公路橋梁工程測量技術(shù)探析
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武漢鸚鵡洲長江大橋位于武漢長江大橋上游2.3公里，為武漢市的第八座長江大橋，全長9.18公里，其中正橋全長3.42公里，橋面寬38米。正橋布置雙向8車道，設(shè)計(jì)行車速度為60公里/小時(shí)。武漢鸚鵡洲長江大橋?yàn)槲覈鬃目绲劐^式懸索橋，施工過程具有強(qiáng)烈的幾何非線性，對(duì)風(fēng)速、溫度和制造誤差等都非常敏感，應(yīng)于貓道、主纜和加勁梁的施工前分別進(jìn)行全橋貫通測量;同時(shí)，為控制主纜和索股線性，還必須監(jiān)測跨徑和索塔的變化。所以，為保證橋梁的高程與跨距一致，測量基準(zhǔn)統(tǒng)一，橋梁工程對(duì)測量測繪技術(shù)要求很高，傳統(tǒng)的測量測繪技術(shù)已不能滿足要求，而現(xiàn)代化測量測繪技術(shù)的應(yīng)用很好地彌補(bǔ)了不足，為武漢鸚鵡洲長江大橋的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支持。
1規(guī)劃設(shè)計(jì)階段測量、測繪技術(shù)的應(yīng)用
1．1利用VRS系統(tǒng)繪制高精度的地形圖
利用VRS系統(tǒng)，也就是虛幻參考站系統(tǒng)，只要完成采集碎部點(diǎn)的屬性和坐標(biāo)，就可繪出地形圖。這樣，一臺(tái)GNSS接收機(jī)便可完成幾臺(tái)GNSS接收機(jī)的工作，不僅降低了測量成本，還提高了工作效率。而且，與常規(guī)的測圖方法相比，VRS系統(tǒng)的可靠性、定位精度也得到了很大的提升。
1．2橋梁勘測設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)的建立和運(yùn)用
橋梁勘測設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)是在現(xiàn)代信息技術(shù)的條件下對(duì)橋梁勘測設(shè)計(jì)工作的一種創(chuàng)新:利用GPS技術(shù)獲得無人機(jī)對(duì)公路橋梁航拍的航帶內(nèi)控制點(diǎn)三維坐標(biāo)的空間信息，借助數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)完成地形圖的繪制;用遙感技術(shù)收集橋梁沿線的水文地質(zhì)等各種信息，并將之繪制到遙感圖上，便可以快速地得到勘測結(jié)果，并且耗費(fèi)低，節(jié)約了勘測成本;在CIS(地理信息系統(tǒng))中傳入遙感信息、地形等野外采集信息，橋梁工程的前期規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、施工等工作便可得以進(jìn)行，而諸如立項(xiàng)、評(píng)估、決策以及橋梁的工程勘測設(shè)計(jì)等一系列工作也有了有力的信息保障。
2．1施工控制網(wǎng)的測量
橋梁平面控制網(wǎng)通常分兩級(jí)布設(shè)，橋的軸線主要被首級(jí)控制網(wǎng)控制。根據(jù)公路橋梁所處的地形條件以及橋梁所跨越的河寬，首級(jí)GPS平面控制網(wǎng)的布設(shè)按照一級(jí)GPS控制網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行。公路橋梁的首級(jí)控制網(wǎng)一般用GPS靜態(tài)相對(duì)定位測量，再經(jīng)過相應(yīng)的處理獲得平面定位成果，具有精度高，工效高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于在公路橋梁的勘察階段，設(shè)計(jì)單位的控制點(diǎn)達(dá)不到施工過程中對(duì)施工放樣的點(diǎn)的密度要求，加上不可避免的一些點(diǎn)位損壞等因素，需加密控制測量網(wǎng)。利用VRS動(dòng)態(tài)測量可以在橋梁工程加密控制測量網(wǎng)中獲得測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這一方法已被中小型公路橋梁廣泛應(yīng)用在對(duì)施工平面控制網(wǎng)的測量中，并取得了良好的成效。
2．2橋臺(tái)、橋墩的施工測量
準(zhǔn)確地測設(shè)公路橋梁橋臺(tái)、橋墩的中心位置及它的縱橫軸線是橋梁施工階段最重要的工作之一，可采用直接丈量法，電磁波測距法或交會(huì)法。除測設(shè)縱橫軸線，還要進(jìn)行橋梁橋臺(tái)、橋墩的定位，橋臺(tái)、橋墩中心位置線的放樣，大梁架設(shè)位置的放樣，支座墊石的放樣等工作。
2．3架設(shè)的施工測量
主纜架設(shè)前要進(jìn)行全橋貫通測量，以確定高程和各跨徑都符合設(shè)計(jì)要求。全站儀坐標(biāo)法可用來直接測量平面，全站儀三角高程法可用來測量高程，并配合水準(zhǔn)儀鋼尺復(fù)核。而近年新興的機(jī)器人(鎖定)功能被越來越到的用來控制公路橋梁架設(shè)的安裝，并取得了良好的成效。
