碼頭水平位移監(jiān)測的方法及其精度分析與探討

張曉杰，趙曉紅，曹勝敏

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222；2.寶雞市勘察測繪院，陜西 寶雞 721000）

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碼頭水平位移監(jiān)測的方法及其精度分析與探討

張曉杰1，趙曉紅2，曹勝敏1

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222；2.寶雞市勘察測繪院，陜西 寶雞 721000）

摘要：隨著港口碼頭貨物吞吐量逐年增長，靠泊船舶的噸位增加，越來越多的碼頭需要浚深改造，為保證碼頭改造和使用期間的安全，需要對碼頭進行變形監(jiān)測。本文針對某一碼頭監(jiān)測項目的實例，分析了支導線法應用于水平位移監(jiān)測的方法和施測流程，并進行了精度分析和監(jiān)測數據分析，表明支導線法完全可以滿足碼頭水平位移監(jiān)測的要求，對于類似項目的監(jiān)測，確保碼頭結構安全有重要的借鑒意義。

關鍵詞：水平位移監(jiān)測；支導線；精度

引 言

隨著水運事業(yè)的發(fā)展，碼頭的裝卸噸位每年大約以20 %左右的速度遞增，由于靠泊船舶噸位增加，越來越多的碼頭需要浚深改造，為保證碼頭改造和使用期間安全，必須對碼頭進行沉降和位移監(jiān)測。碼頭沉降觀測方法較為簡單，一般采用常規(guī)的二等水準測量即可滿足要求，而碼頭水平位移觀測的方法有很多，如視準線法、支距法、GPS測量法、前方交會法、極坐標法以及小角法等[1]，這些方法有各自的優(yōu)點，在碼頭水平位移監(jiān)測時，由于受到通視條件、碼頭作業(yè)震動、潮汐力、船舶系纜力等因素影響，應針對具體項目的特點，采用滿足本項目要求的監(jiān)測方法。本文針對某一碼頭監(jiān)測項目實例，在傳統(tǒng)的極坐標法的基礎上，采用支導線法觀測碼頭的水平位移，由于測站數的增加，無疑會對監(jiān)測點的精度造成影響，為此進行了精度分析和監(jiān)測數據分析，結果表明支導線法觀測完全可以滿足本項目碼頭水平位移監(jiān)測的要求。

1 碼頭概況

某港區(qū)礦石碼頭為重力式方塊碼頭，其中一個全長238.67 m的泊位需進行技術改造，此泊位碼頭后方堆場需打設7 800多根旋噴樁，前沿港池需浚深約2 m。碼頭前沿浚深施工過程中需要進行爆破炸礁，其對碼頭結構穩(wěn)定性影響較大；后方堆場進行旋噴樁施工，受樁機及場地堆料影響，場地通視條件受到較大影響，采用傳統(tǒng)的極坐標法、前方交會法以及支距法均不能施測，需要根據本項目的特點采取新方法進行觀測。

2 碼頭監(jiān)測網布設方案

2.1 基準網布設

考慮到監(jiān)測區(qū)域通視條件不好，在監(jiān)測區(qū)域后方埋設了多個穩(wěn)定的基準點，這樣可以保證在某一條視線受阻的情況下，其他視線仍然可以觀測。同時由于水平位移監(jiān)測的精度要求較高，基準網布置為邊角全測的三角形網，監(jiān)測點位置及基準網布置如圖1。

圖1 監(jiān)測點位置及基準網布置

沿碼頭方向共布設了14個水平位移監(jiān)測點C1~C14，每個監(jiān)測點預埋強制對中鋼板，其基本上在一條直線上，點間距離大致相等，約為20 m。在變形區(qū)域以外的碼頭后方選擇A、B、E、F作為監(jiān)測網的基準點，基準點采用有強制對中裝置的觀測墩，EF方向大致平行于監(jiān)測點的連線方向，E、F兩點至碼頭的距離約56 m。選擇水平位移監(jiān)測點C5、C12作為工作基點，與基準點一起構成了基準網。在監(jiān)測區(qū)域建立測區(qū)獨立坐標系，以基準點E為坐標原點，EF連線為x軸，指向F，過E點垂直于x軸方向為y軸，指向碼頭前沿。

基準網的圖形結構為常見的三角網型，圖形結構強，檢核條件多，基準網采用邊角全測的方法進行高精度的角度和距離測量，最后采用清華三維平差軟件進行嚴密平差，得到基準點和工作基點的精準坐標。

2.2 水平位移監(jiān)測實施

由于工作基點C5、C12并非固定不動，每次均需在基準網中對其進行觀測以求得其坐標。具體觀測方法是：首先在一個基準點架設儀器，后視鄰近的可通視的基準點，測量工作基點C5或C12的坐標，然后在工作基點上架設儀器，測量求得其兩側監(jiān)測點的坐標，其中工作基點C5觀測C1~C4，C6~C8；工作基點C12觀測C9~C11，C13~C14；測量采用高精度的角度和距離測量，每個角測量6個測回，距離觀測3個測回（在儀器中輸入測量時的氣溫和氣壓值，并進行加常數和乘常數改正），通過基準點和工作基點的傳遞，依次得到各監(jiān)測點的坐標。周期性地對監(jiān)測點進行觀測，即可測定監(jiān)測點的坐標變化值，也即水平位移值。

