CN111664832B - 一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法及重力异常显著地区桥梁施工方法，其中重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法包括以下步骤：步骤一：在桥梁两端桥台设计位置各设置1个桥梁水准点；步骤二：分别测量水准基点到桥梁水准点之间的高差，并对高差进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，采用改正后的高差计算出桥梁水准点的高程；步骤三：在桥梁施工范围内设置桥梁施工加密水准点，测量桥梁水准点到桥梁施工加密水准点间的高差，并计算桥梁施工加密水准点的高程，建立桥梁施工独立高程系统；重力异常显著地区桥梁施工方法包括根据桥梁施工独立高程系统进行施工放样。

Description

一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工精密水准测量技术领域，特别是一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法。

背景技术

修建墩柱或塔柱高大的大型桥梁时，测量定位精度要求高，以保证桥梁各构件的准确对接，还必须保证桥梁与两端的构筑物如隧道保持平面和高程的平顺衔接。通常情况下，桥梁墩柱设计的高度或长度就是墩柱顶与墩柱底的高程之差，施工时就是测量出的墩柱顶与墩柱底的高差，现场测量的高差与设计的墩柱高度是相同的。

但是在高海拔、地形高差较大、重力异常显著的地区，由于水准面不平行性影响，需对测量的高差进行改正，再计算水准点的正常高系统的高程，实现不同水准路线测量相同点的高程结果唯一，并实现整个铁路、公路高程系统大范围内与国家高程系统的统一。高差水准面不平行性改正值包括正常水准面不平行改正值和重力异常改正值，就是改正后的高差与原测量的高差之间的差异，一般小于0，即改正后的高差一般会小于原测高差，其量值大小与测区的地理纬度、海拔、测段的平均重力异常和高差有关；在小范围内正常水准面不平行改正极小，重力异常改正值占主要部分，其量值大小与该高差值和该地的重力异常值成正比。

在重力异常显著的V形峡谷区域修建桥梁，桥梁墩柱高大，测量的高差较大，经高差水准面不平行改正后的高差与原测高差的差异非常明显。设计图纸的桥梁墩柱高度为墩柱顶与墩柱底的高程之差，将不会是所直接测量的高差大小。在桥梁设计时需要考虑因高差改正引起桥梁竖向结构物尺寸变化的问题，需要额外进行桥墩、塔柱高度及竖向杆件长度的修正计算；施工时也应进行高差改正计算，在设计墩柱名义长度上加长墩柱，才能使得桥面与桥墩相配合、桥梁各结构物间按设计位置准确对接、桥梁与两端的构筑物高程平顺衔接。

因此，在V形峡谷重力异常显著地区，由于水准面不平行性的影响，给工程的建设造成了不便，增加了工作量和工程成本，不利于标准化设计与施工。

发明内容

本发明的目的在于：针对在地形高差大、重力异常显著的地区，由于水准面不平行性影响，对观测高差进行水准面不平行改正后出现桥墩、塔柱竖向长度值与所测量的高差值不相等的现象，导致在设计、施工中需要修正桥梁结构物尺寸，对工程的建设造成不便，增加了工作量和工程成本的问题，提供一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，以便于标准化设计与施工。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤一：在桥梁的两端桥台设计位置各设置1个桥梁水准点，所述桥梁水准点为桥梁及其两端构筑物共用的水准点；

步骤二：分别测量从一个水准基点到所述桥梁水准点之间的高差，并对所述高差进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，采用改正后的高差计算出对应的所述桥梁水准点的高程；

步骤三：设置桥梁施工加密水准点，以所述桥梁水准点为基准点，测量所述桥梁水准点到所述桥梁施工加密水准点之间的高差，以所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点的高程为起算，计算所述桥梁施工加密水准点的高程，建立桥梁施工独立高程系统；在桥梁施工放样时，以所述桥梁水准点或所述桥梁施工加密水准点的高程、和测量的所述桥梁水准点或所述桥梁施工加密水准点到放样点的高差计算放样点的高程。

其中，所述水准基点的高程是根据国家水准点测量计算得到的，所述重力异常显著地区是指重力异常大于5mGal的地区。

在地形高差较大、重力异常显著的山区，为克服水准面不平行性的影响，因此所述步骤二中，所述高差进行了水准面不平行改正，具体包括正常水准面不平行改正和重力异常改正，其中正常水准面不平行改正主要与测区地理纬度、测段两端的纬度差和海拔有关，重力异常改正主要与测区重力异常和高差有关。经过水准面不平行改正之后得到的高差，克服了正常水准面不平行性和重力异常的影响，由此高差计算得到的所述桥梁水准点的高程也克服了正常水准面不平行性和重力异常的影响，且所述桥梁水准点作为桥面与其两端相邻构筑物共用水准点，能够保证桥面高程与所述桥梁两端的构筑物高程保持一致和平顺衔接。在所述步骤三中，根据所述桥梁水准点的高程计算得到的所述桥梁施工加密水准点的高程，不需再进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，并据此进行桥梁施工高程放样，也不再进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，避免在设计、施工中修正结构物尺寸，减少了工作量，有利于标准化设计与施工。

