港珠澳大桥沉管预制端钢壳安装测量技术--完全版.pdf

港珠澳大桥沉管预制端钢壳安装测量技术
何元甲1，刘旭麟2

（1、中交二航局第二工程有限公司，重庆，400042；2、重庆华姿建筑工程有限公司，重庆，400030）

摘要：本文根据港珠澳大桥沉管预制端钢壳安装与砼浇筑同时进行的施工特点，以及保证管节高精度地完成对接
的技术要求，总结出满足端钢壳安装精度的测量技术。基本思路采取全站仪三维坐标法定位钢端壳，并依据最小二乘法
理论和点到面数学模型，应用MATLAB语言编写的软件进行数据处理和管节安装可视化模拟，来评定端钢壳安装精度，
确定后续端钢壳安装参数。
关键词：端钢壳安装精度三维坐标法软件模拟
1、工程概况

港珠澳大桥是我国继三峡工程、青藏铁路、南水北调、西气东输、京沪高铁之后又一重大基础设施

建设项目，是集桥、岛、隧为一体的超大型跨海通道。

隧道采用沉管隧道，全长5.664km，由33个管节组成，标准管节由8个长22.5m的节段组成。管

节截面宽度和高度各为37.95m和11.4m，每个节段砼浇筑量为3400m3，耗时约30h。

端钢壳作为管节柔性接头的关键性构件，分为A、B两种型号，与管节砼连为一体，为安装止水带

而设置在管节始末两端。端钢壳尺寸如图1-1所示。

止水带安装中心线

管
节
中
心
线

图1-1端钢壳尺寸

2、技术分析

2.1内容及基本方法

港珠澳大桥沉管预制施工，其端钢壳安装在国内尚属首例，有着与砼浇筑同时进行、砼浇筑时间长、

场地受限以及为保证管节对接线形需结合上一端钢壳安装偏差对设计值进行修正等特点。因此，端钢壳

安装测量不是常规意义的定位测量，应从端钢壳安装工序要求、管节对接精度影响的角度进行其内容及

方法的界定。

为确保端钢壳的安装精度，砼浇筑前根据其空间姿态设计值进行定位，并考虑砼浇筑产生的应力影

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响而进行预偏；砼浇筑过程中进行跟踪测量，适时调整，确保偏差满足要求；在管节预应力张拉完成后

测定空间姿态，并进行三维模拟，评定其安装精度，确定后续端钢壳安装参数。

因此，端钢壳安装测量实际上包含了三个步骤(即定位测量、跟踪测量、成品测量)，具有明显的阶

段性；同时，该安装测量具有明显的循环性，如图2-1所示，一个过程中每阶段的测量结果可相互影响，

一个过程的成品测量又影响到下一过程的定位测量；另外，定位测量时所产生的误差及预偏量，以及跟

踪测量所进行的纠偏，实际上决定了该端钢壳安装偏差是存在的，并且是不可调整的，若偏差超过设计

限差要求，只能通过修正后续端钢壳安装设计值的方法，来保持整个沉管预制的设计姿态，所以该安装

测量具有不可逆性，必须高精度进行定位及跟踪测量，这是保证端钢壳安装精度的关键所在。成品测量

也极为重要，是保证整个沉管预制精度必不可少的环节。

图2-1端钢壳安装测量内容
端钢壳安装测量内容的阶段性、循环性和不可逆性特点，决定了方法的多重性和系统性。该安装测

量方法采取如下思路：基于全站仪三维坐标法，通过安置吸附式棱镜的方式进行定位，并依据最小二乘

法理论和点到面的数学模型，应用MATLAB语言编写的专门软件进行跟踪、成品测量阶段复杂而海量数

据的处理，以及模拟分析。

2.2精度分析

端钢壳安装测量最终目的是对端钢壳上各特征位置进行精确定位，并满足下列三项技术要求：面板

不平整度偏差不大于5mm，横向垂直度偏差不大于3mm，竖向倾斜度偏差不大于3mm。

端钢壳安装测量基于全站仪三维坐标法，涉及到采用高精度全站仪测定高程，并转化为观测点与参

考基准的高差这一精度问题，这主要与全站仪竖盘精度有关。通过开启竖盘自动补偿器，在相同的观测

条件下测得高差，该高差精度能够达到毫米级，在此不做讨论，需重点分析平面精度。

测量精度主要受控制点误差、仪器误差和棱镜标定误差的影响。由误差传播定律，测量误差可用公

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式表达为m=m控+m仪+m标；其中，m控为沉管预制二等三角网严密平差后最弱点点位误差0.7mm；m仪按

直角坐标测量方法分析，设测量距离为S，测量角度为α，则仪器(TrimbleS8标称精度，测角：1″，

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测距：(1+1ppm*D)mm)的误差为m仪=smα+ms，实际测量距离不大于0.3km，故仪器最大理论误差是1.1mm；

m标为吸附式棱镜的加工精度0.5mm。

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由上计算得知，端钢壳安装测量误差m≤1.4mm，比较其技术要求，可证明在高精度仪器施测的情

形下，完全能够采用全站仪三维坐标法进行端钢壳安装测量。

3、全站仪坐标法应用

全站仪三维坐标法应用于端钢壳安装测量三阶段，各阶段应用是有一定关联的。通过此法，定位测

量和跟踪测量为精确安装端钢壳，成品测量采集端钢壳成品数据，为模拟分析提供精度基础。

3.1数据采