高墩橋梁高程定位技術(shù)研究

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近幾年在全國(guó)部分高墩橋梁以及高速鐵路施工中，采用高精度全自動(dòng)全站儀并采取適當(dāng)措施減少人為誤差，經(jīng)大量工程施工經(jīng)驗(yàn)證明，高精度全自動(dòng)全站儀三角高程測(cè)量可替代二等及以下水準(zhǔn)測(cè)量。根據(jù)山店江特大橋施工特點(diǎn)，為了保證兩側(cè)懸灌梁合攏高程精度，我們選擇徠卡TCR1201+全站儀作為山店江特大橋的測(cè)量?jī)x器。其主要技術(shù)參數(shù)：測(cè)角精度：1〃；距離測(cè)量精度：標(biāo)準(zhǔn)模式為2mm+2ppm；快速模式為5mm+2ppm；跟蹤模式為5mm+2ppm，TCR1201+全站儀最大的特點(diǎn)是能自動(dòng)尋找和照準(zhǔn)目標(biāo)。棱鏡選用成都普羅米新公司生產(chǎn)的球棱鏡，其棱鏡特點(diǎn)主要有：①球棱鏡無(wú)旋轉(zhuǎn)軸，加工精度高，長(zhǎng)期使用后重復(fù)性、互換性不變。②預(yù)埋件與球棱鏡直接相連，沒(méi)有中間連接裝置，避免了中間連接裝置誤差的積累。③預(yù)埋件埋設(shè)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)也極其方便，不會(huì)因?yàn)轭A(yù)埋件內(nèi)掉入雜物，冬季結(jié)冰給使用帶來(lái)不便。④球棱鏡的安放極其容易，球棱鏡現(xiàn)場(chǎng)安置簡(jiǎn)便，任何人都可以安放到位。棱鏡直徑45mm，多個(gè)棱鏡在使用前要進(jìn)行互換性檢查，誤差不超過(guò)±0.02mm，球棱鏡及埋設(shè)示意圖1。

高程控制網(wǎng)

山店江特大橋高程網(wǎng)分首級(jí)高程控制網(wǎng)和加密高程控制網(wǎng)。首級(jí)高程控制網(wǎng)是設(shè)計(jì)院交接的四等三角高程點(diǎn)，是全線(xiàn)統(tǒng)一的高程網(wǎng)?？刂泣c(diǎn)間距較遠(yuǎn)，個(gè)別點(diǎn)丟失。加密高程控制網(wǎng)是在設(shè)計(jì)院高程控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上根據(jù)山店江大橋橋址周?chē)牡匦?、橋墩位置以及為測(cè)量方便布設(shè)的加密高程控制網(wǎng)，為了保證測(cè)量方便和施工需要，我們?cè)诖髽驑蝾^、橋尾分別布置了3個(gè)加密高程控制點(diǎn)，如圖2。圖2中點(diǎn)D48、D49、R101、R102是設(shè)計(jì)院交接控制點(diǎn)，SDJ01、SDJ02、SDJ03、SDJ04、SDJ05、SDJ06是加密控制點(diǎn)。加密高程控制點(diǎn)埋設(shè)在地層穩(wěn)定，視野良好，不易破壞的位置。采用人工挖坑，深度超過(guò)150cm，底部人工夯實(shí)，坑寬度60cm,澆筑砼搗實(shí)，將球棱鏡預(yù)埋套管埋入砼中，外露3mm，外露部分清理干凈。因山店江特大橋長(zhǎng)度為611m，加密高程控制網(wǎng)測(cè)量采用全站儀四等三角高程往返測(cè)量，觀測(cè)數(shù)據(jù)先進(jìn)行氣象和地球曲率改正，然后進(jìn)行嚴(yán)密平差。（見(jiàn)表1）

橋墩高程傳遞測(cè)量

當(dāng)橋墩高度與地面間高差大于5m時(shí)，水準(zhǔn)基點(diǎn)高程直接傳遞到橋墩上困難時(shí)，可采用不量?jī)x器高和棱鏡高的中間設(shè)站三角高程測(cè)量法傳遞，用全站儀分別觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)A上和觀測(cè)點(diǎn)B上安置的球棱鏡，中間設(shè)站全站儀三角高程測(cè)量應(yīng)進(jìn)行兩組獨(dú)立觀測(cè)，兩組高程較差不大于2mm，滿(mǎn)足限差要求后，取兩組高差平均值作為傳遞高差。中間設(shè)站三角高程測(cè)量方法，就是在沒(méi)有儀器高和棱鏡高量取誤差的情況下，求出點(diǎn)A和點(diǎn)B的高差Hab，從而計(jì)算B點(diǎn)高程Hb。其測(cè)量原理，見(jiàn)圖3所示。Hb=Ha-Sa*sinαa+Sb*sinαbHb為B點(diǎn)高程，Ha為A點(diǎn)高程，Sa為置鏡點(diǎn)到A點(diǎn)的斜距，αa為A點(diǎn)的豎直角，Sb為置鏡點(diǎn)到B點(diǎn)斜距，αb為B點(diǎn)的豎直角，計(jì)算時(shí)要考慮豎直角是仰角還是俯角，從上式可以看出，Hb精度只和斜距測(cè)量和角度測(cè)量誤差有關(guān)，與儀器高和棱鏡高無(wú)關(guān)，因此可以充分利用精密全站儀的測(cè)距和測(cè)角的精度采用多測(cè)回的方法來(lái)提高觀測(cè)精度，也可在同一側(cè)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，即在橋墩上以及橋墩地面處同一垂直線(xiàn)上分別設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)1和觀測(cè)點(diǎn)3，觀測(cè)點(diǎn)上各放置一個(gè)球棱鏡，如圖4所示。中間設(shè)站，應(yīng)滿(mǎn)足表2的要求，觀測(cè)時(shí)，前、后視各點(diǎn)都采用球棱鏡，選擇互換性良好的兩個(gè)棱鏡進(jìn)行觀察，這樣確保前、后視棱鏡高相等，計(jì)算時(shí)不考慮棱鏡高數(shù)據(jù)；儀器與棱鏡的距離不宜大于100m，高墩最大不超過(guò)150m。前、后視距應(yīng)盡量相等，一般距離差不宜超過(guò)5m，觀測(cè)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量溫度、氣壓值，以便進(jìn)行邊長(zhǎng)改正。

結(jié)束語(yǔ)

山店江特大橋高橋墩高程測(cè)量因采用全站儀不量?jī)x器高和棱鏡高的中間設(shè)站（或同一側(cè)）三角高程測(cè)量法，避免用鋼尺量?jī)x器和棱鏡高而引起的人為誤差，很好地將高程傳遞到高橋墩頂部，為高橋墩順利施工提供了精確測(cè)量數(shù)據(jù)，保證了山店江特大橋兩側(cè)懸灌梁高精度合攏，最后合攏高程誤差為16mm，小于規(guī)范允許高程偏差為L(zhǎng)/5000=200/5000=40mm。因此受到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評(píng)，為今后類(lèi)似高橋墩施工積累了測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。（本文作者：梁萬(wàn)波 單位：中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司）