橋梁工程施工中測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

馬 長(zhǎng) 清

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002)

0 引言

近些年來(lái)由于我國(guó)道路建設(shè)的快速發(fā)展，也促進(jìn)了道路橋梁工程的不斷發(fā)展，在橋梁施工過(guò)程中要綜合考慮、勘測(cè)施工區(qū)域的自然情況制定施工方案。由于道路橋梁工程要求較高的施工精度，在施工的各個(gè)階段對(duì)工程進(jìn)行測(cè)量，為工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考是整個(gè)工程建設(shè)的必要環(huán)節(jié)，其中施工過(guò)程中的放樣作業(yè)尤為重要，而且測(cè)量的結(jié)果的精準(zhǔn)度直接影響工程質(zhì)量，因此測(cè)量作業(yè)的精準(zhǔn)度的提升越來(lái)越依賴先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

1 現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)的重要性分析

測(cè)繪技術(shù)是一項(xiàng)測(cè)量與繪圖相結(jié)合的綜合性測(cè)繪體系，測(cè)繪技術(shù)在應(yīng)用于工程建設(shè)中時(shí)，利用測(cè)繪技術(shù)對(duì)地形地貌的數(shù)據(jù)采集及制圖設(shè)計(jì)，為工程設(shè)計(jì)部門的工程設(shè)計(jì)與工程施工部門的施工方法提供科學(xué)依據(jù)，為工程結(jié)束后的工程養(yǎng)護(hù)檢查提供技術(shù)支持。

在工程建設(shè)前，對(duì)項(xiàng)目施工地點(diǎn)的基本情況要有詳細(xì)的了解，這就需要測(cè)繪人員利用專業(yè)的測(cè)繪技術(shù)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行精密的數(shù)據(jù)采集，并建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，為后續(xù)的建設(shè)施工提供有力的數(shù)據(jù)支持。工程設(shè)計(jì)人員對(duì)工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃都是依靠前期的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行，并且也會(huì)根據(jù)工程設(shè)計(jì)的需要利用測(cè)繪技術(shù)不斷的采集新的數(shù)據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)。

在工程建設(shè)施工階段，施工人員會(huì)使用測(cè)繪技術(shù)在施工進(jìn)行的同時(shí)不斷的進(jìn)行測(cè)量，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求對(duì)比，不斷完善施工，從而保證施工的安全與建設(shè)的規(guī)范與進(jìn)度。在工程施工完成后，還可以利用測(cè)繪技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤檢測(cè)養(yǎng)護(hù)，這時(shí)候測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)就特別明顯了，可以大大提高效率，節(jié)省人力物力財(cái)力?？傊疁y(cè)繪技術(shù)在工程建設(shè)的整個(gè)過(guò)程中貫穿始終，促進(jìn)工程建設(shè)的快速發(fā)展。

2 橋梁工程概況介紹

該橋梁項(xiàng)目(如圖1所示)位于長(zhǎng)江下游，連接兩省兩個(gè)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的地級(jí)市，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為雙向六車道，橋基面的寬度長(zhǎng)37 m。該大橋右汊斜拉橋，起始與終點(diǎn)樁號(hào)分別為K20+210，K21+540，總長(zhǎng)度為1 330 m，其中主橋的長(zhǎng)度達(dá)到了560 m，引橋長(zhǎng)度為770 m。主橋(88+384+88)m雙索面半漂浮體系斜拉橋，引橋?yàn)檫B續(xù)箱梁。該橋梁的建設(shè)使得兩省交通更加便利，聯(lián)系更加緊密，將大大促進(jìn)兩個(gè)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3 在橋梁工程建設(shè)中測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 水準(zhǔn)儀測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

水準(zhǔn)儀測(cè)量技術(shù)在眾多的工程高程測(cè)量技術(shù)中屬于測(cè)量精確度比較高的一種技術(shù)，其工作原理就是通過(guò)測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)兩點(diǎn)間的高程差來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：

