高铁桥梁沉降观测控制网布设关键技术分析

彭世军

摘要：沉降测量控制网在桥梁工程的沉降观测中具有重要作用。本文分析了桥梁工程沉降观测作业的控制网布设方法，并以在建高铁桥梁在施工期间的沉降观测为依据，详细介绍了该段桥梁沉降观测控制网布设的具体内容和实施步骤，包括布设等级和精度要求、测量仪器及分析软件的选择、控制点的布设和外业观测的具体要求等。本次沉降观测作业的结果表明了该段桥梁的沉降控制网布设的正确性，该沉降控制网的布设方法和实施步骤对同类型的沉降观测网布设具有一定的参考价值。

关键词：工程测量;沉降观测;控制网布设;水准测量

中图分类号：TB22 文献标识码：A

1 引言

随着我国经济建设的飞速发展，交通工程建设也取得了长足的进展。桥梁工程作为交通工程的重要组成部分，同样取得了稳步的发展。伴随而来的是桥梁建设技术水平越来越高，沉降观测的精度要求也随之提高，因此对桥梁工程建设中的沉降观测控制网的布设和观测精度也提出了更高的要求。特别是对于如今大力发展的高速铁路桥梁而言，沉降观测则尤为重要。因此，对桥梁工程的沉降变形观测工作展开研究具有重要的意义。

现阶段对于桥梁的沉降观测，主要方法有常规测量法，GPS测量法和三维扫描测量法。当前用水准仪测量就是普遍且常规的测量方法。GPS测量法是采用GPS卫星定位系统对观测目标进行实时，连续观测的方法。三维扫描测量法则通过三维激光扫描可提供实时，详细的三维空间数据，通过对比不同时间的数据变化进行沉降数值的分析。然而，在进行精度要求较高的沉降观测时，考虑到以上三种方法的测量精度，主要还是采用常规测量法。国内外的学者也对沉降观测进行了大量的研究，同时也取得了相应的成果[1～10]。本文主要以某在建的高速铁路桥梁在施工过程中的沉降观测为依据，对相应的沉降观测内容进行了分析与总结，并对观测成果进行了论证。

2控制点布设等级及相关要求

2.1布设等级及观测要求

在本次沉降测量观测中，结合本条线路的设计部分，环境部分，测量精度等多种因素，决定采用国家二等水准测量法进行测量，同时兼顾精度，沉降标志等各种测量目标，本次测量控制网布设采用分级布网等精度逐级观测的方法进行布设，精度要求和相应的等级要求如表1所示，沉降控制网的技术要求如表2所示。

DS05或DS1型仪器，按《高速铁路工程测量规范》二等水准测量的技术要求施测。

2.2 测量仪器和数据处理软件

2.2.1测量仪器及工具

结合工程的具体情况，沉降观测统一使用徕卡DNA03数字水准仪，铟钢条码尺。现场使用的观测仪器设备如表3所示。

2.2.2 数据分析软件

对于沉降观测所得的数据，用中铁二院的：“沉降观测数据处理与分析评估系统”进行处理。

3 控测网布设及观测

3.1 控制点的布设

监测网的布设中，控制点的布设尤为重要，将直接关系到观测作业的精度要求。控制点选取时可从以下几个方面进行考虑：①控制点的维护：桥梁工程施工周期往往较长，且维护费用高，在长时间的施工中，控制点的沉降及位移在所难免。②控制点的使用周期：监测网不只是在施工期内使用，在桥梁工程完工后，还要为桥梁的运营监测提供作业，以此即节约了二次建设成本，也减少了建设时间。③控制点的位置：控制点位的布置和选择要考虑水准测量的作业环境和控制网的结构。

参考沉降测量相关规范和要求，考虑到本次沉降测量施测的精度要求，各种标志的要求和作用不同的多种因素，沉降测量控制网布设时的控制点采取以下三类方式。

3.1.1 基准点

在本条线路的沉降观测作业中，基准点是尤为重要的第一步，应当布设在固定地区，且不受桥梁本身沉降变形的影响，线路全程采用深埋水准点，所有操作步骤按照国家二等水准测量标准进行施工。

3.1.2 工作基点

本条线路中的工作基点按照国家二等水准测量要求进行布设，要求布置在稳定的区域内，在该座桥梁的整个施工期内，工作基点位置不改变，在整个测量过程中，作为高程测量的中途传递点，标石可以现场浇筑，预制桩形式。

