CN112556643A - 一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，涉及工程沉降测量技术领域，通过在水中墩和河的两岸设置五个测点可实现对架梁前的水中墩沉降观测，而无需在架梁后进行水中墩的沉降观测，有效提高了水中墩高程的测量精度；由于先根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，再根据平差后的第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，最终可得到补偿后的第一沉降观测点高程。因此，本申请实施例不仅可有效提高水中墩高程的测量精度和测量效率，还可以降低测量成本。

Description

一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法

技术领域

本申请涉及工程沉降测量技术领域，特别涉及一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法。

背景技术

为了保证高速铁路工程建设顺利进行，合理确定轨道工程施工时机，确保铁路工程质量和运营安全，铁路工程项目需按照规定的相关实施细则开展沉降观测工作。

一般情况下，高速铁路沉降观测需按二等水准测量精度进行施测，且要满足三等垂直位移监测的要求。而高速铁路跨越大面积水域时，无法使用电子水准仪进行常规二等水准观测，且水中无法进行全站仪设站测量，可供选择的水准工作基点少，所以水中墩的沉降观测一直是沉降观测工作的重点与难点。

相关技术中，通常采用以下两种方法进行水中墩的沉降观测：一种是在桥墩的上下游侧搭设水中测量平台，并采用对向观测法或差分法观测实现水中墩的沉降观测点的高程值，但是由于在河道搭设平台不仅存在成本高、操作难度高的问题，其还需得到航道批复后方可进行，而航道批复的手续通常较为复杂且周期较长，在这个过程中需进行大量的协调工作和准备工作，进而有可能导致水中墩的沉降观测无法及时进行；另一种方法是在架梁前不进行沉降观测，架梁后再把沉降观测点设置在梁面进行观测，但是由于梁体的质量较大，在架梁后其极有可能因自身的重量而导致水中墩发生了沉降，使得无法判断测量得到的沉降高程值是水中墩本身的沉降值还是包括了由于梁体而导致的沉降值，进而使得测量结果的精度难以得到保障。

发明内容

本申请实施例提供一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，以解决相关技术中存在的测量成本高、效率低和测量结果精度低的问题。

第一方面，提供了一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，包括以下步骤：

进行测点的布置，所述测点包括在水中墩的一侧面设置的第一沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两所述工作基点分别位于所述第一沉降观测点的两侧；

预设各个相邻测点之间的理论高差；

在河岸一侧架设第一测量仪器，并使用第一测量仪器分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距；

使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，得到平差后的第一高差改正值；

根据第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第一沉降观测点高程。

一些实施例中，所述测量方法还包括以下步骤：

进行测点的布置，所述测点包括在水中墩的另一侧面设置的第二沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两所述工作基点分别位于所述第二沉降观测点的两侧；

预设各个相邻测点之间的理论高差；

在河对岸上架设第二测量仪器，并使用第二测量仪器分别测量各个测点与第二测量仪器之间的第二平距；

使用第二测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第二实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第二测量仪器之间的第二平距，对各个相邻测点之间的第二实测高差进行平差处理，得到平差后的第二高差改正值；

根据第二高差改正值对水中墩第二沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第二沉降观测点高程；

根据所述补偿后的第二沉降观测点高程和所述补偿后的第一沉降观测点高程，计算出水中墩的实际沉降值。

在所述预设各个相邻测点之间的理论高差之后，还包括步骤：

在河岸另一侧上架设第三测量仪器，并使用第三测量仪器分别测量各个测点与第三测量仪器之间的第三平距；

使用第三测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第三实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第三测量仪器之间的第三平距，对各个相邻测点之间的第三实测高差进行平差，得到平差后的第三高差改正值；

根据第三高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第三沉降观测点高程；

判断所述补偿后的第三沉降观测点高程是否等于所述补偿后的第一沉降观测点高程，若是，则将补偿后的第一沉降观测点高程作为第一沉降观测点的实际高程；若否，则调整第一测量仪器位置，并重新测量水中墩第一沉降观测点的高程。

所述第三测量仪器的高度高于所述第一测量仪器的高度。

在所述使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差之后，还包括步骤：

预设高差的限差范围；

判断各个相邻测点之间的第一实测高差均是否属于限差范围内，若属于，则对该第一实测高差进行补偿；若不属于，则调整第一测量仪器的高度，并重新测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

