-第一全站儀，18-第二全站儀，19-第一棱鏡，20-第二棱鏡，21-緊固旋鈕，22-連接孔，a-第一控制點，b-第二控制點，t1-第一棱鏡的中心，t2-第二棱鏡的中心。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種斜拉橋塔梁同步施工測量裝置，該裝置包括第一全站儀17、第二全站儀18和雙向棱鏡支架裝置1，雙向棱鏡支架裝置1的兩端分別設(shè)置有第一棱鏡19、第二棱鏡20，雙向棱鏡支架裝置1安裝在塔柱13壁上，第一全站儀17和第二全站儀18分別安置在第一控制樁15、第二控制樁16上，第一控制樁15和第二控制樁16上分別設(shè)置有第一控制點a、第二控制點b。

參見圖2所示，第一控制點a和第二控制點b與第一棱鏡19的中心t1、第二棱鏡20的中心t2在同一豎面上，且與斜拉橋的橋中線14平行。

參見圖3所示，第一棱鏡19、第二棱鏡20分別位于棱鏡桿8的兩端，棱鏡桿8上設(shè)置有長水準(zhǔn)管9，棱鏡桿8的兩側(cè)均設(shè)置有微調(diào)旋鈕10，且棱鏡桿8通過微調(diào)旋鈕10調(diào)平，棱鏡桿8調(diào)平時，微調(diào)旋鈕10抵靠在t型構(gòu)件2上。

參見圖4所示，雙向棱鏡支架裝置1包括t型構(gòu)件2、與t型構(gòu)件2鉸接的棱鏡桿8。t型構(gòu)件2包括t型構(gòu)件伸縮桿3、與t型構(gòu)件伸縮桿3連接的t型構(gòu)件端板4，t型構(gòu)件伸縮桿3和t型構(gòu)件端板4相互垂直布置，t型構(gòu)件伸縮桿3的端部設(shè)置有螺絲12，t型構(gòu)件伸縮桿3通過螺絲12固定在塔柱13上。

參見圖5所示，棱鏡桿8的中部設(shè)置有連接孔22；參見圖6所示，t型構(gòu)件端板4的中部設(shè)置有鉸座6，t型構(gòu)件端板4通過鉸接螺栓7與棱鏡桿8鉸接，鉸接螺栓7穿過鉸座6和連接孔22。參見圖6、圖7、圖8所示，t型構(gòu)件伸縮桿3和t型構(gòu)件端板4通過緊固螺栓5連接，t型構(gòu)件伸縮桿3的端部設(shè)置有第一螺栓孔111，t型構(gòu)件端板4的中部設(shè)置有第二螺栓孔112，緊固螺栓5穿過第一螺栓孔111和第二螺栓孔112。

參見圖8所示，t型構(gòu)件伸縮桿3上設(shè)置有緊固旋鈕21，并通過扭緊緊固旋鈕21實現(xiàn)鎖定t型構(gòu)件伸縮桿3的長度。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例還提供一種斜拉橋塔梁同步施工測量方法，該方法包括如下步驟：

s1、在塔柱13兩邊已竣工橋墩上分別布置第一控制樁15、第二控制樁16，在第一控制樁15上設(shè)置第一控制點a，在第二控制樁16上設(shè)置第二控制點b，使第一控制點a、第二控制點b的連線平行于斜拉橋的橋中線14，并測量第一控制點a、第二控制點b之間的水平距離sab；

s2、將第一全站儀17、第二全站儀18分別安置在第一控制樁15、第二控制樁16上，第一全站儀17后視第二控制點b，第二全站儀18后視第一控制點a；

s3、安裝雙向棱鏡支架裝置1于塔柱13上，同時將第一棱鏡19、第二棱鏡20安裝在雙向棱鏡支架裝置1上，調(diào)整雙向棱鏡支架裝置1，使第一棱鏡19的中心t1、第二棱鏡20的中心t2與第一控制點a、第二控制點b處于同一豎面內(nèi)，調(diào)整第一棱鏡19朝向第一全站儀17，調(diào)整第二棱鏡20朝向第二全站儀18；

