钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法

技术领域

本发明属于钢管混凝土拱桥技术领域，具体涉及一种钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法。

背景技术

钢管混凝土拱桥属于钢—混凝土组合结构，其钢管内填充混凝土，并由于钢管的径向约束限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。近年来，钢管混凝土拱桥和以钢管混凝土为骨架的混凝土拱桥获得较大发展，跨径增大很快，在桥梁发展史上罕见；同时，未来将大力建设西部山区交通基础设施，特别是对于西部地区的特殊地貌如喀斯特地貌等，钢管混凝土拱桥具有优良的受力性能和超高的工程耐久性、较好的工程经济性以及广阔的应用前景，在西部地区的公路、铁路建设中拥有独特的优势。钢管混凝土拱桥的施工方法主要有斜拉扣挂悬臂拼装法、转体法和整体提升法等，使用较多的施工方法为斜拉扣挂悬臂拼装法，但若受到拱桥施工环境等相关因素的影响和限制，部分钢管混凝土拱桥可采用整体提升的施工方法。钢管混凝土拱桥的整体提升法是指先在地面或者低位支架上对大节段拱肋进行拼装，而拱肋节段是在加工厂制作完毕后运至拼装现场，提高了施工效率；当大节段拱肋低位拼装完毕后，利用提升千斤顶与吊索对整个拼装为一体的拱肋进行整体提升，并在较短的时间内完成拱肋提升与整体合龙。

同时，在钢管混凝土拱桥的拱肋整体提升过程中，吊索连接拱肋的各个吊点空间状态变化是否一致，是关系到拱肋能否顺利提升的关键因素。为了确保钢管混凝土拱桥在拱肋整体提升过程的平稳与顺利提升，需要对一直处于提升状态的拱肋各个吊点的空间坐标进行精准、动态地跟踪测量，并根据测量结果指导提升千斤顶的调节。而由于拱肋的各个吊点一直处于提升的变化状态，导致传统的人工测量方法无法实现高精度、高频率、自动化跟踪测量吊点的空间坐标，使得提升千斤顶的精确控制受到较大影响，不利于钢管混凝土拱桥整体提升过程的精确与安全施工。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明基于徕卡TS60全站仪提出了一种钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法，目的在于解决现有钢管混凝土拱桥在大节段拱肋整体提升时，传统的人工测量方法无法实现高精度、高频率、自动化跟踪测量拱肋吊点的空间坐标，对提升千斤顶的精确控制产生较大影响，进而影响钢管混凝土拱桥整体提升过程精确与安全施工的问题；从而实现高精度、高频率、自动化跟踪测量拱桥整体提升施工过程拱肋吊点的空间坐标，确保提升千斤顶的有效精确控制，最终实现钢管混凝土拱桥的精确与安全施工。

为了实现上述目的，本发明的具体方案如下：

钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法，包括如下步骤：

S1、根据钢管混凝土拱桥大节段拱肋整体提升的施工方案与施工现场的实际情况，确定提升吊索在拱肋节段上的吊点位置，在所述吊点上设置测量点G

S2、在每个测站位置上分别架设全站仪并测量每个测量点G

S3、将全站仪的测量模式设为点位自动跟踪测量模式，确定每个全站仪自动测量的频率，并自动跟踪测量处于大节段拱肋整体提升过程中的测量点G

S4、计算大节段拱肋整体提升过程中相邻吊点处测量点在前后测量周期下坐标变化量差值ΔX

当满足上式中任一种或多种情况时，表明大节段拱肋整体提升过程中拱肋在某一方向或多个方向上出现提升变形不均匀，拱肋节段出现偏移，监控设备发出预警，警示现场工作人员并指导提升千斤顶的调节，确保大节段拱肋整体提升。

进一步地，步骤S2所述每个测量点G

式中，

进一步地，步骤S4所述相邻吊点处测量点在前后测量周期下坐标变化量差值ΔX

式中，ΔX

本发明的优点

(1)本发明针对在钢管混凝土拱桥整体提升过程，传统的人工光学测量方法无法实现高频率测量吊点处测量点坐标的问题，基于徕卡TS60全站仪实现了快速、高频率监测吊点处测量点的三维空间坐标，解决了传统人工光学测量方法在钢管混凝土拱桥大节段拱肋整体提升过程中存在的时效性问题。

