武咸城際鐵路基準(zhǔn)點(diǎn)沉降對監(jiān)測點(diǎn)影響改正模型研究

王俊豐 ，花向紅，劉金標(biāo)，葉珉?yún)?/p>

(1.武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北武漢 430079; 2.武漢市勘測設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022;3.武漢大學(xué)災(zāi)害監(jiān)測與防治研究中心，湖北武漢 430079)

1 引言

通常進(jìn)行沉降觀測時(shí)，一般認(rèn)為基準(zhǔn)點(diǎn)是固定不動(dòng)的，但實(shí)際上，基準(zhǔn)點(diǎn)并非是一直恒定不變。當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)位于沉降區(qū)域內(nèi)，它就有可能發(fā)生變動(dòng)。如果基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生了變動(dòng)，在進(jìn)行沉降觀測平差計(jì)算時(shí)不加以考慮，就會產(chǎn)生不正確的結(jié)果［1］。另一方面，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性是通過一般半年或一年一次復(fù)測獲取的，而沉降監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測按照規(guī)范要求和工程情況確定監(jiān)測周期，這樣，如果基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變化，而在監(jiān)測點(diǎn)的沉降中沒有考慮，會與實(shí)際情況有所出入，導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)沉降出現(xiàn)異常情況，這對工程施工或運(yùn)營狀況，不能做出正確的判斷，而產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果，因此，有必要對考慮基準(zhǔn)點(diǎn)沉降對監(jiān)測點(diǎn)影響進(jìn)行研究，提出改正辦法。為此，本文提出了基準(zhǔn)點(diǎn)沉降下的監(jiān)測點(diǎn)改正模型，并通過武咸城際鐵路實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，得出了有益的結(jié)論。

2 基準(zhǔn)點(diǎn)沉降對監(jiān)測點(diǎn)影響改正模型

根據(jù)武咸城際鐵路橋梁、路基、涵洞、隧道、過渡段沉降監(jiān)測實(shí)際情況，沉降監(jiān)測一般以經(jīng)過兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的沉降監(jiān)測網(wǎng)。特殊情況下，可以經(jīng)過一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的沉降監(jiān)測網(wǎng)，圖1為武咸城際鐵路橋墩沉降監(jiān)測網(wǎng)示意［2］。

如圖1所示，設(shè)A，B為兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，在A，B中間存在一系列的沉降監(jiān)測點(diǎn) ik(k=1，2，…，n －1，n，其中n為監(jiān)測點(diǎn)個(gè)數(shù))，在時(shí)刻T0，通過基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測可以得到A，B兩點(diǎn)的高程，設(shè)為，在時(shí)刻Tn通過控制網(wǎng)復(fù)測有又可以得到A，B兩點(diǎn)的高程，設(shè)為由于相鄰兩次基準(zhǔn)網(wǎng)之間存在一定的時(shí)間間隔△T，通常為半年。如果不等于等于，即基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生沉降時(shí)，必須考慮基準(zhǔn)點(diǎn)變化的影響，對監(jiān)測點(diǎn)ik的高程(或沉降量)進(jìn)行改正［4］。

圖1 橋墩沉降監(jiān)測網(wǎng)

2.1 高程改正方法

高程改正方法的基本思想［5］是，首先，需要求出基準(zhǔn)點(diǎn)在任意時(shí)刻為T(T0＜T＜Tn)的高程。方法是假定基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降速度是恒定的，由此得到:A點(diǎn)的沉降速度為:

從而可以得到A，B兩點(diǎn)任意時(shí)刻T的高程為:

采用這種方法，要分別計(jì)算不同時(shí)段基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，需要對整個(gè)橋墩沉降監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，沒有利用已有的計(jì)算成果，大大增加了數(shù)據(jù)處理計(jì)算的工作量。

2.2 沉降量改正方法

實(shí)際工作中，在計(jì)算每期監(jiān)測點(diǎn)高程(或沉降量)時(shí)，一般以首次高程基準(zhǔn)的成果進(jìn)行處理，得到了各期監(jiān)測點(diǎn)的沉降量△hik，經(jīng)過基準(zhǔn)復(fù)測后，基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變化，需要對前面各期沉降監(jiān)測點(diǎn)沉降量進(jìn)行改正［6］。方法是假定監(jiān)測點(diǎn)由基準(zhǔn)點(diǎn)沉降引起的修正沉降速度與到起始基準(zhǔn)點(diǎn)的距離相關(guān)，即:

式中Si為任意監(jiān)測點(diǎn)到起始基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，VA，VB如式(1)，式(2)所示。

則T時(shí)刻任意點(diǎn)ik的沉降改正數(shù)為:

T時(shí)刻任意點(diǎn)ik沉降量為△hik+δik，即未改正的沉降量加上沉降改正數(shù)。

3 工程實(shí)例計(jì)算與分析

為了考察本文提出的基準(zhǔn)點(diǎn)沉降下的監(jiān)測點(diǎn)改正模型的有效性，本文對武咸城際鐵路某段橋梁墩臺的沉降進(jìn)行實(shí)驗(yàn)計(jì)算。

