大跨径悬索桥塔偏监测方法研究
摘要：分析了测量机器人徕卡TM30进行极坐标法观测时的精度，并以南京长江四桥塔偏监测为应用实例，介绍了TM30在大跨径悬索桥塔偏监测中的方法。通过分析得到利用TM30采用极坐标法进行大跨径悬索桥塔偏监测是可行的。
关键词：TM30;大跨径悬索桥;塔偏
1.引言
近年来，随着国家基础设施建设的不断发展，大跨径悬索桥在城市建设中不断涌现，如润扬长江大桥、南京长江四桥等。桥梁在日常使用和维护过程中，由于受到外部环境和自身结构以及材料老化带来的影响，桥梁的主体结构会受到损伤，因此，桥梁的健康监测是及其重要的。在桥梁安全监测的众多项目中，大跨径悬索桥主桥塔偏是桥梁状态评定中最直接、最重要的关键指标之一。目前，随着智能型全站仪的普及，对桥梁塔偏监测通常采用定期测试的方法，利用全站仪极坐标法对布设在桥梁构件上的监测点进行观测。
2.精度分析
全站仪极坐标法的测量原理(如图一所示)是在已知点A架设全站仪，通过观测后视点B与监测点P之间的水平角β以及AP之间的水平距离D，从而得到监测点P的坐标(XP，YP)的过程。为了验证该技术方案的可行性，在进行外业观测之前，对监测方案进行了精度预计。
由基准点A的坐标(XA，YA)以及观测值(β，D)，可得监测点P的坐标计算公式为：
在具体工程中，基准点AB设置为强制对中装置，因此可以忽略已知点AB的点位位差对监测点P的影响。对上式左右分别求微分，得
由此可得，监测点P的点位中误差计算公式：
其中，mP表示全站仪测距中误差，mβ表示全站仪测角中误差。由此便可得到监测点P的点位中误差
本次外业观测仪器采用的是瑞士Leica TM30高精度智能型全站仪，仪器的标称精度：测边为0.6mm+1ppm;测角为0.5″。
3.工程应用实例
3.1 工程概况
南京长江第四大桥是一座大跨径悬索桥，项目全长28.996 km，主跨1418 m，主缆由五跨组成。塔顶主缆理论交点标高234.20m，桥塔侧吊索距桥塔中心线水平距离为22.00m(边跨侧)、22.60m(中跨侧)，限位装置处吊索与相邻吊索距离为13.80 m，其余吊索水平间距为15.60m。
3.2 观测方案
本次对南京长江四桥主桥塔偏进行监测采用的是徕卡TM30智能全站仪。塔偏监测点布设在南、北塔靠岸一侧女儿墙上，南、北塔上下游各布设1个，共计4个。由于主桥桥塔受外界条件的影响始终处于动态变化中，为便于塔偏的.监测，在南北引桥中间隔离带布置ZL1、ZL2、ZL3、ZL4四个控制点，均采用强制对中墩的形式布设，并与南京四桥变形监测系统的平面和高程起算点NF13、NF14构成监测控制网。主桥塔偏监测点及控制点分布见图二。
在测量过程中索塔空间位置监测采用极坐标法，具体施测方案为：
(1)南岸在ZL2架站，后视ZL1，测量塔偏新布点、施工阶段塔偏监测点、塔顶岸侧转点NTAZ;北岸在ZL3架站，后视ZL4，测量塔偏新布点、施工阶段塔偏监测点、塔顶岸侧转点BTAZ。
(2)南塔在NTAZ架站，后视ZL2，测量塔顶江侧转点NTJZ;北塔在BTAZ架站，后视ZL3，测量塔顶江侧转点BTJZ。
在整个观测过程中，对每一个监测点均观测记录多次直至数据稳定，并计算平均值作为最终结果。
3.3 监测成果分析
由本次观测成果可得，X方向即桥轴线方向上NTS变化-56.2mm、NTX变化-61.4mm、BTS变化61mm、BTX变化64.2mm。具体成果见表1塔偏观测成果表和表2主缆线形观测成果表。
考虑到四桥刚通车一年，混凝土的徐变作用对桥塔的影响还很大，加之塔有234m高，风以及太阳辐射的不均匀性会使桥塔周围的温度场产生一定的温度应力。综合以上因素考虑，桥塔的位移是属于正常范围内的波动，故可认为本次桥塔没有发生位移。
4.结论
本文论述了利用全站仪极坐标法进行大跨径悬索桥主桥塔偏和主缆线形变形监测的可行性，并结合南京长江第四大桥塔偏和主缆线形变形监测的实例对该方法进行了说明。可以看出，采用徕卡TM30智能全站仪对大跨径悬索桥主桥塔偏和主缆线形进行变形监测的方法完全是可行的。
[参考文献]
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