1 工程概况

　　石桥河特大桥全长1 173m，由0.5m桥台+(2×20)m连续梁+(68+125+68)m连续梁+(4×20)m连续梁+(68+2×125+68)m连续梁+(72+2×130+72)m连续刚构组成，全桥下部结构采用桩柱式墩台。该桥位于狭长河谷地区，6次跨越石桥河，处于深切割构造侵蚀中山和高山地形，沟谷坡岸以陡坡地貌为主，山体岩层破碎，一般坡度40°～50°，后缘坡度达70°～80°。

　　2 常规测量影响因素分析

　　2.1 大气折光

　　由于夏季石桥河特大桥梁段受热，梁面上方空气密度不均、冷热不均形成局部空气环流，产生水平密度梯度，从而发生折光。水平折光主要影响观测目标成像质量、观测视线弯曲等。若采取传统测量方式，桥面近表面混凝土受光照辐射和折射作用明显，测量视线平行于梁段纵坡时，测量误差快速增大。此时，大气折光差对角度、距离、高程测量的影响尤为明显，直接表现为目标成像模糊、上下左右跳动，造成照准精度降低，从而降低施工测量放样可靠性。

　　2.2 施工环境

　　受施工进度及工期要求的影响，石桥河特大桥节段施工过程中常有高温作业，高温导致全站仪电子元件灵敏性和精度降低。阳光直射时，仪器半边受热，前后视照准均发生不均匀变化。夜间测量放点时受光线影响，能见度低，操作不便，且耗时较长。大雾天气时测区视线受阻，常规测量仪器无法正常使用。

　　2.3 测量盲区

　　石桥河特大桥整体处于河谷地带，两侧山体交错，测量盲区大。测量控制点多分布于陡峭山体上，部分位置需砍树开辟视线，但视野仍狭小。

　　2.4 安全隐患

　　在陡峭山体上架设仪器与棱镜十分不便，涉及测量人员、仪器安全，测量作业安全隐患较多。放点前视棱镜多位于节段推进前方，属高空临边作业，放点时间长，增加安全风险。

　　3 工艺原理

　　激光穿透空气介质能力较强，亮度较高，斑点较稳定。利用激光沿直线传播原理，通过调整激光指向仪姿态，使激光穿过已测定轴线上的2点，可计算下节段梁轴线与激光光斑间的偏移值，进而确定轴线基点。从桥面翼缘板边缘开始量取桥面宽度的1/2，确定模板位置及标高。

　　3.1 桥梁直线段

　　桥梁直线段安装激光指向仪时需满足激光束与桥梁轴线平行，且光束垂直角与桥面纵坡平行。激光指向仪安置于桥梁一侧翼缘板上，调整光束，使其与桥梁轴线基本平行，在仪器前方设置2块遮光板，遮光板间距为放样节段标准梁长。在0号块控制点上安置全站仪，利用全站仪免棱镜功能采集光斑位置坐标(X₁,Y₁,H₁),(X₂,Y₂,H₂),2处光斑垂直改正数△H=H₂-H₁-i(X₂-X₁)，其中i为夹角误差值导致的高程值修正系数，i(X₂-X₁)为点X₁,X₂累积夹角误差修正值，可通过仪器调校和缩短测量距离使其趋于0，即可忽略该因素的影响。根据△H调节激光指向仪微调旋钮，使远处遮光板光斑位置改正至计算位置。重复采用免棱镜功能采集光斑坐标，并计算、微调，直至△H≤5mm。

　　3.2 桥梁曲线段

　　此段桥梁中线为曲线，参照直线段，仅调整激光指向仪垂直角与桥梁纵坡平行即可。不考虑水平修正，竖直修正与桥梁直线段相同，不再赘述。

　　4 减小测量误差的措施

　　实际使用过程中仍存在多种因素影响激光指向仪控制精度，如仪器自身水准轴与激光束参照角(视准轴)夹角存在误差、激光束固有衍射特性使光斑变大、现场光束投射清晰度影响光束标准中心点的选择等，且上述问题均随着距离的增大对最终控制精度产生线性增加的影响。经试验验证，采取以下措施可将桥梁轴线精度控制在允许范围内。

　　4.1 减小夹角误差的影响

　　由于施工现场条件复杂、人为误触、机械振动、热胀冷缩等原因产生水准轴与视准轴夹角误差，主要影响垂直面方向，最终表现为影响标高。为减小误差，加装防护盒，同时尽量将仪器安装于翼缘板，在安装激光指向仪的锚点位置设置明显标记，避免受材料运输、机械及人员通行的影响。增加水准轴与视准轴夹角校核工作频率，同时与传统光学仪器配合使用，互为校核，最大限度减小误差。

