高鐵橋梁沉降觀測控制網布設關鍵技術分析

彭世軍

摘要：沉降測量控制網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的控制網布設方法，并以在建高鐵橋梁在施工期間的沉降觀測為依據，詳細介紹了該段橋梁沉降觀測控制網布設的具體內容和實施步驟，包括布設等級和精度要求、測量儀器及分析軟件的選擇、控制點的布設和外業觀測的具體要求等。本次沉降觀測作業的結果表明了該段橋梁的沉降控制網布設的正確性，該沉降控制網的布設方法和實施步驟對同類型的沉降觀測網布設具有一定的參考價值。

關鍵詞：工程測量;沉降觀測;控制網布設;水準測量

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A

1 引言

隨著我國經濟建設的飛速發展，交通工程建設也取得了長足的進展。橋梁工程作為交通工程的重要組成部分，同樣取得了穩步的發展。伴隨而來的是橋梁建設技術水平越來越高，沉降觀測的精度要求也隨之提高，因此對橋梁工程建設中的沉降觀測控制網的布設和觀測精度也提出了更高的要求。特別是對于如今大力發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。

現階段對于橋梁的沉降觀測，主要方法有常規測量法，GPS測量法和三維掃描測量法。當前用水準儀測量就是普遍且常規的測量方法。GPS測量法是采用GPS衛星定位系統對觀測目標進行實時，連續觀測的方法。三維掃描測量法則通過三維激光掃描可提供實時，詳細的三維空間數據，通過對比不同時間的數據變化進行沉降數值的分析。然而，在進行精度要求較高的沉降觀測時，考慮到以上三種方法的測量精度，主要還是采用常規測量法。國內外的學者也對沉降觀測進行了大量的研究，同時也取得了相應的成果[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，對相應的沉降觀測內容進行了分析與總結，并對觀測成果進行了論證。

2控制點布設等級及相關要求

2.1布設等級及觀測要求

在本次沉降測量觀測中，結合本條線路的設計部分，環境部分，測量精度等多種因素，決定采用國家二等水準測量法進行測量，同時兼顧精度，沉降標志等各種測量目標，本次測量控制網布設采用分級布網等精度逐級觀測的方法進行布設，精度要求和相應的等級要求如表1所示，沉降控制網的技術要求如表2所示。

DS05或DS1型儀器，按《高速鐵路工程測量規范》二等水準測量的技術要求施測。

2.2 測量儀器和數據處理軟件

2.2.1測量儀器及工具

結合工程的具體情況，沉降觀測統一使用徠卡DNA03數字水準儀，銦鋼條碼尺。現場使用的觀測儀器設備如表3所示。

2.2.2 數據分析軟件

對于沉降觀測所得的數據，用中鐵二院的：“沉降觀測數據處理與分析評估系統”進行處理。

3 控測網布設及觀測

3.1 控制點的布設

監測網的布設中，控制點的布設尤為重要，將直接關系到觀測作業的精度要求。控制點選取時可從以下幾個方面進行考慮：①控制點的維護：橋梁工程施工周期往往較長，且維護費用高，在長時間的施工中，控制點的沉降及位移在所難免。②控制點的使用周期：監測網不只是在施工期內使用，在橋梁工程完工后，還要為橋梁的運營監測提供作業，以此即節約了二次建設成本，也減少了建設時間。③控制點的位置：控制點位的布置和選擇要考慮水準測量的作業環境和控制網的結構。

參考沉降測量相關規范和要求，考慮到本次沉降測量施測的精度要求，各種標志的要求和作用不同的多種因素，沉降測量控制網布設時的控制點采取以下三類方式。

3.1.1 基準點

在本條線路的沉降觀測作業中，基準點是尤為重要的第一步，應當布設在固定地區，且不受橋梁本身沉降變形的影響，線路全程采用深埋水準點，所有操作步驟按照國家二等水準測量標準進行施工。

3.1.2 工作基點

本條線路中的工作基點按照國家二等水準測量要求進行布設，要求布置在穩定的區域內，在該座橋梁的整個施工期內，工作基點位置不改變，在整個測量過程中，作為高程測量的中途傳遞點，標石可以現場澆筑，預制樁形式。