所述根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，得到平差后的第一高差改正值，计算公式为：

Δi′＝(ΔΣ·L_i)/L

式中：Δi′为第一高差改正值，ΔΣ为理论高差与实测高差的差值，L_i为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距平均值，L为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距之和。

使用第一测量仪器按顺时针顺序分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距。

使用第一测量仪器按顺时针顺序分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

所述第一测量仪器为莱卡全站仪。

所述第一测量仪器具有自动照准功能。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅可有效提高水中墩高程的测量精度和测量效率，还可以降低测量成本。

本申请实施例提供了一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，通过在水中墩和河的两岸设置五个测点可实现对架梁前的水中墩沉降观测，而无需在架梁后进行水中墩的沉降观测，有效提高了水中墩高程的测量精度；由于先根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，再根据平差后的第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，最终可得到补偿后的第一沉降观测点高程，而该补偿后的第一沉降观测点高程是通过四个工作基点平差一个沉降观测点得到的，其有效提高了水中墩高程的测量精度；且由于通过设置在河的两岸上的四个工作基点即可完成水中墩的高程测量，而无需架设水中测量平台，也无需得到航道批复，不仅降低了测量成本，还有效提高了测量效率。因此，本申请实施例不仅可有效提高水中墩高程的测量精度和测量效率，还可以降低测量成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的测点的布置示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其能解决相关技术中存在的测量成本高、效率低和测量结果精度低的问题。

图1是本申请实施例提供的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1：进行测点的布置，测点包括在水中墩的一侧面设置的第一沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两工作基点分别位于第一沉降观测点的两侧。

S2：预设各个相邻测点之间的理论高差。

S3：在河岸一侧架设第一测量仪器，并使用第一测量仪器分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距。

S4：使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

S5：根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，得到平差后的第一高差改正值。

其中，第一高差改正值的计算公式为：

Δi_改正＝(ΔΣ·L_i)/L

式中：Δi_改正为第一高差改正值，ΔΣ为理论高差与实测高差的差值，L_i为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距平均值，L为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距之和。

S6：根据第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第一沉降观测点高程。

通过在水中墩和河的两岸设置五个测点可实现对架梁前的水中墩沉降观测，而无需在架梁后进行水中墩的沉降观测，有效提高了水中墩高程的测量精度；由于先根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，再根据平差后的第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，最终可得到补偿后的第一沉降观测点高程，而该补偿后的第一沉降观测点高程是通过四个工作基点平差一个沉降观测点得到的，其有效提高了水中墩高程的测量精度和数据可靠性；且由于通过设置在河的两岸上的四个工作基点即可完成水中墩的高程测量，而无需架设水中测量平台，也无需得到航道批复，不仅降低了测量成本，还有效提高了测量效率。因此，本申请实施例不仅可有效提高水中墩高程的测量精度和测量效率，还可以降低测量成本。

其中，第一测量仪器为莱卡全站仪，具有自动照准功能，测角精度达到0.5″，测距精度达到1mm+1×10⁶D，并自带三维监测(多测回测角)程序，可实现高精度、自动化采集数据，能有效提高水中墩高程的测量精度。

使用第一测量仪器按顺时针顺序分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距以及分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差，使得观测线路形成闭合环线路，比以往的附合线路精度上有极大提高。

更进一步的，在本申请实施例中，测量方法还包括以下步骤：

进行测点的布置，测点包括在水中墩的另一侧面设置的第二沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两工作基点分别位于第二沉降观测点的两侧；

预设各个相邻测点之间的理论高差；

在河对岸上架设第二测量仪器，并使用第二测量仪器分别测量各个测点与第二测量仪器之间的第二平距；

使用第二测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第二实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第二测量仪器之间的第二平距，对各个相邻测点之间的第二实测高差进行平差处理，得到平差后的第二高差改正值；

根据第二高差改正值对水中墩第二沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第二沉降观测点高程；

根据补偿后的第二沉降观测点高程和补偿后的第一沉降观测点高程，计算出水中墩的实际沉降值。

通过对水中墩的两个沉降观测点的高程进行补偿处理后再计算水中墩的实际沉降值，有效提高了水中墩沉降的测量精度，且观测方法、观测仪器、观测地点相对固定，保证了多期数据的连续性。