　　4.2 减小光斑衍射的影响

　　由于光的衍射特性，激光在施工现场不均匀空气中传播，无法避免投射距离增加引起的光斑线性增大。光斑面积与波长、镜头焦距成正比，因此可通过改善激光束波长及选择合适的焦距减小光斑。结合试验及现场实际环境，确定波长为610nm，透镜采用f/5(f为进光量，即激光指向仪发射光量)光圈值。当镜头输入直径2mm的光束时，±100m桩号衍射光斑直径仅5mm。

　　增加微型光靶可再次校准光斑基准点，在保证激光束发射方向准确的前提下，取光斑中心为基准点。在接收光靶中心增加靶环间距为1mm的微型光靶。当增大的光斑投射到光靶上时，微调激光指向仪脚螺旋，光斑被同一靶环包围，使光斑中心基准点误差<1mm。

　　4.3 减小光束亮度对基准点的影响

　　首先增强光斑在光靶上的对比度，选择易于肉眼识别的颜色，提高激光束亮度。选择色彩反射大的接收光靶，使其与激光束形成显著对比。另外，降低环境光亮度，设置光靶遮光装置。避免在烈日强光条件下使用仪器，避免对比度不足造成的光斑识别度降低，同时满足减少仪器热胀冷缩的需求，最大限度减小大气遮光的影响。

　　采取上述措施后，±100m桩号范围内光斑面积满足施工要求，且可保证激光束亮度不发生明显减弱。本工程连续刚构段中跨径仅130m，当仪器安装于刚构段0号块时，在±65m桩号范围内即可完成1个T构的轴线控制，此时激光指向仪完全满足施工要求。

　　5 工艺流程

　　5.1 现场准备

　　上节段梁施工完成后推进挂篮就位，清理已浇筑梁段表面，特别是桥梁轴线位置。保证上节段梁与本节段梁轴线间通视无障碍。由施工用电三级配电箱接出220V交流电插线板，长度要求能到达上节段梁轴线基点处。

　　5.2 测量准备

　　由全站仪放出上节段梁轴线基点，精度需满足要求，点位处有明显稳定的标记。准备1台性能良好的激光指向仪及1把量程>12m的钢卷尺。

　　5.3 技术准备

　　施工前制定可行的操作方案，提前计算节段偏移值，区分向左(负值)或向右(正值)，如表1所示。

　　表1 轴线偏移值 

　　表1 轴线偏移值

　　5.4 测量放样

　　1)在已浇筑节段梁端轴线基点上架设激光指向仪，仪器自带连接螺孔，将其套入预先埋设的桥面钢筋头上。要求钢筋头与桥梁轴线的距离<10cm，且冒出桥面的距离≥5cm。用螺栓孔套住预埋钢筋，旋紧螺栓使仪器固定。

　　2)通过调节光圈使激光束聚焦为半径<2mm的光斑，调节仪器横杆，粗调仪器方向和位置，精调仪器3个旋钮，以改变仪器姿态，使仪器完全对中轴线。

　　3)调节仪器，使光束完全对准梁端第2个已知轴线点，保证光束沿轴线传播。调节准确后观察光束向前传播是否存在遮挡，若遇钢筋遮挡，需将钢筋轻微挪动;若桥面混凝土不平整影响光束，需升高激光指向仪，重新对中，调节完成后固定仪器。

　　4)向前沿轴线方向量取标准节段长度，以激光束为基准。

　　5)量取至标准梁长度后固定挡光板，保证激光束传播至遮光板上清晰可见。

　　6)根据提前计算得到的理论偏移量(向左为负，向右为正)，从遮光板上量取该偏移量，得到该节段梁轴线基点位置，并进行标记，将各项数值记录填表。

　　7)由轴线基点向翼缘板量取标准梁段宽度的1/2，得到模板边缘位置。根据偏移情况通知施工人员调节模板位置，调节完成后在遮光板上量取偏移量，得到新的基准点，继续根据偏移情况调节模板位置，直至满足设计要求。

　　8)激光指向仪预定位点仅作为测量放样补充手段，实际操作过程中确保由激光指向仪预定位的梁段不超过相邻2节，且使用全站仪放样下节段梁时，检验本节段梁测量结果精度。

　　6 结语

　　激光指向仪控制桥梁轴线技术已在石桥河特大桥施工中得到应用，具有以下优点。

　　1)操作简便，速度快，有利于施工生产组织，有效缩短工期。

　　2)测量成本低，由现场技术人员或工人即可完成，不受天气、人员安排、时间段等因素的影响。

　　3)激光指向仪配合计算机辅助计算轴线预偏移，降低施工测量放样对现场的干扰。

　　4)桥梁标高控制装置与激光指向仪改造成新型定位导向装置，起预定位作用。

　　5)激光束稳定性好，穿透力强，有效减小大气折光差的影响。与常规测量设备结合使用时，外部环境对测量精度的影响更小。

　　该技术适用于测量放样操作不便、现场视野狭小、高温作业的工程，如山区公路、隧道、铁路桥梁等，将其应用于我国西部山区高速公路工程中，将取得一定经济、社会效益。