1） 聯測

按照上述方法布設好工作基點后，根據有關規范和要求，需要用附合水準路線對布設的工作基點進行聯測試驗，精度要求按照二等水準測量的標準。聯測方法和路線如下圖所示。

2）高程成果處理

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

相關規范和要求明確表示，如果在沉降測量復測過程中，發現工作基點的變形差超過了中誤差的兩倍及以上，測量人員應當主動向建設方和評估方告知，并且提交測量數據。經上述部門核實無誤后，則需要對工作基點和觀測點個各個實測高程進行修訂。

在橋梁的沉降變形復測結束后，之前測得的變形數據應當更新，以最新數據為準，完善橋梁沉降測量控制網中工作基點的高程。直至下次復測為止。最后，控制網的復測數據應單獨歸類整理。

3）工作基點測量周期

考慮到保證沉降控制布設網的穩定性，需要確定合理的復測周期，結合本條高速鐵路設計等級，周圍地形，精度要求等各種因素，該沉降測量控制網的復測周期為半年，每次復測應結合精測網進行。

3.1.3 沉降觀測點

沉降觀測點直接埋設在要測定的沉降變形體上，一般做成觀測標的形式。觀測標的點位應設立在能反映沉降變形體沉降變形的特征部位，不但要求設置牢固，便于觀測，還要求形式美觀，結構合理，且不破壞沉降變形體的外觀和使用。對于橋梁工程而言，通常的沉降觀測標有兩類：橋臺觀測標和墩身觀測標。

1）墩身觀測標

（1）每個墩身上，觀測標應至少不少于2處，并且應當分布于墩身兩側;

（2）在橋墩上布設觀測點時，一般高出墩底或者水面1米。

2）橋臺觀測標

相關技術要求，橋臺觀測標要設置在頂部，且不少于2個，并且要設置在臺帽的兩側。

3.2 外業觀測的具體要求

3.2.1 水準觀測路線

橋梁沉降水準觀測路線如圖2所示。

3.2.2 橋梁工程的沉降測量頻次

根據有關技術標準，橋梁工程的沉降測量觀測頻次規范如表4所示。

3.2.3 水準觀測技術要求

1）在本條高速鐵路的橋梁沉降測量中，水準控制網的布設嚴格按照國家二級水準測量的要求進行，在進行觀測作業時，要用附合水準路線或者閉合水準路線，本次在建橋梁的沉降觀測控制網中，水準點和基準點的個數不得少于2個。

2）本線路在進行外業作業時，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。其中有關的規范和技術要求如表5所示。

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

（1）往測：奇數站：后—前—前—后;偶數站：前—后—后—前

（2）返測：奇數站：前—后—后—前;偶數站：后—前—前—后

4）在本次橋梁沉降測量線路中，所有測段均為偶數段，在平時的測量中，防止陽光直射儀器，造成讀數誤差，每次測量作業前，應當把儀器置于外部半小時，使得儀器溫度與外部環境溫度保持一致，以減少測量誤差。每一測段均為偶數測站。晴天觀測時給儀器打傘，避免陽光直射;扶尺時借助尺撐，使標尺上的氣泡居中，標尺垂直。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）本次沉降觀測作業時，要保證觀測用水準尺的穩定性，選用較重的尺墊。觀測時，尺墊必須置于路面結實穩定處，防止凹陷。造成測量誤差。同時觀測過程中避免儀器安置在容易震動的地方，如果臨時有震動，應當重新布置觀測儀器，確保水準尺垂直。

6）本線路中，當相鄰的沉降測量周期內沉降量異常時，應當再次分析控制點的穩定性。必要的時候，結合聯測基準點進行復測，每次沉降觀測作業后，只有等中誤差，閉合差都符合要求后，才能進行平差計算。作業完成后，計算所得成果錄入本條高速鐵路橋梁沉降觀測和評估系統，以備調用。

4 結語

在對本條高鐵線路在建橋梁施工期內進行沉降觀測作業時，嚴格按照相應的規范和其他要求進行沉降控制網的布設和沉降觀測，對保證橋梁工程施工期內的安全和質量有著非常重要的作用。本文通過對中蘭鐵路某段進行沉降觀測網的布設和沉降觀測，驗證了該段控制網布設和觀測的可行性，以及該段工程沉降觀測控制網布設和觀測方案的合理性。觀測結果表明橋梁施工過程中的沉降量滿足規范要求，從而保證了橋梁的施工質量，同時為整條線路的豎向線形的控制奠定了基礎。

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