高鐵橋梁沉降觀測控制網(wǎng)布設(shè)關(guān)鍵技術(shù)分析

彭世軍

摘要：沉降測量控制網(wǎng)在橋梁工程的沉降觀測中具有重要作用。本文分析了橋梁工程沉降觀測作業(yè)的控制網(wǎng)布設(shè)方法，并以在建高鐵橋梁在施工期間的沉降觀測為依據(jù)，詳細(xì)介紹了該段橋梁沉降觀測控制網(wǎng)布設(shè)的具體內(nèi)容和實(shí)施步驟，包括布設(shè)等級和精度要求、測量儀器及分析軟件的選擇、控制點(diǎn)的布設(shè)和外業(yè)觀測的具體要求等。本次沉降觀測作業(yè)的結(jié)果表明了該段橋梁的沉降控制網(wǎng)布設(shè)的正確性，該沉降控制網(wǎng)的布設(shè)方法和實(shí)施步驟對同類型的沉降觀測網(wǎng)布設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：工程測量;沉降觀測;控制網(wǎng)布設(shè);水準(zhǔn)測量

中圖分類號：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，交通工程建設(shè)也取得了長足的進(jìn)展。橋梁工程作為交通工程的重要組成部分，同樣取得了穩(wěn)步的發(fā)展。伴隨而來的是橋梁建設(shè)技術(shù)水平越來越高，沉降觀測的精度要求也隨之提高，因此對橋梁工程建設(shè)中的沉降觀測控制網(wǎng)的布設(shè)和觀測精度也提出了更高的要求。特別是對于如今大力發(fā)展的高速鐵路橋梁而言，沉降觀測則尤為重要。因此，對橋梁工程的沉降變形觀測工作展開研究具有重要的意義。

現(xiàn)階段對于橋梁的沉降觀測，主要方法有常規(guī)測量法，GPS測量法和三維掃描測量法。當(dāng)前用水準(zhǔn)儀測量就是普遍且常規(guī)的測量方法。GPS測量法是采用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)對觀測目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)，連續(xù)觀測的方法。三維掃描測量法則通過三維激光掃描可提供實(shí)時(shí)，詳細(xì)的三維空間數(shù)據(jù)，通過對比不同時(shí)間的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行沉降數(shù)值的分析。然而，在進(jìn)行精度要求較高的沉降觀測時(shí)，考慮到以上三種方法的測量精度，主要還是采用常規(guī)測量法。國內(nèi)外的學(xué)者也對沉降觀測進(jìn)行了大量的研究，同時(shí)也取得了相應(yīng)的成果[1～10]。本文主要以某在建的高速鐵路橋梁在施工過程中的沉降觀測為依據(jù)，對相應(yīng)的沉降觀測內(nèi)容進(jìn)行了分析與總結(jié)，并對觀測成果進(jìn)行了論證。

2控制點(diǎn)布設(shè)等級及相關(guān)要求

2.1布設(shè)等級及觀測要求

在本次沉降測量觀測中，結(jié)合本條線路的設(shè)計(jì)部分，環(huán)境部分，測量精度等多種因素，決定采用國家二等水準(zhǔn)測量法進(jìn)行測量，同時(shí)兼顧精度，沉降標(biāo)志等各種測量目標(biāo)，本次測量控制網(wǎng)布設(shè)采用分級布網(wǎng)等精度逐級觀測的方法進(jìn)行布設(shè)，精度要求和相應(yīng)的等級要求如表1所示，沉降控制網(wǎng)的技術(shù)要求如表2所示。

DS05或DS1型儀器，按《高速鐵路工程測量規(guī)范》二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測。

2.2 測量儀器和數(shù)據(jù)處理軟件

2.2.1測量儀器及工具

結(jié)合工程的具體情況，沉降觀測統(tǒng)一使用徠卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀，銦鋼條碼尺。現(xiàn)場使用的觀測儀器設(shè)備如表3所示。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析軟件

對于沉降觀測所得的數(shù)據(jù)，用中鐵二院的：“沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析評估系統(tǒng)”進(jìn)行處理。

3 控測網(wǎng)布設(shè)及觀測

3.1 控制點(diǎn)的布設(shè)

