紅水河雙線特大橋31#主墩水下地形測量

歐燕強(qiáng)

（南寧鐵路局南寧工務(wù)段，工程師，廣西 南寧 530001）

橋梁水下墩樁基及承臺(tái)施工工藝復(fù)雜，難度大，了解掌握河床底部地形情況是關(guān)鍵，只有采用高科技水下地形測繪技術(shù)準(zhǔn)確了解河床底部地形，才能準(zhǔn)確制定橋梁水下墩樁基及承臺(tái)施工的最佳方案，確保施工安全、高效、節(jié)能。

1 工程概述

紅水河雙線特大橋位于湘桂線柳州至南寧段LN-2標(biāo)段第一項(xiàng)目部施工段，跨越來賓市紅水河，橋型布置為預(yù)應(yīng)力整孔箱梁（29 m×32 m）+連續(xù)梁（80 m+144 m+80 m）+預(yù)應(yīng)力整孔箱梁（30 m×32 m），橋長2 250.728 m，是湘桂鐵路擴(kuò)改工程的關(guān)鍵性控制工程。紅水河雙線特大橋31#墩為連續(xù)梁主墩，位于紅水河航道中，承臺(tái)位置與河岸有27 m 的高差；與既有湘桂鐵路跨紅水河斜拉橋相鄰，承臺(tái)中心位置距既有鐵路橋平面距離僅為28 m。承臺(tái)位于紅水河河床上，河床為順、橫橋向雙向傾斜，坡度較大。河床沒有覆蓋層。31#墩基礎(chǔ)平面布置見圖1所示。

圖1 31#墩基礎(chǔ)平面圖

2 測量方案總體說明

由于紅水河水流湍急、水深最深處達(dá)30 m 以上，傳統(tǒng)的測量方法無法滿足精度要求，為此項(xiàng)目部決定采用測深儀結(jié)合GPS RTK 進(jìn)行高精度的水深測量，首先利用GPS RTK 對承臺(tái)的中點(diǎn)，角點(diǎn)進(jìn)行放樣，其中岸上部分用噴漆噴出承臺(tái)的輪廓線。對承臺(tái)周圍進(jìn)行分區(qū)，分為11 條測量線，分別測量出11條測量線的基巖表面高程，其中岸上部分用水準(zhǔn)儀測量，水下部分用靈舟SDE-28 水深測深儀結(jié)合GPS 測量，并用CASS 軟件生成河床巖面高程斷面圖。31#墩基礎(chǔ)測量線平面布置如圖2所示。

圖2 31#墩基礎(chǔ)測量線平面圖

3 測深儀具體連接操作

3.1 數(shù)字測深儀安裝 首先安裝、固定換能器，固定換能器位置最好選擇在船體的中部（見圖3 所示），這樣可以減少行駛時(shí)船首推出的浪涌的影響和干擾。使用船速快的測量船測量時(shí)測深桿必須增加前后拉繩進(jìn)行加固，因?yàn)榭紤]到水流帶來的拖力。海上測量時(shí)換能器吃水要放深一點(diǎn)，船速越快換能器吃水就要相對放深，一般來說海上作業(yè)時(shí)換能器吃水在1.2～1.4 m最好，內(nèi)河中也要保證大于0.5 m，在浪涌較大的海況下測量，換能器吃水必須加深，避免浪涌的影響造成假水深過多，安裝時(shí)測深桿一定要保持垂直，要加固和防止探頭松脫掉入水中或者電纜線的扯斷。

圖3 換能器安裝圖

固定換能器的方法很多，同時(shí)也因船而異，但必須以牢固、安全為前提。小船的固定方法是采用綁定測深桿加拉繩兜底加固，大船的固定方法是采用固定測深桿加前后拉繩和兜底拉繩固定，海測專用測量船則采用側(cè)掛方法，船舷旁裝有固定的掛架插口，使用專配或特制的掛架固定測深桿，安裝時(shí)只需將測深桿掛架垂直插入掛架插口固定并拉緊前后拉繩即可?？傊髯钥稍谑褂弥羞x擇既安全又快捷的安裝方法。連接好換能器后，接上電源（定位系統(tǒng)和外圍設(shè)備），可以使用12 V直流穩(wěn)壓電源，或直接接220 V市電，但是必須使用對應(yīng)的電源電纜，測深儀即安裝好。

圖4 測量參數(shù)菜單

3.2 測量參數(shù)設(shè)置 在測量參數(shù)菜單（見圖4）選擇“設(shè)置”-＞“測量參數(shù)”，進(jìn)入到測量參數(shù)設(shè)置界面，如圖5所示。

圖5 測量參數(shù)設(shè)置界界面

設(shè)置參數(shù)要點(diǎn)：

1）吃水—指換能器吃水深度的量取要從水線至換能器的底部，量取的這個(gè)值就是吃水深度值，也就是要設(shè)定的換能器吃水值。

2）聲速—在不同的季節(jié)和不同的水域（包括不同的水溫）聲速都會(huì)有差別，淡水和海水的聲速也有差別，所以要求每次測量前都必須校對或檢查測深儀〔1〕。校對測深儀的方法很多，但常用的主要方法有2種：一是采用打測試板的方法來校對，從不同的深度的校對中找出誤差值然后進(jìn)行聲速調(diào)整，把誤差消除到最小。二是采用聲速剖面儀對測量現(xiàn)場水域進(jìn)行聲速測定，聲速儀在測定水中聲速的同時(shí)也對水深進(jìn)行測定，并根據(jù)測定區(qū)域的水溫、水深計(jì)算出聲速值供現(xiàn)場采用，而所測的這個(gè)聲速值就是測深儀需要的聲速值，另外還有一種比較古老的方法就是打水砣比對，現(xiàn)在已很少采用了，因?yàn)樗碌踪|(zhì)不同誤差也就不同，深度讀數(shù)誤差較大也很難掌握。

3）測量周期—指測深儀發(fā)射脈沖的周期，一般淺水水域的測量設(shè)定值在0.2～0.5 之間，深水可適當(dāng)加大。

4）初始水深—指標(biāo)尺的初始水深，設(shè)定值要根據(jù)當(dāng)?shù)厮顚?shí)際情況來設(shè)置，測深儀參數(shù)菜單見圖6 所示。如測量的水域的水深在20 m 以下，則可以設(shè)置成20 m。

圖6 測深儀參數(shù)菜單

4 測量數(shù)據(jù)處理及成果

通過測深儀測與GPS 連接測的水深及平面位置，再通過南方CASS 軟件生成等高線及橫縱斷面圖（如圖7所示）。由此得出的斷面圖地形三維坐標(biāo)準(zhǔn)確，水下地形清晰明了，可為制定最佳施工方案提供有力依據(jù)。

圖7 等高線及橫縱斷面圖

5 結(jié)束語

運(yùn)用GPS RTK 與測深儀結(jié)合測量水深是目前最先進(jìn)與準(zhǔn)確的測量方法，高精度的平面位置與測深結(jié)合提供個(gè)較為精確的水下地形三維坐標(biāo)，技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、操作簡單、攜帶方便、是水下地形測量的準(zhǔn)確而又簡便的方法。為31#主墩樁基及承臺(tái)施工提供了第一手準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

〔1〕梁開龍.水下地形測量〔M〕.北京：測繪出版社，1995.

〔2〕全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范〔S〕.北京：測繪出版社1992.