2．4施工測量中的新興技術(shù)
隨著測量、測繪技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，一些更先進(jìn)，更便捷的技術(shù)手段被運(yùn)用于公路橋梁的施工測量中。VRS系統(tǒng)可對(duì)點(diǎn)線面及坡度線進(jìn)行高效的精度放樣，同時(shí)與全站儀相配合，更好的發(fā)揮各自的優(yōu)勢。超站儀可以在需要處通過PTK技術(shù)建立控制，而且用超站儀測量和放樣可以減少全站儀的安置，不僅提高了效率，還提高了精度。由于超站儀可適用于各種類型的作業(yè)，省時(shí)，省力，又高效，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于施工測量的整個(gè)領(lǐng)域。
3運(yùn)營階段測量、測繪技術(shù)的應(yīng)用
3．1VRS系統(tǒng)在公路橋梁結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用
質(zhì)量監(jiān)督部門為了加強(qiáng)對(duì)橋梁的質(zhì)量管理，在公路橋梁施工過程中需要對(duì)橋梁的軸線、高程、柱位、支座偏位等進(jìn)行檢測，在傳統(tǒng)方法中，監(jiān)督部門常用全站儀等儀器進(jìn)行測量，這種方式受控制點(diǎn)的因素影響很大。而隨著GPS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化的發(fā)展，VRS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于橋梁施工的測量中。現(xiàn)在的VRS系統(tǒng)可在一個(gè)施工標(biāo)段內(nèi)設(shè)立一個(gè)固定的點(diǎn)，以此點(diǎn)作基準(zhǔn)點(diǎn)，此標(biāo)段內(nèi)的所有公路橋梁結(jié)構(gòu)都可通過移動(dòng)站進(jìn)行檢測，從而大大提高了整體檢測的精度。
3．2橋梁工程的變形監(jiān)測
由于橋梁工程的特殊性，在它的變形監(jiān)測方面需要研究開發(fā)橋梁動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的變形監(jiān)測，對(duì)測量測繪的自動(dòng)化技術(shù)及措施要求更高。VRS系統(tǒng)于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量相比，不僅速度更快，周期更短，精度也更加均勻。VRS系統(tǒng)與數(shù)字水準(zhǔn)測量結(jié)合使用，便可減少公路橋梁變形監(jiān)測費(fèi)用的三分之一，縮減時(shí)間的三分之一。而測量機(jī)器人在固定的測站上安裝全自動(dòng)化的站儀，與自動(dòng)檢測軟件相配合，便可全自動(dòng)地在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)施工作，不僅可采集、處理與輸出變形點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程的在線監(jiān)控管理，使公路橋梁工程的檢測實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的完全自動(dòng)化的最新最高境界。此外，三維激光掃描技術(shù)利用激光測距原理來獲取所需目標(biāo)數(shù)據(jù)，可以將被掃描對(duì)象的形態(tài)特征和整體結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地描述出來，并生成三維數(shù)據(jù)模型，定性、定量地分析公路橋梁，對(duì)橋梁運(yùn)營管理中的變形作用進(jìn)行更好地檢測。
4結(jié)束語
測量測繪工作貫穿整個(gè)公路橋梁的工程，在橋梁建設(shè)中擔(dān)當(dāng)了非常重要的角色。隨著測量與測繪技術(shù)的發(fā)展，以及新技術(shù)在公路橋梁工程中的運(yùn)用，橋梁工程的作業(yè)方法和測量手段已經(jīng)發(fā)生了革命性的變革。PTK系統(tǒng)、VRS系統(tǒng)以及全自動(dòng)機(jī)器人功能等這些現(xiàn)代化的測量測繪技術(shù)將會(huì)成為未來公路橋梁工程測量發(fā)展的主流方向，它們?yōu)楣窐蛄汗こ探ㄔO(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，并且促使傳統(tǒng)的公路橋梁工程測量邁向數(shù)字化，自動(dòng)化，網(wǎng)絡(luò)化和社會(huì)化，進(jìn)入測量測繪信息化的新時(shí)代。
作者：劉緯農(nóng) 單位：江西省地礦局贛中地質(zhì)大隊(duì)