武咸城際鐵路武漢至紙坊段沉降監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)從2010年11月開始測量至2012年3月已測量了4次，使用儀器為徠卡DNA03，而該段橋墩施工是在不同時(shí)間進(jìn)行的，因此，各橋墩首次監(jiān)測的時(shí)間也不相同。限于篇幅，這里只對 Z18－1、Z18－2、Z20－1、Z20－2、Z22－1、Z22－2橋墩的沉降情況進(jìn)行分析，這些橋墩監(jiān)測點(diǎn)是從2011年4月開始監(jiān)測，施測這些橋墩所用的基準(zhǔn)點(diǎn)為GWX050與GWX051，以2011年4月數(shù)據(jù)為起始數(shù)據(jù)，由此計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)未考慮基準(zhǔn)變化的高程數(shù)據(jù)和沉降量數(shù)據(jù)，如表1、表2所示。

部分監(jiān)測點(diǎn)未考慮基準(zhǔn)變化的高程數(shù)據(jù)/m 表1

部分監(jiān)測點(diǎn)未考慮基準(zhǔn)變化的沉降量數(shù)據(jù)/m 表2

根據(jù)復(fù)測資料，GWX050與GWX051兩點(diǎn)各期高程如表3所示。

期基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測成果表/m 表3

由表1、表2可以看出，橋墩存在一個(gè)上升的趨勢。由表3可以看出，2011年11月與2011年4月相比，從數(shù)值上講GWX050上升了0.5 mm，而GWX051下降了6.1 mm，根據(jù)復(fù)測成果，兩次復(fù)測GWX050高程中誤差分別為0.4 mm、0.5 mm，兩次較差中誤差為0.6 mm，兩次復(fù)測 GWX051高程中誤差分別為0.5 mm、0.6 mm，兩次較差中誤差為0.8 mm，因此，可以認(rèn)為 GWX050沒有變化，是測量誤差引起的，但GWX051數(shù)值上較大，點(diǎn)位發(fā)生了沉降，因此，如果在計(jì)算橋墩沉降時(shí)并沒有考慮基準(zhǔn)點(diǎn)沉降對監(jiān)測點(diǎn)影響，會導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)沉降量出現(xiàn)可能不符合實(shí)際情況，對后續(xù)分析判斷工作帶來麻煩，因此有必要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)沉降對監(jiān)測點(diǎn)影響，并加以改正。

按照本文所給出的模型，考慮基準(zhǔn)變化，其結(jié)果如表4～表6所示。

高程改正方法所得的高程結(jié)果/m 表4

高程改正方法所得的沉降量結(jié)果/mm 表5

沉降量改正方法所得的沉降量結(jié)果/mm 表6

為便于比較，畫出了6個(gè)點(diǎn)的沉降過程線，如圖2～圖7所示。

由表4～表6可以看出:使用本文所提出的兩種方法進(jìn)行改正，監(jiān)測點(diǎn)的沉降量數(shù)值上減小，與附近的橋墩相比，經(jīng)過改正后能較好的反應(yīng)橋墩實(shí)際沉降情況。相對于2011年11月，高程改正方法所得沉降量最大上升1.5 mm，沉降量改正方法所得沉降量最大上升2.3 mm。

圖2 ZF18－1沉降過程線

圖3 ZF18－2沉降過程線

圖4 ZF20－1沉降過程線

圖5 ZF20－2沉降過程線

圖6 ZF22－1沉降過程線

圖7 ZF22－2沉降過程線

由圖2～圖7沉降過程線可以看出:沉降量改正方法相對于高程改正方法而言，沉降量改正方法與原始沉降的趨勢基本相同，但高程改正方法與原始沉降之間存在一些差異，如ZF18－1，ZF18－2點(diǎn)在7月時(shí)兩者之間的變化趨勢完全相反。

4 結(jié)論

綜上所述，本文所提出的兩種改正方法是可行的和有效的，兩種方法相比較而言，我們認(rèn)為采用沉降量改正方法更有效，易于編程實(shí)現(xiàn)，而且可以很好地利用已有成果，減少計(jì)算處理工作量。當(dāng)然本文提出的沉降量改正模型，還有待于進(jìn)一步探討，需根據(jù)工程情況，找出合適的改正模型。

［1］張正祿，李廣云，潘國榮等.工程測量學(xué)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2005:175～212.

［2］湖北城際鐵路有限責(zé)任公司.武漢城市圈城際鐵路沉降變形觀測實(shí)施細(xì)則［R］.2010.

［3］武漢大學(xué)測繪學(xué)院測量平差學(xué)科組.誤差理論與測量數(shù)據(jù)處理［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2007:102～142.

［4］黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2010:78～83.

［5］黃聲享.監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定性分析［J］.測繪信息與工程，2001(3):16～19.

［6］蘇京平.控制網(wǎng)的穩(wěn)定性分析［J］.城市勘測，2000(4):14～16.