更进一步的，在本申请实施例中，在预设各个相邻测点之间的理论高差之后，还包括步骤：

在河岸另一侧上架设第三测量仪器，并使用第三测量仪器分别测量各个测点与第三测量仪器之间的第三平距；

使用第三测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第三实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第三测量仪器之间的第三平距，对各个相邻测点之间的第三实测高差进行平差，得到平差后的第三高差改正值；

根据第三高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第三沉降观测点高程；

判断补偿后的第三沉降观测点高程是否等于补偿后的第一沉降观测点高程，若是，则将补偿后的第一沉降观测点高程作为第一沉降观测点的实际高程；若否，则调整第一测量仪器位置，并重新测量水中墩第一沉降观测点的高程。

通过在河岸另一侧上架设第三测量仪器，对第一测量仪器测量得到的第一沉降观测点高程进行检核，可进一步提高水中墩高程的测量精度。其中，第三测量仪器的高度可设置为高于第一测量仪器的高度，以便得到不同仪器高度下的两组高差，增加检核条件。

更进一步的，在本申请实施例中，在使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差之后，还包括步骤：

预设高差的限差范围；

判断各个相邻测点之间的第一实测高差均是否属于限差范围内，若属于，则对该第一实测高差进行补偿；若不属于，则调整第一测量仪器的高度，并重新测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

根据限差范围判定第一实测高差是否合格，不合格数据作废；调整仪器高度，然后架设仪器继续测量，自动观测4个周期，每周期4个测回，进一步提高了水中墩高程的测量精度。

具体的，参见图2所示，本申请实施例的水中墩沉降观测的高程测量方法的工作原理为：

首先，在水中墩两侧的第一沉降观测点D1和第二沉降观测点D2处预埋观测棱镜，且第一沉降观测点D1和第二沉降观测点D2位于高于最高水位约2米处，不宜过高；观测棱镜按照CPIII精度要求安装，安装误差不大于0.2mm，且棱镜正面大致对准所在线路一侧选定的工作基点方向。

调整好棱镜角度后，在桥梁线路左右侧各选择两个相互通视的工作基点(A、B、C和D)，且各个工作基点保证一定的距离。其中，工作基点必须采用二等要求已经复测完毕并满足规范要求，且工作基点处的棱镜安装按照CPIII精度要求进行，安装误差不大于0.2mm。

施测时先使用两台徕卡TM30自动全站仪分别架设于线路前进方向右侧靠近工作基点A和工作基点B约10m处的位置1和位置2，架设完毕后，打开仪器内各项自动补偿系统，并精确测量现场温度、湿度及气压，进行气象改正，并按规范要求设置自动观测限差，超限数据弃用重测；启用全站仪自动照准功能，打开三维监测自动观测功能并设置好高差的限差范围。

然后利用三维监测程序，对四个工作基点和线路右侧墩身的第一沉降观测点D1进行学习，学习时按照以工作基点A起始并以另一工作基点B结束的顺序(即按照顺时针顺序：工作基点A、工作基点C、第一沉降观测点D1、工作基点D和工作基点B)，并完成4个周期，每周期4测回的自动观测，且在每个周期间变换仪器高，使得线路右侧的第一沉降观测点D1与四个工作基点组成一个闭合环(水准环线)，相当于四个控制点平差一个墩身沉降观测点，可极大提高测量精度。

再将两台徕卡TM30自动全站仪架设到线路左侧靠近工作基点C和工作基点D约10m处的位置3和位置4，采用与线路右侧同样的方法采集4周期观测数据，使得线路左侧的第二沉降观测点D2与四个工作基点也组成一个闭合环(水准环线)。

再从4周期数据中获取相邻测点高差平均值Δi_实际和全站仪到各个测点的平距平均值L_i进行平差处理，并利用以下公式进行相邻测点间的实际高差的计算：

Δi_改正＝(ΔΣ·L_i)/L

Δi_实际＝Δi_实测+Δi_改正

式中，Δi_改正为高差改正值，ΔΣ为同一线路上各个测点之间的理论高差与实测高差的差值(线路闭合差)，L_i为各个测点与全站仪之间的平距平均值，L为各个测点与全站仪之间的平距之和；Δi_实测为通过全站仪实际测得的同一线路上各个相邻测点间的总高差。