具体的原理为：在小范围内，如宽度2km以内的V形峡谷中，由于距离短，高差正常水准面不平行改正极小，可以忽略不计；同时重力异常的变化极小，不同水准路线测量高程的差异可以忽略，因此可以在与桥梁两端构筑物共用水准点保持高程平顺衔接的基础上，建立桥梁施工独立高程系统，按照常规方法进行桥梁设计、施工。

所述步骤二中，所述高差经过了正常水准面不平行改正和重力异常改正，采用改正后的高差计算得到所述桥梁水准点的高程，因此所述桥梁水准点的高程也是经过改正后的高程，克服了重力异常的影响，与桥梁两端构筑物属同一高程系统，因此能够保证与桥梁两端的构筑物高程保持平顺衔接；所述步骤三，以所述桥梁水准点为基准点，利用所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点的高程和直接测量得到的所述桥梁水准点与所述桥梁施工加密水准点之间的高差，计算得到所述桥梁施工加密水准点的高程，建立了桥梁施工独立高程系统。桥梁施工过程中，观测的高差不进行重力异常改正，与桥墩、塔柱的实际高度值一致，桥梁结构物尺寸不必修正计算，桥梁塔柱、杆件等能够准确对准连接，并且桥梁与两端隧道等构筑物保持高程平顺衔接，利于标准化设计与施工。

作为本发明的优选方案，所述步骤三中，所述桥梁施工加密水准点设置于桥梁施工范围内便于施工放样处。

作为本发明的优选方案，所述步骤二中，所述桥梁水准点的高程为所述水准基点的高程、测量的所述水准基点到桥梁水准点的高差、与包括正常水准面不平行改正值以及重力异常改正值在内的高差改正值之和。

如此，得到的所述桥梁水准点的高程为经过改正后的高程，依据该高程建立桥梁施工独立高程系统进行施工放样，桥墩、塔柱的实际高度与所测量的高差一致，设计时桥梁结构物尺寸不必调整。

其中正常水准面不平行改正以及高差重力异常改正具体的计算方式为：

所述式1中：

H_桥面点为所述桥梁水准点的高程，单位：m；

H⁰ _桥面点为所述桥梁水准点的近似高程，单位：m；

H_基点为所述水准基点的高程，单位：m；

h为测量的所述水准基点到所述桥梁水准点的高差，单位：m；

ε为高差正常水准面不平行改正值，单位：m；

λ为高差重力异常改正值，单位：m；

g_基点、g_桥面点分别为所述水准基点、所述桥梁水准点的地面重力，单位：mGal；

γ_m为所述水准基点与所述桥梁水准点的正常重力平均值，单位：mGal；

γ_基点、γ_桥面点分别为所述水准基点、所述桥梁水准点的正常重力，单位：mGal；

γ⁰ _基点、γ⁰ _桥面点分别为所述水准基点、所述桥梁水准点在椭球面的正常重力，所述γ⁰ _基点、γ⁰ _桥面点、γ_基点、γ_桥面点按下式计算：

所述式2中B_基点、B_桥面点为所述水准基点、所述桥梁水准点的纬度值，单位：rad。

作为本发明的优选方案，所述高差改正值包括正常水准面不平行改正值、重力异常改正值、水准标尺长度改正值以及水准标尺温度改正值。

所述步骤二中，根据实际情况需要、为消除水准标尺变形和外界温度变化引起高差测量系统误差，对所述高差还需进行水准标尺长度改正和水准标尺温度改正，如果该两项改正超过测量技术规范允许值，则进行改正；另外水准网测量因构成多余条件，为消除测量误差而进行的水准网平差处理，也与水准面不平行改正无关，而并非本发明不进行相应常规处理。

作为本发明的优选方案，所述高差的各项改正值计算参照现行《国家一、二等水准测量规范》(GB/T 12897)进行。

作为本发明的优选方案，所述步骤三中，所述桥梁施工加密水准点的高程为所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点的高程，与测量的该所述桥梁水准点到所述桥梁施工加密水准点的高差之和。

如此，以所述桥梁水准点为起算点计算得到的其他桥梁施工加密水准点的高程为同一高程体系，从而建立桥梁施工独立高程系统。

具体的计算方法如下：

H_加密点＝H_桥面点+h_加密 (式3)