監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)中，控制點(diǎn)的布設(shè)尤為重要，將直接關(guān)系到觀測作業(yè)的精度要求。控制點(diǎn)選取時(shí)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：①控制點(diǎn)的維護(hù)：橋梁工程施工周期往往較長，且維護(hù)費(fèi)用高，在長時(shí)間的施工中，控制點(diǎn)的沉降及位移在所難免。②控制點(diǎn)的使用周期：監(jiān)測網(wǎng)不只是在施工期內(nèi)使用，在橋梁工程完工后，還要為橋梁的運(yùn)營監(jiān)測提供作業(yè)，以此即節(jié)約了二次建設(shè)成本，也減少了建設(shè)時(shí)間。③控制點(diǎn)的位置：控制點(diǎn)位的布置和選擇要考慮水準(zhǔn)測量的作業(yè)環(huán)境和控制網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。

參考沉降測量相關(guān)規(guī)范和要求，考慮到本次沉降測量施測的精度要求，各種標(biāo)志的要求和作用不同的多種因素，沉降測量控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)的控制點(diǎn)采取以下三類方式。

3.1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)

在本條線路的沉降觀測作業(yè)中，基準(zhǔn)點(diǎn)是尤為重要的第一步，應(yīng)當(dāng)布設(shè)在固定地區(qū)，且不受橋梁本身沉降變形的影響，線路全程采用深埋水準(zhǔn)點(diǎn)，所有操作步驟按照國家二等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

3.1.2 工作基點(diǎn)

本條線路中的工作基點(diǎn)按照國家二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行布設(shè)，要求布置在穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)，在該座橋梁的整個(gè)施工期內(nèi)，工作基點(diǎn)位置不改變，在整個(gè)測量過程中，作為高程測量的中途傳遞點(diǎn)，標(biāo)石可以現(xiàn)場澆筑，預(yù)制樁形式。

1） 聯(lián)測

按照上述方法布設(shè)好工作基點(diǎn)后，根據(jù)有關(guān)規(guī)范和要求，需要用附合水準(zhǔn)路線對布設(shè)的工作基點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測試驗(yàn)，精度要求按照二等水準(zhǔn)測量的標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)測方法和路線如下圖所示。

2）高程成果處理

工作基點(diǎn)高程計(jì)算時(shí)，首先，計(jì)算并檢查水準(zhǔn)測量各測段往返測高差較差是否滿足要求;其次，計(jì)算并檢查相鄰兩個(gè)之間的基準(zhǔn)點(diǎn)間的實(shí)際測量高差與原來的測量高差相比，是否滿足相關(guān)要求，最后，以基準(zhǔn)點(diǎn)的原測高程成果作為約束條件（已知高程），用逐次平差法計(jì)算各個(gè)工作基點(diǎn)的高程。

相關(guān)規(guī)范和要求明確表示，如果在沉降測量復(fù)測過程中，發(fā)現(xiàn)工作基點(diǎn)的變形差超過了中誤差的兩倍及以上，測量人員應(yīng)當(dāng)主動向建設(shè)方和評估方告知，并且提交測量數(shù)據(jù)。經(jīng)上述部門核實(shí)無誤后，則需要對工作基點(diǎn)和觀測點(diǎn)個(gè)各個(gè)實(shí)測高程進(jìn)行修訂。

在橋梁的沉降變形復(fù)測結(jié)束后，之前測得的變形數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)更新，以最新數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，完善橋梁沉降測量控制網(wǎng)中工作基點(diǎn)的高程。直至下次復(fù)測為止。最后，控制網(wǎng)的復(fù)測數(shù)據(jù)應(yīng)單獨(dú)歸類整理。

3）工作基點(diǎn)測量周期

考慮到保證沉降控制布設(shè)網(wǎng)的穩(wěn)定性，需要確定合理的復(fù)測周期，結(jié)合本條高速鐵路設(shè)計(jì)等級，周圍地形，精度要求等各種因素，該沉降測量控制網(wǎng)的復(fù)測周期為半年，每次復(fù)測應(yīng)結(jié)合精測網(wǎng)進(jìn)行。

3.1.3 沉降觀測點(diǎn)

沉降觀測點(diǎn)直接埋設(shè)在要測定的沉降變形體上，一般做成觀測標(biāo)的形式。觀測標(biāo)的點(diǎn)位應(yīng)設(shè)立在能反映沉降變形體沉降變形的特征部位，不但要求設(shè)置牢固，便于觀測，還要求形式美觀，結(jié)構(gòu)合理，且不破壞沉降變形體的外觀和使用。對于橋梁工程而言，通常的沉降觀測標(biāo)有兩類：橋臺觀測標(biāo)和墩身觀測標(biāo)。

1）墩身觀測標(biāo)