s4、在塔梁同步施工前，用第一全站儀17測量第一控制點a、第一棱鏡19的中心t1之間的第一平距sat1，用第二全站儀18測量第二控制點b、第二棱鏡20的中心t2之間的第二平距sbt2，經(jīng)過距離差分，得出第一平距sat1差分后的平距第二平距sbt2差分后的平距作為塔柱13變位的初始值；

s5、在塔梁同步施工后，用第一全站儀17測量第一控制點a、第一棱鏡19的中心t1之間的第三平距sat1＇，用第二全站儀18測量第二控制點b、第二棱鏡20的中心t2之間的第四平距sbt2＇，經(jīng)過距離差分，得出第三平距sat1＇差分后的平距第四平距sbt2＇差分后的平距分別與塔柱13的變位初始值和比較，并計算二者的差值平均值△s，即得到塔柱13在荷載不平衡前后的順橋向變位值；

s6、在塔梁同步施工過程中，各節(jié)段塔柱13施工的各種工況前后，重復(fù)步驟s4、s5，測量計算各種工況前后的差值平均值△s，即得到塔柱13在各種工況前后的順橋向變位值。

在本實施例中，步驟s4中，第一平距sat1差分后的平距的計算公式為：

其中，l為第一棱鏡19的中心t1到第二棱鏡20的中心t2的間距；

第二平距sbt2差分后的平距的計算公式為：

其中，步驟s5中，第三平距sat1＇差分后的平距的計算公式為：

第四平距sbt2＇差分后的平距的計算公式為：

其中，步驟s6中，差值平均值△s的計算公式為：

將計算公式(1)、(2)、(3)、(4)的計算結(jié)果帶入公式(5)，即可計算得到差值平均值△s的值，即順橋向變位值。

在實際應(yīng)用中，步驟s1中，水平距離sab可以通過全站儀多次測量第一控制點a、第二控制點b之間的水平距離，取其平均值得到。步驟s3中，調(diào)整雙向棱鏡支架裝置1使第一棱鏡19的中心t1、第二棱鏡20的中心t2與第一控制點a、第二控制點b處于同一豎面內(nèi)的具體操作為：松開緊固旋鈕21，調(diào)整t型構(gòu)件2的長度和方向，使第一棱鏡19的中心t1、第二棱鏡20的中心t2與第一控制點a、第二控制點b處于同一豎面內(nèi)，旋緊緊固旋鈕21，鎖定t型構(gòu)件伸縮桿3長度。步驟s4中，第一全站儀17、第二全站儀18測量需在塔柱荷載平衡、氣象穩(wěn)定(日出前、微風(fēng)、溫差變化小)的條件下進行；步驟s5中，第一全站儀17、第二全站儀18測量需在塔柱荷載不平衡、氣象穩(wěn)定(日出前、微風(fēng)、溫差變化小)的條件下進行。

在實際施工過程中，若采用標(biāo)稱精度為0.5″，0.6+1ppm×d的tm50全站儀，對某斜拉橋塔梁同步施工進行塔柱順橋向變位觀測。某橋設(shè)計主跨為1092m，主塔高326m。全站儀到棱鏡的觀測斜距d最大為1140m，豎直角a最大為17°，tm50全站儀測角誤差ma＝±0.5″，測距誤差md＝0.6mm+1×10^-6×1140000mm＝1.74mm，根據(jù)平距s的測量誤差公式：

因此

根據(jù)公式(5)和誤差傳播定律，則順橋向變位值△s的中誤差

經(jīng)差分后的塔柱順橋向變位值△s的中誤差m△s達到1.31mm，滿足塔柱順橋向變位值△s測量允許偏差3mm的精度要求。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。