所述式3中：

H_加密点——所述桥梁施工加密水准点的高程，单位：m；

H_桥面点——所述桥梁水准点的高程，单位：m；

h_加密——测量的所述桥梁水准点到所述桥梁施工加密水准点的高差，单位：m。

作为本发明的优选方案，所述步骤二中，测量所述桥梁水准点与水准基点之间的高差按国家二等水准测量的要求进行测量。

作为本发明的优选方案，所述步骤一中，在所述桥梁两端桥台设计位置设置的桥梁水准点之间的高差小于5米。由于本发明所述步骤一中选取的2个桥梁水准点之间高差小于5米，所述2个桥梁水准点之间高差的重力异常改正值极小，可以忽略，即施加重力异常改正与不施加重力异常改正的所述2个桥梁水准点之间的高差是相等的，所述2个桥梁水准点在所述桥梁与桥梁两端构筑物所属高程系统和所述桥梁施工独立高程系统中的高程是相同的；采用所述2个桥梁水准点作为基准点进行高程放样，可保证桥梁与两端的隧道等构筑物保持高程平顺衔接。

作为本发明的优选方案，所述步骤三中，所述桥梁施工加密水准点位于桥梁施工范围，用于桥梁的施工放样。具体的，作为桥梁施工高程放样的起算点。

一种重力异常显著地区桥梁施工方法，按照所述重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，建立的桥梁施工独立高程系统，根据所述桥梁施工独立高程系统进行施工放样。

采用本发明所述的桥梁施工独立高程系统建立方法，建立桥梁施工独立高程系统后，根据所述桥梁施工独立高程系统进行施工放样，在施工过程中不需进行额外的重力测量和高差重力异常改正计算工作，桥墩、塔柱的实际高度与所测量的高差一致，设计时桥梁结构物尺寸不必调整，因此避免了进行桥墩、塔柱高度的修正计算，方便标准化设计与施工，并且可使得桥面平整连续，桥梁与两端的构筑物保持高程平顺衔接，减少工作量，提高了工作效率。

作为本发明的优选方案，桥梁施工放样点的高程，为所述桥梁水准点与测量的所述桥梁水准点到所述桥梁施工放样点的高差之和，或者为所述桥梁施工加密水准点的高程与测量的所述桥梁施工加密水准点到所述桥梁施工放样点的高差之和。

具体的计算方法如下：

H_放样点＝H_加密点+h_放样 (式4)

所述式4中：

H_放样点——放样点的高程，单位：m；

H_加密点——桥梁施工加密水准点的高程，单位：m；

h_放样——测量的桥梁施工加密水准点到高程放样点的高差，单位：m。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明所述的重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法的有益效果是：

在地形高差较大、重力异常显著的V形峡谷地区设计修建大型桥梁工程，为克服正常水准面不平行性和重力异常的影响，在所述步骤二中，所述高差进行了正常水准面不平行改正和重力异常改正，由此高差计算得到的所述桥梁水准点的高程也克服了正常水准面不平行性和重力异常的影响，加上所述步骤一中，在桥梁两端桥台设计位置设置桥梁水准点，作为桥面与其两端相邻构筑物共用水准点，可保证桥面与两端的构筑物保持高程平顺衔接；所述步骤三中，再根据所述桥梁水准点的高程计算得到的所述桥梁施工加密水准点的高程，所建立的桥梁施工独立高程系统不再进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，设计时桥梁墩柱的高度与墩柱顶与墩柱底高差一致，也与现场测量的高差一致，避免在设计时修正桥梁结构物尺寸、施工时进行高差改正计算；在施工过程中不需进行额外的重力测量和高差重力异常改正计算工作，保持施工测量中不进行水准面不平行改正的习惯做法，减少了工作量，提高了工作效率，有利于标准化设计与施工。

本发明所述的重力异常显著地区桥梁施工方法的有益效果是：

采用本发明所述的桥梁施工独立高程系统建立方法，建立桥梁施工独立高程系统后，根据所述桥梁施工独立高程系统进行施工放样，在施工过程中不需进行额外的重力测量和高差重力异常改正计算工作，桥墩、塔柱的实际高度与所测量的高差一致，设计时桥梁结构物尺寸不必调整，因此避免了进行桥墩、塔柱高度的修正计算，方便标准化设计与施工，并且可使得桥面平整连续，桥梁与两端的构筑物保持高程平顺衔接，减少工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1是所述重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法应用于实际施工的结构示意图。

