高墩橋梁高程定位技術(shù)研究

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近幾年在全國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)全站儀三角高程測量可替代二等及以下水準(zhǔn)測量。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量儀器。其主要技術(shù)參數(shù)：測角精度：1〃；距離測量精度：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球棱鏡無旋轉(zhuǎn)軸，加工精度高，長期使用后重復(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)冰給使用帶來不便。④球棱鏡的安放極其容易，球棱鏡現(xiàn)場安置簡便，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±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)分首級高程控制網(wǎng)和加密高程控制網(wǎng)。首級高程控制網(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)山店江大橋橋址周圍的地形、橋墩位置以及為測量方便布設(shè)的加密高程控制網(wǎng)，為了保證測量方便和施工需要，我們在大橋橋頭、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。因山店江特大橋長度為611m，加密高程控制網(wǎng)測量采用全站儀四等三角高程往返測量，觀測數(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。（見表1）

橋墩高程傳遞測量

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)，可采用不量儀器高和棱鏡高的中間設(shè)站三角高程測量法傳遞，用全站儀分別觀測基準(zhǔn)點(diǎn)A上和觀測點(diǎn)B上安置的球棱鏡，中間設(shè)站全站儀三角高程測量應(yīng)進(jìn)行兩組獨(dú)立觀測，兩組高程較差不大于2mm，滿足限差要求后，取兩組高差平均值作為傳遞高差。中間設(shè)站三角高程測量方法，就是在沒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。其測量原理，見圖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精度只和斜距測量和角度測量誤差有關(guān)，與儀器高和棱鏡高無關(guān)，因此可以充分利用精密全站儀的測距和測角的精度采用多測回的方法來提高觀測精度，也可在同一側(cè)設(shè)置觀測點(diǎn)，即在橋墩上以及橋墩地面處同一垂直線上分別設(shè)置觀測點(diǎn)1和觀測點(diǎn)3，觀測點(diǎn)上各放置一個(gè)球棱鏡，如圖4所示。中間設(shè)站，應(yīng)滿足表2的要求，觀測時(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150m。前、后視距應(yīng)盡量相等，一般距離差不宜超過5m，觀測時(shí)準(zhǔn)確測量溫度、氣壓值，以便進(jìn)行邊長改正。

結(jié)束語

山店江特大橋高橋墩高程測量因采用全站儀不量儀器高和棱鏡高的中間設(shè)站（或同一側(cè)）三角高程測量法，避免用鋼尺量儀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/5000=200/5000=40mm。因此受到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評，為今后類似高橋墩施工積累了測量經(jīng)驗(yàn)。（本文作者：梁萬波 單位：中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司）