1） 联测

按照上述方法布设好工作基点后，根据有关规范和要求，需要用附合水准路线对布设的工作基点进行联测试验，精度要求按照二等水准测量的标准。联测方法和路线如下图所示。

2）高程成果处理

工作基点高程计算时，首先，计算并检查水准测量各测段往返测高差较差是否满足要求;其次，计算并检查相邻两个之间的基准点间的实际测量高差与原来的测量高差相比，是否满足相关要求，最后，以基准点的原测高程成果作为约束条件（已知高程），用逐次平差法计算各个工作基点的高程。

相关规范和要求明确表示，如果在沉降测量复测过程中，发现工作基点的变形差超过了中误差的两倍及以上，测量人员应当主动向建设方和评估方告知，并且提交测量数据。经上述部门核实无误后，则需要对工作基点和观测点个各个实测高程进行修订。

在桥梁的沉降变形复测结束后，之前测得的变形数据应当更新，以最新数据为准，完善桥梁沉降测量控制网中工作基点的高程。直至下次复测为止。最后，控制网的复测数據应单独归类整理。

3）工作基点测量周期

考虑到保证沉降控制布设网的稳定性，需要确定合理的复测周期，结合本条高速铁路设计等级，周围地形，精度要求等各种因素，该沉降测量控制网的复测周期为半年，每次复测应结合精测网进行。

3.1.3 沉降观测点

沉降观测点直接埋设在要测定的沉降变形体上，一般做成观测标的形式。观测标的点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。对于桥梁工程而言，通常的沉降观测标有两类：桥台观测标和墩身观测标。

1）墩身观测标

（1）每个墩身上，观测标应至少不少于2处，并且应当分布于墩身两侧;

（2）在桥墩上布设观测点时，一般高出墩底或者水面1米。

2）桥台观测标

相关技术要求，桥台观测标要设置在顶部，且不少于2个，并且要设置在台帽的两侧。

3.2 外业观测的具体要求

3.2.1 水准观测路线

桥梁沉降水准观测路线如图2所示。

3.2.2 桥梁工程的沉降测量频次

根据有关技术标准，桥梁工程的沉降测量观测频次规范如表4所示。

3.2.3 水准观测技术要求

1）在本条高速铁路的桥梁沉降测量中，水准控制网的布设严格按照国家二级水准测量的要求进行，在进行观测作业时，要用附合水准路线或者闭合水准路线，本次在建桥梁的沉降观测控制网中，水准点和基准点的个数不得少于2个。

2）本线路在进行外业作业时，不得随意更换多种测量器材和用具，在同一线路上，只能用同一类的器材。其中有关的规范和技术要求如表5所示。

3）在进行沉降观测作业时，一般情况下按照后-前-前-后的方向进行测量，不过对于变换奇偶站电子水准仪，测量顺序如下：

（1）往测：奇数站：后—前—前—后;偶数站：前—后—后—前

（2）返测：奇数站：前—后—后—前;偶数站：后—前—前—后

4）在本次桥梁沉降测量线路中，所有测段均为偶数段，在平时的测量中，防止阳光直射仪器，造成读数误差，每次测量作业前，应当把仪器置于外部半小时，使得仪器温度与外部环境温度保持一致，以减少测量误差。每一测段均为偶数测站。晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射;扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。观测前30分钟，将仪器置于露天阴影处，让仪器和外界温度一致。

5）本次沉降观测作业时，要保证观测用水准尺的稳定性，选用较重的尺垫。观测时，尺垫必须置于路面结实稳定处，防止凹陷。造成测量误差。同时观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方，如果临时有震动，应当重新布置观测仪器，确保水准尺垂直。

6）本线路中，当相邻的沉降测量周期内沉降量异常时，应当再次分析控制点的稳定性。必要的时候，结合联测基准点进行复测，每次沉降观测作业后，只有等中误差，闭合差都符合要求后，才能进行平差计算。作业完成后，计算所得成果录入本条高速铁路桥梁沉降观测和评估系统，以备调用。

4 结语

在对本条高铁线路在建桥梁施工期内进行沉降观测作业时，严格按照相应的规范和其他要求进行沉降控制网的布设和沉降观测，对保证桥梁工程施工期内的安全和质量有着非常重要的作用。本文通过对中兰铁路某段进行沉降观测网的布设和沉降观测，验证了该段控制网布设和观测的可行性，以及该段工程沉降观测控制网布设和观测方案的合理性。观测结果表明桥梁施工过程中的沉降量满足规范要求，从而保证了桥梁的施工质量，同时为整条线路的竖向线形的控制奠定了基础。

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