1)按照設(shè)備安裝說(shuō)明，將設(shè)備的各組成部分安裝好，安置在指定位置；

2)對(duì)水準(zhǔn)儀精心粗平；

3)將水準(zhǔn)儀放置在兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的中間位置；

4)水準(zhǔn)儀精平(自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀可以忽略這一步驟)；

5)數(shù)據(jù)讀取，根據(jù)設(shè)備測(cè)量顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量的精確度高、可操作性強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集便利等優(yōu)勢(shì)明顯。具體原理如圖2所示：A，B兩點(diǎn)為測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)，A向B為前進(jìn)方向，首先通過(guò)測(cè)量得到A點(diǎn)的高程HA，兩點(diǎn)之間安裝水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量得到B點(diǎn)的高程HB，然后通過(guò)A，B兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺前視與后視讀數(shù)記為a，h，然后得到兩點(diǎn)高差hAB=a-h。

在橋梁建設(shè)施工中，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量影響測(cè)量精準(zhǔn)度的主要因素是人為因素，所以在測(cè)量人員上崗前首先要進(jìn)行水準(zhǔn)儀使用培訓(xùn)，規(guī)范水準(zhǔn)儀的操作流程，使用步驟，明確各項(xiàng)參數(shù)的輸入，如果需要序偶次使用該測(cè)量精度，還需要進(jìn)行相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)的閉合測(cè)量，從而降低測(cè)量誤差。比如在該橋梁工程建設(shè)中，利用水準(zhǔn)儀對(duì)高程進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)要求如表1所示(L為往返測(cè)段、附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度(km))。高程控制測(cè)量技術(shù)要求如表2所示，需注意的是控制網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間長(zhǎng)度不應(yīng)大于表中長(zhǎng)度的70%。

表1 水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求

表2 高程控制測(cè)量的技術(shù)要求

水準(zhǔn)儀的使用對(duì)作業(yè)區(qū)域的水平角度有著較高的要求，如果滿足不了水準(zhǔn)儀的相關(guān)要求，測(cè)量的精確度就容易產(chǎn)生較大的誤差，尤其是對(duì)地形比較復(fù)雜的地區(qū)的測(cè)量作業(yè)，會(huì)制約水準(zhǔn)儀的使用，不利于水準(zhǔn)儀測(cè)量作業(yè)的順利實(shí)施。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，適應(yīng)性更強(qiáng)的測(cè)量技術(shù)也不斷出現(xiàn)，比如全站儀測(cè)量技術(shù)、GPS測(cè)量技術(shù)等，這些技術(shù)與水準(zhǔn)儀的綜合利用，可以有效實(shí)現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)橋梁測(cè)量工作的發(fā)展。

3.2 全站儀測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

全站儀測(cè)量技術(shù)是當(dāng)今工程施工中應(yīng)用比較廣的一種技術(shù)，在對(duì)項(xiàng)目坐標(biāo)精度要求比較高的項(xiàng)目中是首選的技術(shù)。全站儀的使用可以使得測(cè)量工作只架設(shè)一次設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與處理。在該橋梁建設(shè)中利用全站儀進(jìn)行高程測(cè)量放樣，首先在橋墩與水準(zhǔn)點(diǎn)之間選擇好位置安放好全站儀，測(cè)出橋墩標(biāo)高為H1，項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)高為H2，二者標(biāo)高差為H3，通過(guò)測(cè)得全站儀與實(shí)際標(biāo)高控制點(diǎn)的距離S以及角度∠1，得到D=S×cos∠1，h=S×sin∠1，那么h1=h-h3，以此得出∠2的數(shù)值，∠1與∠2相減，然后向下旋轉(zhuǎn)全站儀照準(zhǔn)部所得角度即為設(shè)計(jì)高程。

雖然全站儀測(cè)量技術(shù)在測(cè)量作業(yè)中的操作比較簡(jiǎn)單，測(cè)量的精準(zhǔn)度比較高，但是其測(cè)量容易受地形地勢(shì)和通視條件的影響，當(dāng)遇到這種作業(yè)環(huán)境的時(shí)候可以使用GPS測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。