按照规范要求对水准环线进行平差处理后，解算沉降观测点坐标，计算得到当期沉降观测测点的实际高程值，并对比往期数据，计入沉降观测系统，进而监测水中墩的沉降。

本申请实施例利用两台高精度自动全站仪，每岸一人即可完成水中墩沉降观测工作，仪器无须两岸对调，也不需要反复多点设站测量，极大的节省了人力物力；且观测方法简单有效，操作简便，把观测时间压缩在一小时以内，比较以往动辄2～3小时的观测方法，提高了观测工作效率；另外，本申请实施例自动化程度高，观测线路形成的是闭合环，比以往的附合线路精度上有极大提高，且经平差后，提高了高程的测量精度和数据可靠性；此外，本申请实施例中的观测方法、观测仪器、观测地点相对固定，保证了多期数据的连续性。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

进行测点的布置，所述测点包括在水中墩的一侧面设置的第一沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两所述工作基点分别位于所述第一沉降观测点的两侧；

预设各个相邻测点之间的理论高差；

在河岸一侧架设第一测量仪器，并使用第一测量仪器分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距；

使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，得到平差后的第一高差改正值；

根据第一高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第一沉降观测点高程。

2.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：所述测量方法还包括以下步骤：

进行测点的布置，所述测点包括在水中墩的另一侧面设置的第二沉降观测点以及在河的两岸均设有的两工作基点，两所述工作基点分别位于所述第二沉降观测点的两侧；

预设各个相邻测点之间的理论高差；

在河对岸上架设第二测量仪器，并使用第二测量仪器分别测量各个测点与第二测量仪器之间的第二平距；

使用第二测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第二实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第二测量仪器之间的第二平距，对各个相邻测点之间的第二实测高差进行平差处理，得到平差后的第二高差改正值；

根据第二高差改正值对水中墩第二沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第二沉降观测点高程；

根据所述补偿后的第二沉降观测点高程和所述补偿后的第一沉降观测点高程，计算出水中墩的实际沉降值。

3.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于，在所述预设各个相邻测点之间的理论高差之后，还包括步骤：

在河岸另一侧上架设第三测量仪器，并使用第三测量仪器分别测量各个测点与第三测量仪器之间的第三平距；

使用第三测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第三实测高差；

根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第三测量仪器之间的第三平距，对各个相邻测点之间的第三实测高差进行平差，得到平差后的第三高差改正值；

根据第三高差改正值对水中墩第一沉降观测点的高程进行补偿，得到补偿后的第三沉降观测点高程；

判断所述补偿后的第三沉降观测点高程是否等于所述补偿后的第一沉降观测点高程，若是，则将补偿后的第一沉降观测点高程作为第一沉降观测点的实际高程；若否，则调整第一测量仪器位置，并重新测量水中墩第一沉降观测点的高程。

4.如权利要求3所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：所述第三测量仪器的高度高于所述第一测量仪器的高度。

5.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于，在所述使用第一测量仪器分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差之后，还包括步骤：

预设高差的限差范围；

判断各个相邻测点之间的第一实测高差均是否属于限差范围内，若属于，则对该第一实测高差进行补偿；若不属于，则调整第一测量仪器的高度，并重新测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

6.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：所述根据各个相邻测点之间的理论高差、各个测点与第一测量仪器之间的第一平距，对各个相邻测点之间的第一实测高差进行平差处理，得到平差后的第一高差改正值，计算公式为：

Δi′＝(ΔΣ·L_i)/L

式中：Δi′为第一高差改正值，ΔΣ为理论高差与实测高差的差值，L_i为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距平均值，L为各个测点与第一测量仪器之间的第一平距的平距之和。

7.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：使用第一测量仪器按顺时针顺序分别测量各个测点与第一测量仪器之间的第一平距。

8.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：使用第一测量仪器按顺时针顺序分别测量各个相邻测点之间的第一实测高差。

9.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：所述第一测量仪器为莱卡全站仪。

10.如权利要求1所述的一种用于水中墩沉降观测的高程测量方法，其特征在于：所述第一测量仪器具有自动照准功能。

Images