一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法

本发明属于工程测量领域，具体是涉及一种桥梁水中墩垂直位移监测方法，适用于跨江及跨海桥梁水中墩垂直位移监测。

背景技术：

桥梁工程墩台垂直位移是保障施工安全和工程质量的重要手段，尤其高速铁路等工程更加注重平顺性、安全性和舒适性，因此解决桥梁水中墩垂直位移监测问题，对于保证工程建设和健康运营具有重要意义。

国内虽建设了众多特大型桥梁，但大型铁路桥梁或公铁合建桥梁的垂直位移监测难度较大。一方面，宽阔水域桥梁墩台大多数位于水中且跨度较大，通常无法满足几何水准的施测条件，传统几何水准测量方法难以无法施测；另一方面，现有跨江水准测量方法施测过程复杂，耗时费力。三角高程测量可以克服地形影响，其中对向观测法和中间设站法精度较高，但容易受施工环境限制，工程项目位于跨江、跨海等区域时，有时难以施测。传统单向三角高程测量受地形限制较少，但精度较低，通常在短距离观测中使用。

随着全站仪精度的不断提高，单向高精度三角高程测量的研究与应用也逐渐增多，考虑到单向三角高程测量中量取仪器高和量取目标高误差不可忽略，为了实现单向精密三角高程测量，需要改进量取仪器高和目标高的方法，本发明提供一种桥梁水中墩垂直位移监测方法，具有较高的精度和较强的适用性。

技术实现要素：

为实现跨江、跨海区域高精度水中墩垂直位移监测，本发明提出一种桥梁水中墩垂直位移监测方法，该方法可提高观测精度和观测效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种桥梁水中墩垂直位移监测方法，具体包括以下步骤：

步骤一、布设观测场地；

步骤二、安置全站仪，获得全站仪的视线高；

步骤三、观测垂直位移监测点，计算高差和高程值。

作为本发明一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法的进一步优选方案，在步骤一中，所述的布设观测场地包括：根据现场地形条件选定工作基点，在墩身监测点上埋设固定棱镜。

作为本发明一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法的进一步优选方案，在步骤二中，所述的安置全站仪，量取全站仪的视线高包括以下步骤：

步骤2.1、在工作基点安置线条式精密水准尺并整平，在距离工作基点4～6米之间安置全站仪并使全站仪横轴高度高于工作基点0～1.5米之间，并整平全站仪；

步骤2.2、将全站仪在盘左位置将竖盘读数置于89～91度之间并瞄准水准尺，记录全站仪横丝所处位置的水准尺上、下两个基本分划值c、d；

步骤2.3、用全站仪横丝瞄准水准尺基本分划值c的分划中心，做一测回观测记录目标c的竖直角β；瞄准水准尺基本分划值d的分划中心，做一测回观测记录目标d的竖直角γ；

步骤2.4、计算全站仪至水准尺的平距s：

步骤2.5、计算全站仪精确视线高i：

i＝c-s·tanβ。(2)

作为本发明一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法的进一步优选方案，在步骤三中所述的观测垂直位移监测点，计算高差和高程值包括以下步骤：

步骤3.1、将全站仪瞄准观测棱镜，对观测棱镜做四测回以上观测，获得全站仪至监测点的竖直角α和平距d，计算全站仪至监测点间高差h：

式中，k为大气折光系数，r为地球平均曲率半径；

步骤3.2、计算工作基点至监测点最终高差h：

h＝h+i(4)

步骤3.3、计算监测点最终高程值hq：

hq＝hp+h(5)

式中hp为工作基点高程。

作为本发明一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法的进一步优选方案，在步骤3.1中，k取地区经验值，r取6371000。

有益效果：

本发明利用全站仪配合线条式精密水准尺实现水中墩垂直位移监测，与已有方法相比有以下效果：

(1)该方法通过直接量取全站仪视线高，消减了量取仪器高误差，可提高单向三角高程测量精度。

(2)该方法操作简单，无需额外定制专用棱镜等设备，成本较低。

(3)该方法可代替几何水准测量，为大坝、桥梁等工程垂直位移监测提供了一种新方法。

附图说明

图1是桥梁水中墩垂直位移精密三角高程监测场地布设示意图；

图2是精密三角高程监测全站仪与水准尺安置示意图；

图3是水中墩垂直位移精密三角高程监测方法实施流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做具体说明，本发明中的实施例仅以示意的方式揭示本发明的基本构想。

一种水中墩垂直位移精密三角高程监测方法，以某铁路桥梁3#墩垂直位移监测为例进行说明，按照图3所示的实施流程，测量方法具体包括以下步骤：

(1)如图1所示，在岸测选定工作基点p，工作基点高程hp＝3.5067m，在3#墩身埋设观测棱镜；

(2)如图2所示，在工作基点p安置线条式精密水准尺并整平，在距离p点4～6m处使全站仪横轴高度高于工作基点0～1.5m之间的t点安置并整平0.5″级全站仪；

(3)将全站仪在盘左位置将竖盘读数置于89～91度之间并瞄准水准尺，记录全站仪横丝所处位置的水准尺上、下两个基本分划值c＝162、d＝161；

(4)用全站仪横丝瞄准水准尺基本分划值162的分划中心，做一测回观测记录竖直角β＝0°1′10.5″，瞄准水准尺基本分划值161的分划中心，做一测回观测记录竖直角γ＝-0°5′9.5″；

(5)计算t至p的平距s：

(6)计算全站仪精确视线高i：

i＝c-s·tanβ＝1.6181m

(7)将全站仪瞄准观测棱镜，对观测棱镜做四测回以上观测，获得全站仪至监测点的竖直角α＝3°55′40″和平距d＝131.204m，取k＝0.14，计算全站仪至监测点间高差h：

(8)计算工作基点至监测点最终高差h：

h＝h+i＝10.6278m

(9)计算监测点最终高程值hq：

hq＝hp+h＝14.1345m。

以上所述实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，对本发明所作的任何变形、修改等，均应包含在本发明权利要求书确定的保护范围之内。