图标：11-桥面；12-桥台；13-桥墩；2-水准基点；3-桥梁水准点；4-桥梁施工加密水准点；5-隧道。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，某铁路工程项目穿越西部山区，区域内山高谷深，高差大、重力异常大。区内跨越深沟河流，从谷底到铁路轨面高差达到400多米，河谷地带重力异常较大，100m高差的重力异常改正值达18mm。在这个河谷修建特大桥梁，桥梁采用平坡设计，桥梁两端高差不大且与特长隧道5连接，为保证桥梁两端特长隧道5精确贯通并保持铁路全线高程连贯，精密水准测量必须进行高差正常水准面不平行改正和高差重力异常改正，经过改正后的高差已不是从谷底到桥面11实际水准测量的竖向垂直距离。桥墩13从河谷底向桥面11施工，桥墩13、塔柱高度需要进行高差重力异常改正，到桥面11的高程才能使得桥面11平整连续，且与隧道高程平顺衔接。

本发明所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，包括以下步骤：

步骤一：在两个桥台12或其附近分别埋设1个桥梁水准点3，所述桥梁水准点3为桥梁及其两端构筑物共用的水准点，所述2个桥梁水准点3的高差小于5米；

步骤二：分别测量水准基点2到所述桥梁水准点3之间的高差，并对所述高差进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，必要时进行水准标尺长度改正和水准标尺温度改正，采用改正后的高差计算出对应的所述桥梁水准点3的高程；

步骤三：设置桥梁施工加密水准点4，以所述桥梁水准点3为基准点，测量所述桥梁水准点3到桥梁施工加密水准点4之间的高差，以所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点3的高程为起算，计算所述桥梁施工加密水准点4的高程，建立桥梁施工独立高程系统并进行相应的常规水准网平差处理，消除测量误差。

由于所述步骤二中，所述高差进行了包括正常水准面不平行改正、重力异常改正在内的各项改正，克服了正常水准面不平行性和重力异常的影响，由此高差计算得到的所述桥梁水准点3的高程也克服了正常水准面不平行性和重力异常的影响，再根据所述桥梁水准点3的高程计算得到的所述桥梁施工加密水准点4的高程，建立的桥梁施工独立高程系统，据以进行桥梁施工，避免在设计、施工时调整桥梁结构物尺寸，减少了工作量，有利于标准化设计与施工。而且所述重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法仅需对所述水准基点2到桥梁桥梁水准点3之间的高差进行改正，计算量小，提高了效率。根据所述桥梁施工独立高程系统进行施工放样，在施工过程中不需进行额外的重力测量和高差重力异常改正计算工作，桥墩13、塔柱的实际高度与所放样或测量的高差一致，因此避免了进行桥墩13、塔柱高度的修正计算，不改变传统施工测量做法，方便了施工。使用桥梁水准点3作为桥面与桥梁两端相邻构筑物施工的共用水准点，可使得桥面11平整连续，桥梁与两端的隧道5保持高程平顺衔接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在桥梁的两端桥台设计位置各设置1个桥梁水准点，所述桥梁水准点为桥梁及其两端构筑物共用的水准点；

步骤二：分别测量从一个水准基点到所述桥梁水准点之间的高差，并对所述高差进行正常水准面不平行改正和重力异常改正，采用改正后的高差计算出对应的所述桥梁水准点的高程，其中，所述桥梁水准点的高程为所述水准基点的高程、测量的所述水准基点到桥梁水准点的高差、与包括正常水准面不平行改正值以及重力异常改正值在内的高差改正值之和；

步骤三：设置桥梁施工加密水准点，以所述桥梁水准点为基准点，测量所述桥梁水准点到所述桥梁施工加密水准点之间的高差，以所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点的高程为起算，计算所述桥梁施工加密水准点的高程，建立桥梁施工独立高程系统；在桥梁施工放样时，以所述桥梁施工加密水准点的高程和测量的所述桥梁施工加密水准点到高程放样点的高差计算放样点的高程。

2.根据权利要求1所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，其特征在于，所述步骤三中，所述桥梁施工加密水准点的高程为所述步骤二中计算得到的所述桥梁水准点的高程，与测量的该所述桥梁水准点到所述桥梁施工加密水准点的高差之和。

3.根据权利要求1所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，其特征在于，所述步骤二中，测量所述桥梁水准点与水准基点之间的高差按国家二等水准测量的要求进行测量。

4.根据权利要求1所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，其特征在于，所述步骤一中，在所述桥梁两端桥台设计位置设置的桥梁水准点之间的高差小于5米。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，其特征在于，所述步骤三中，所述桥梁施工加密水准点位于所述桥梁的施工范围内，用于桥梁的施工放样。

6.一种重力异常显著地区桥梁施工方法，其特征在于，按照如权利要求1-5任一所述的一种重力异常显著地区桥梁施工独立高程系统的建立方法，建立桥梁施工独立高程系统，根据所述桥梁水准点和所述桥梁施工加密水准点进行桥梁高程施工放样。

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