（1）每個(gè)墩身上，觀測標(biāo)應(yīng)至少不少于2處，并且應(yīng)當(dāng)分布于墩身兩側(cè);

（2）在橋墩上布設(shè)觀測點(diǎn)時(shí)，一般高出墩底或者水面1米。

2）橋臺觀測標(biāo)

相關(guān)技術(shù)要求，橋臺觀測標(biāo)要設(shè)置在頂部，且不少于2個(gè)，并且要設(shè)置在臺帽的兩側(cè)。

3.2 外業(yè)觀測的具體要求

3.2.1 水準(zhǔn)觀測路線

橋梁沉降水準(zhǔn)觀測路線如圖2所示。

3.2.2 橋梁工程的沉降測量頻次

根據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，橋梁工程的沉降測量觀測頻次規(guī)范如表4所示。

3.2.3 水準(zhǔn)觀測技術(shù)要求

1）在本條高速鐵路的橋梁沉降測量中，水準(zhǔn)控制網(wǎng)的布設(shè)嚴(yán)格按照國家二級水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行，在進(jìn)行觀測作業(yè)時(shí)，要用附合水準(zhǔn)路線或者閉合水準(zhǔn)路線，本次在建橋梁的沉降觀測控制網(wǎng)中，水準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)不得少于2個(gè)。

2）本線路在進(jìn)行外業(yè)作業(yè)時(shí)，不得隨意更換多種測量器材和用具，在同一線路上，只能用同一類的器材。其中有關(guān)的規(guī)范和技術(shù)要求如表5所示。

3）在進(jìn)行沉降觀測作業(yè)時(shí)，一般情況下按照后-前-前-后的方向進(jìn)行測量，不過對于變換奇偶站電子水準(zhǔn)儀，測量順序如下：

（1）往測：奇數(shù)站：后—前—前—后;偶數(shù)站：前—后—后—前

（2）返測：奇數(shù)站：前—后—后—前;偶數(shù)站：后—前—前—后

4）在本次橋梁沉降測量線路中，所有測段均為偶數(shù)段，在平時(shí)的測量中，防止陽光直射儀器，造成讀數(shù)誤差，每次測量作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)把儀器置于外部半小時(shí)，使得儀器溫度與外部環(huán)境溫度保持一致，以減少測量誤差。每一測段均為偶數(shù)測站。晴天觀測時(shí)給儀器打傘，避免陽光直射;扶尺時(shí)借助尺撐，使標(biāo)尺上的氣泡居中，標(biāo)尺垂直。觀測前30分鐘，將儀器置于露天陰影處，讓儀器和外界溫度一致。

5）本次沉降觀測作業(yè)時(shí)，要保證觀測用水準(zhǔn)尺的穩(wěn)定性，選用較重的尺墊。觀測時(shí)，尺墊必須置于路面結(jié)實(shí)穩(wěn)定處，防止凹陷。造成測量誤差。同時(shí)觀測過程中避免儀器安置在容易震動的地方，如果臨時(shí)有震動，應(yīng)當(dāng)重新布置觀測儀器，確保水準(zhǔn)尺垂直。

6）本線路中，當(dāng)相鄰的沉降測量周期內(nèi)沉降量異常時(shí)，應(yīng)當(dāng)再次分析控制點(diǎn)的穩(wěn)定性。必要的時(shí)候，結(jié)合聯(lián)測基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，每次沉降觀測作業(yè)后，只有等中誤差，閉合差都符合要求后，才能進(jìn)行平差計(jì)算。作業(yè)完成后，計(jì)算所得成果錄入本條高速鐵路橋梁沉降觀測和評估系統(tǒng)，以備調(diào)用。

4 結(jié)語

在對本條高鐵線路在建橋梁施工期內(nèi)進(jìn)行沉降觀測作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和其他要求進(jìn)行沉降控制網(wǎng)的布設(shè)和沉降觀測，對保證橋梁工程施工期內(nèi)的安全和質(zhì)量有著非常重要的作用。本文通過對中蘭鐵路某段進(jìn)行沉降觀測網(wǎng)的布設(shè)和沉降觀測，驗(yàn)證了該段控制網(wǎng)布設(shè)和觀測的可行性，以及該段工程沉降觀測控制網(wǎng)布設(shè)和觀測方案的合理性。觀測結(jié)果表明橋梁施工過程中的沉降量滿足規(guī)范要求，從而保證了橋梁的施工質(zhì)量，同時(shí)為整條線路的豎向線形的控制奠定了基礎(chǔ)。

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