(2)本发明通过徕卡TS60全站仪的自动化跟踪测量，实现在设定测量频率下对大节段拱肋的吊点处测量点进行高精度的三维空间坐标测量，确保了监测数据的准确性，为后续提升过程的施工预警奠定了坚实的数据基础，解决了对于处在运动状态的钢管混凝土拱桥大节段拱肋的吊点处测量点，运用传统人工光学测量方法进行坐标测量时，容易由于人工操作的局限性而较难保证测量点三维空间坐标的精度的问题。

(3)本发明通过对徕卡TS60全站仪的自动化跟踪测量获取的测量数据进行快速及自动计算，并结合大节段拱肋整体提升过程中实际情况设定吊点处测量点的坐标偏差阈值，设定当测量的计算结果超过偏差阈值时，监控设备可自动报警，并迅速向提升千斤顶发出调节指令，确保大节段拱肋整体提升过程的顺利与安全。

附图说明

图1为本发明钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法的流程图。

图2为图1中的钢管混凝土拱桥测量点与全站仪的布置示意图。

图3为图1中的各吊点测量点的三维极坐标测量示意图。

图4为图1中的全站仪自动跟踪测量过程示意图。

图5为图1中的测量点G

图中：

1、徕卡TS60全站仪；2、提升塔架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地解释和说明，需要注意的是，本具体实施例不用于限定本发明的权利范围。

本具体实施例依托工程为南湛高速的重点控制性工程——平陆运河旧州特大桥，该桥全长约525米，主桥跨径为260米的下承式钢管混凝土系杆拱桥；同时由于该桥引桥部分跨越黎钦铁路，采用常规的斜拉扣挂悬臂拼装法施工该钢管混凝土拱桥会对黎钦铁路的正常运营造成不利影响。因此该桥采用整体提升方法进行拱桥施工建设，即中间的大节段拱肋采用地面低位安装成型后再拱肋整体提升，提升节段长度为202米，提升重量约1700吨，是目前最大整体提升跨径和吨位的钢管混凝土拱桥，并需要对拱桥整体提升过程中拱肋吊点的空间状态进行快速精准测量，本实施例针对该桥进行发明内容实施。

如附图1至图5所示，本具体实施例提供的一种钢管混凝土拱桥大节段整体提升的高速追踪光学测量方法，该方法的流程图如图1所示，包括如下具体步骤：

S1、根据平路运河旧州特大桥大节段拱肋整体提升的施工方案与拱肋整体提升现场的实际情况，确定提升吊索在拱肋节段上的吊点位置，在所述吊点关键位置上设置测量点G

S2、在每个测站位置上分别架设与测量点对应数量的4台徕卡TS60全站仪，通过4台徕卡TS60全站仪分别测量对应的每个测量点G

每个测量点G

以测站点O为原点坐标(0,0,0),以测站铅垂线的负方向为Z轴，以徕卡TS60全站仪度盘置零方向为X轴，并通过右手法则确定Y轴，建立得到相应的空间直角坐标系。设测量点G

S3、设置徕卡TS60全站仪的测量模式为点位自动跟踪测量模式，并根据平路运河旧州特大桥大节段拱肋整体提升过程的时效性要求，确定徕卡TS60全站仪自动跟踪测量的频率为每15s测量一次，然后对处于大节段拱肋整体提升过程中的测量点进行自动跟踪测量，其中每一台徕卡TS60全站仪跟踪监测一个测量点G

对步骤S3进行如下自动跟踪测量及数据记录：

本具体实施例利用徕卡TS60全站仪的ATR技术，即自动目标识别技术，将步骤S2中已测量初始三维坐标的测量点G

S4、计算平路运河旧州特大桥大节段拱肋整体提升过程中相邻吊点处测量点在前后测量周期下坐标变化量差值ΔX

在设定的全站仪自动测量频率下，设前一测量周期下的某一吊点处测量点G

式中，ΔX

式中，ΔX

同时，通过设定平路运河旧州特大桥大节段拱肋整体提升过程中相邻吊点处测量点G

当满足式(4)中任一种或多种情况时，表明平路运河旧州特大桥大节段拱肋整体提升过程中，拱肋在某一方向或多个方向上出现提升变形不均匀，拱肋节段出现偏移或扭转等的不利情况。因此，拱桥监控设备将迅速发出预警信息，警示现场的工作人员并指导提升千斤顶的调节，确保大节段拱肋整体提升过程的顺利与安全。

上述内容对本发明的具体实施例进行了描述与解释，但不用于限定本发明专利；本领域的普通技术人员可在本发明内容与具体实施方式的启示下，根据钢管混凝土拱桥大节段整体提升的实际施工状况，在不脱离本发明的权利要求所保护范围情况下，做出相应的修改或替换，但均属于本发明的保护范围。