高速公路192 m高墩施工自动化测量控制技术

梁海朋，崔成男，周成龙，刘晓东

（中建铁路投资建设集团有限公司，北京 100088）

1 工程概况

我国高速公路网正在向山区蔓延，山区高速公路地形条件复杂，峡谷纵横，桥隧比大，施工测量控制也成了施工过程中的控制关键点，如何实现对高墩进行高效、精确的测量控制是保证高墩质量及缩短整个工程工期的关键[1-2]。

渝湘高速公路复线工程第二总包部承建的芦沟河特大桥位于重庆市巴南区东泉镇朝阳村，横跨芦沟河，为跨河桥，是第一座墩高超过190 m 的7 跨连续刚构桥。该桥为分离式桥梁，左线桥长2 148 m，右线桥长2 184 m，其中最高墩为左线7#墩，墩高192 m。

2 自动化测量控制系统的组成

为了保证192 m 高墩的测量精度及测量效率，特准备了一套专用的高墩自动化测量控制系统。该系统由1 台带马达的全站仪、1 部智能手机、8 组棱镜组成。高墩设计多为变截面墩身，且转角处为圆弧，8 组棱镜需放置每条边的直圆点处。如图1 所示。

图1 自动化测量控制系统示意图

3 平面位置自动化测量控制流程及工艺

3.1 控制流程

高速公路192 m 高墩施工自动化测量控制流程如图2所示。

图2 自动化测量控制流程

3.2 全站仪架设并设站

将全站仪架设于已知控制点上，对中整平后，设站方式选择“多个后视点”模式，其原理是测量一个或多个目标点定向，后视点不少于3 个，设站方式选择示意图如图3 所示。此种模式为全站仪定向模式精度最高的一种，设站后自动计算设站残差，查看设站精度是否满足要求，不满足重新设站[3-5]。

图3 设站方式选择示意图

3.3 蓝牙连接全站仪

用智能手机打开测量软件App，点击右上角蓝牙图标，自动搜索全站仪蓝牙，全站仪蓝牙要处于打开模式，选择对应蓝牙名称点击连接，连接成功后点击测试，如全站仪可自动进行测量即可进行下一步测量作业。如图4 所示。

图4 连接全站仪示意图

3.4 测量数据输入及选择

在图纸中找出待放样高墩对应里程及尺寸数据，根据图纸设计在软件中选择“斜交斜做”或“斜交正做”模式，将相应数据输入软件中，点击“计算”，则可自动计算出待测点坐标，根据待测的选择相应数据，点击“小旗”标志即可。如图5 所示。

图5 数据输入及选择示意图

3.5 自动化测量控制

以芦沟河特大桥192 m 高墩为例，桥墩采用液压爬模工艺施工，每个浇筑节段4.5 m，共计43 个节段。每个节段模板合完后均需对平面位置及竖直度进行校正，首先将8 个棱镜组分别置于模板顶的8 个直圆点上（见图1），校正纵桥向方向，则同时可观测“棱镜2、棱镜3、棱镜6、棱镜7”，分别点击软件数据中“左前、右前、右后、左后”对应数据的小旗标志，点击后带马达的全站仪自动捕捉棱镜，并自动计算出相应实测数据偏差，调整纵桥向只看“大小里程偏差”即可，通过对讲机告知作业工人进行调整至指定位置。纵桥向调整合格后，继续测量横桥向，同时观测“棱镜1、棱镜8、棱镜4、棱镜5”，对应数据“左前、左后、右前、右后”，数据偏差只看“向左幅、向右幅”即可。高程可同步测出，同时进行调整。待模板全部调整合格后，进行对8 个棱镜数据复测，自动测量数据点击“记录按钮”自动保存至手机，可直接输出生产文件通过微信或QQ 发送至内业处理人员存档。自动化控制实景图如图6 所示。

图6 自动化控制实景图

4 竖直度自动化测量控制工艺

192 m 高墩墩身为变截面，变截面墩身竖直度控制利用传统的垂准仪的控制方法控制困难，且精度无法保证。需将待测断面绝对坐标化，利用绝对竖直度控制变截面墩身，精度更高且操作方便。192 m 高墩变截面墩身竖直度自动化测量控制工艺同平面位置自动化测量控制工艺相类似，主要区别有以下几点。

1）因192 m 高墩墩身为变截面，变截面墩身竖直度测量位置需保持在同一水平截面，换截面需重新测量高程，等截面墩身可直接测量任意位置。

2）192 m 高墩墩身侧面坡比为60∶1，在模板顶升过程中可用水平尺调平模板顶面，测量墩顶竖直度及模板竖直度校正时，顶面高差的略微变化可忽略不计。

3）选择软件计算对应的数据，如测纵桥向竖直度，可选择“左前、右前”或“左后、右后”的数据，观测“棱镜2、棱镜3 或棱镜6、棱镜7”的数据。横桥向选择“左前、左后”或“右前、右后”的数据，观测棱镜“棱镜1、棱镜8 或棱镜4、棱镜5”。选择对应数据界面里的小旗标志，自动观测出的纵横桥向偏差即为绝对数值度偏差。相应竖直度测量数据可记录至手机，测量完毕后输出文件，发送至内业人员处理存档。

5 高程自动化测量控制工艺

全站仪设站时，测站点及后视点高程已知，“高程可被传递”，可与平面位置自动化测量设站同步采用“多个后视点”法进行设站。进行高程测量控制时，如图5 所示，在“设计坐标Z”中将待测位置高程输入，自动测量计算后显示的“填或挖”数值即为高程偏差，可根据偏差要求作业工人进行模板调整，合格后进行复测，相应数据保存至手机，输出文件发送至内业人员存档。

6 192 m高墩施工自动化测量控制注意事项

1）测量时避免光照对测量精度的影响，光照对变截面超高薄壁空心墩竖直度测量的精度影响较大，高墩柱已成型的混凝土立柱在阳光照射下，一侧阳面和另一侧背面之间形成温差，出现不均匀膨胀，阳面就向阴面一侧倾斜，其幅度是随着日照温度高低和温差大小而变化；可选择清晨或傍晚进行避免或通过给立柱混凝土周边加水及养护，安装喷水设施，使混凝土立柱保持湿润状态，减少或消除日照对混凝土产生的温度升高或温差形成的不均匀膨胀。

2）测量时避免风对测量精度的影响，应在无风或弱风时进行观测。

3）测量时避免人为因素对测量精度的影响，观测时仪器旁除观测者外禁止其他人靠近仪器，模板校正固定后禁止私自进行调整或施工碰撞。

7 结论

1）自动化测量控制技术的运用，所有测量数据自动计算，自动通过蓝牙传输至仪器，自动记录，可避免人为向仪器输入坐标时出现的错误或数据记录时出现的记录错误，同时避免坐标计算时出现的计算错误。

2）平面位置自动化测量技术可同时自动观测多个棱镜，能对整墩位置偏差进行综合判定，便于作业人员进行模板调整。

3）竖直度自动化测量技术解决了变截面高墩利用传统垂准仪方法测量困难且无法保证精度的难题。

4）自动化测量控制技术的运用，数据自动计算自动传输，仪器自动寻找棱镜进行测量，避免了人为瞄准棱镜产生的照准误差，提高了测量精度，保证了施工质量。

5）测量过程只需人为选择数据，其他过程自动测量、自动计算，节约了大量测量时间，同时又能综合指挥作业工人进行操作，方便快捷，大幅度提高了施工效率，保证了施工质量。

6）减少了测量人员数量及垂准仪等测量设备数量，节约了施工成本。