3.3 GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

與前面提到的兩種技術(shù)相比，GPS的測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用對(duì)環(huán)境的要求比較低，既可以在地形復(fù)雜的環(huán)境下使用，也可以高效率的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)，該技術(shù)可以分為靜態(tài)GPS與動(dòng)態(tài)GPS兩種。動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)相較于水準(zhǔn)儀測(cè)量技術(shù)與全站儀測(cè)量技術(shù)，測(cè)量精準(zhǔn)度方面不足，在橋梁建設(shè)中可以在精度要求不嚴(yán)格的地方使用，特殊情況下是可以聯(lián)合水準(zhǔn)儀與全站儀使用，能夠更完美的完成測(cè)量作業(yè)。

靜態(tài)的GPS測(cè)量技術(shù)即結(jié)合工程情況進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)、設(shè)置相關(guān)精度參數(shù)，然后按照工程情況安裝GPS接收設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后將采集的數(shù)據(jù)輸入專有軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)的穩(wěn)定性高，精度準(zhǔn)確，可以實(shí)現(xiàn)全工程的控制測(cè)量，但其不能自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，如果測(cè)量的誤差過(guò)大時(shí)需要重新進(jìn)行布置觀測(cè)。

4 管理階段的管理測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分析

4.1 利用VRS系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)

在橋梁建設(shè)中，工程質(zhì)量監(jiān)管部門會(huì)針對(duì)橋梁的重要部分進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)利用全站儀進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)時(shí)需要用到施工方使用的導(dǎo)線點(diǎn)，由于導(dǎo)線點(diǎn)的損壞或不通視可能就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)進(jìn)行不了或者檢測(cè)結(jié)果不精確。在使用VRS測(cè)量系統(tǒng)后，只要施工段內(nèi)設(shè)立一個(gè)固定基準(zhǔn)點(diǎn)，在這個(gè)施工段內(nèi)所有的橋梁檢測(cè)都可以以此為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，可以減少架設(shè)儀器及觀測(cè)次數(shù)，在保證測(cè)量精度的基礎(chǔ)上提高了檢測(cè)效率。在VRS系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)首先確定好基準(zhǔn)站位置，然后通過(guò)移動(dòng)站對(duì)標(biāo)段內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行采點(diǎn)取樣，測(cè)量手簿會(huì)自動(dòng)記錄取點(diǎn)的數(shù)據(jù)，輸入取點(diǎn)編號(hào)后會(huì)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)里，檢測(cè)作業(yè)完成后要將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦與施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，求出差值，最后編寫成報(bào)告。

4.2 橋梁的形變監(jiān)測(cè)

1)可以利用VRS系統(tǒng)對(duì)橋梁進(jìn)行形變的監(jiān)測(cè)，VRS系統(tǒng)在測(cè)量的精準(zhǔn)度、測(cè)量效率以及測(cè)量成本與常用的水準(zhǔn)測(cè)量的方式相比優(yōu)勢(shì)很明顯。2)對(duì)橋梁的形變監(jiān)測(cè)還可以利用測(cè)量機(jī)器人，利用自動(dòng)化全站儀TCA與匹配軟件，利用信息化技術(shù)實(shí)施橋梁自動(dòng)檢測(cè)。這就可以省去監(jiān)測(cè)中的人為因素，更大限度的提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全程自動(dòng)化，角度與距離的測(cè)量精度可以達(dá)到0.5″與1 mm+1 ppm足以滿足施工設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步促進(jìn)了橋梁工程建設(shè)中測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。各種先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，使得橋梁建設(shè)的智能化、數(shù)字化程度更高，橋梁建設(shè)更加精準(zhǔn)、質(zhì)量更可靠與安全性更有保障，大大提高了橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，同時(shí)新的測(cè)繪技術(shù)與系統(tǒng)(例如：激光掃描系統(tǒng)、低空平臺(tái)數(shù)字測(cè)量?jī)x等)也將會(huì)在不久的將來(lái)成為橋梁建設(shè)的技術(shù)保障，不斷呈現(xiàn)測(cè)繪技術(shù)的價(jià)值。