3 精度探討

3.1 基準網控制精度分析

基準網布設為邊角全測的三角網，采用Leica高精度精密全站儀TCA2003進行觀測，標稱測距精度為±(1 mm+1 ppm D)，標稱測角精度為0.5″。角度測量采用全圓觀測法，每個角測量6個測回，測角精度可達0.35″?；鶞示W經嚴密平差后，得到各基準點和工作基點的精度評定，其中最弱點A的沿y方向的最大點位中誤差為0.6 mm。

3.2 監(jiān)測點精度分析

由于碼頭位移觀測主要關心垂直于碼頭前沿的位移，即橫向坐標y，由于實際測量過程中只設了兩次測站，所以支導線端點坐標的計算公式為：

為了導出支導線端點沿y方向（橫向）的誤差公式，需要建立終點坐標與直接觀測值β和D的微分關系式。為此，微分上式得：

根據方位角推算式：

代入式（1）有：

將上式寫成方差形式，可得支導線端點沿y軸方向的誤差—橫向誤差mu：

上式即為支導線端點橫向誤估算式，其中my1和mT0分別為支導線起始點位橫向誤差和起始方向方位角誤差。

按照上式，分別代入儀器的標稱精度，基準網精度評定值及實測計算值，估算監(jiān)測點在不同路線下的最大橫向誤差，結果見表1。

表1 不同支導線路線下監(jiān)測點的最大橫向誤差

依據《水運工程測量規(guī)范》(JTJ 203-2012)，碼頭屬于對變形比較敏感的水工建筑物，監(jiān)測點水平位移應滿足二等精度要求，即平面點位誤差不大于±3 mm。從表1結果來看，支導線法水平位移監(jiān)測精度完全可以滿足水運工程測量規(guī)范的要求。

4 監(jiān)測數據分析

該碼頭的監(jiān)測工作從2008年10月25日開始，于2009年4月15日結束監(jiān)測共觀測了172天，在此期間采集了大量的觀測數據，我們選取了典型的4個點為例進行變形分析，圖2給出了碼頭上這4個監(jiān)測點垂直于碼頭前沿方向的水平位移變化，表2為4個監(jiān)測點的最大位移量和累計位移量。

圖2 水平位移-時間變化曲線

表2 變形觀測點位移量數據統(tǒng)計

從圖2和表2可以看出，在施工期間，尤其是在碼頭前沿炸礁期間，在爆破區(qū)域內部分位移點位移量出現(xiàn)急劇變化情況，現(xiàn)場人員及時通知了相關部門，并做好施工調整工作，指導并保證了施工的順利進行。從近半年監(jiān)測的最終累計位移量來看，監(jiān)測點水平位移在可控制范圍內，累計最大水平位移量未超過1 cm。

5 結 論

傳統(tǒng)的碼頭水平位移觀測方法很多，各有適用條件，支導線法應用于碼頭水平位移監(jiān)測有很多優(yōu)勢，布設靈活，施測方便，適應場地條件較強。通過對本監(jiān)測項目監(jiān)測點的精度分析和監(jiān)測數據分析，采用支導線法完全可以滿足碼頭水平位移監(jiān)測的要求，對類似的監(jiān)測項目有良好的借鑒意義。但采用此方法其觀測精度受到支導線長度和測站數的限制，在實際應用過程中要先做好精度估算。

參考文獻：

[1] 楊富春, 黃張裕, 洪毅, 等. GPS在碼頭水平位移監(jiān)測中的應用研究[J]. 水利與建筑工程學報, 2011, 9(6): 155-158.

[2] 谷川, 李明峰, 潘國榮. 某碼頭施工水平位移監(jiān)測方法與精度探討[J]. 測繪信息與工程, 2006, 31(4): 16-17.

[3] JTS 131-2012水運工程測量規(guī)范[S]. 人民交通出版社.

[4] 張鳳舉, 張華海, 趙長勝, 等. 控制測量學[M]. 煤炭工業(yè)出版社, 1999.

Horizontal Displacement Monitoring Method and Its Precision of a Wharf

Zhang Xiaojie1, Zhao Xiaohong2, Cao Shengmin1
(1.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China; 2.Baoji Survey and Mapping Institute, Baoji Shanxi 721000, China)

Abstract:With the port cargo throughput increased year by year, berthing ship's tonnage increases, more and more ports need to be deepened reform, in order to ensure the safety of wharf during the transformation, it is necessary to monitor terminal deformation. Aiming at a wharf monitoring project as an example, introduce the branch line method and its process, and the accuracy analysis and monitoring data analysis show that the branch line method can completely meet the requirements of horizontal displacement monitoring, for similar monitoring project have a important reference, to ensure the wharf structure safety.

Key words:horizontal displacement monitoring; branch line; precision

作者簡介：張曉杰（1983-），男，工程師，主要從事地基基礎監(jiān)測與檢測工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160123

中圖分類號：U656.107

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）01-0098-03