岳仁賓，張 恒，李 超

（重慶市勘測院，重慶400020）

近年來，城市建設(shè)的加快，巨大的規(guī)模和復(fù)雜的工藝對安全監(jiān)測工作的開展提出更高的要求。而山體滑坡、極端天氣等環(huán)境因素的影響，使突發(fā)事件增多、變形監(jiān)測搶險工程頻繁出現(xiàn)。相對于常規(guī)變形監(jiān)測項目，搶險工程通常要求反應(yīng)速度快，在盡可能短的時間內(nèi)獲取監(jiān)測對象的變形信息，因此常常采用特殊的測量方式。在高鐵建設(shè)中已廣泛應(yīng)用的CPⅢ技術(shù)，為變形監(jiān)測搶險工程提供了一個簡單有效的作業(yè)方式。

我國客運專線無碴軌道鐵路工程測量平面控制網(wǎng)可分為3個等級：第1級為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（CPⅠ），第2級為線路控制網(wǎng)（CPⅡ），第3級為基樁控制網(wǎng)（CPⅢ），主要為鋪設(shè)無碴軌道和運營維護提供控制基準(zhǔn)，可采用導(dǎo)線測量方法或者后方交會法測量。其中，采用后方交會的方法觀測量較多，圖形條件強，能夠達到較高的測量精度。

1 CPⅢ測量方法及精度要求

1．1 CPⅢ平面控制網(wǎng)的布設(shè)和測量

基于后方交會測量的CPⅢ控制網(wǎng)應(yīng)采用獨立自由網(wǎng)平差，網(wǎng)形如圖1所示。

從圖1所示的CPⅢ網(wǎng)形可以看出，CPⅢ平面網(wǎng)是一個非常規(guī)則的測量控制網(wǎng)，所有CPⅢ點在網(wǎng)中的交互強度很高而且分布均勻，圖形強度高，網(wǎng)本身基本沒有最弱點的存在。CPⅢ平面網(wǎng)觀測時采用全站儀自由設(shè)站的方法，因此不存在儀器對中誤差。測站間距大致相等，均勻分布在線路中線附近。在高鐵建設(shè)中，CPⅢ點采用特殊的強制固定裝置，保證了目標(biāo)點重復(fù)安裝的精度，也最大程度消減了棱鏡安裝時的對中誤差。

圖1 CPⅢ后方交會控制網(wǎng)

1．2 CPⅢ三角高程測量

如圖2所示，以1、2、11、12號CPⅢ點為例，它們距測站的距離大致相等，在等距的情況下，目標(biāo)點之間的高差是消除了地球曲率影響的，同時，由于CPⅢ點上直接安置棱鏡，儀器高的測量誤差也避免了，4個點之間的高差是精確的。同樣可知3、4、9、10號點之間以及5、6、7、8號點之間任意兩點之間的高差。

圖2 CPⅢ相鄰兩站關(guān)系示意圖

如果只是考慮一站的對應(yīng)點高差，從列的方向看，只能得到1號點與11號點、2號點與9號點、5號點與7號點之間的高差，缺少3號與5號、7號與9號之間的高差。這樣建立不了完整的水準(zhǔn)網(wǎng)。因此考慮以相鄰兩站為研究對象，計算出測站之間8號點與10號點的高差h8－10，或者是7號點與9號點的高差h7－9。由于8號點與10號點到測站的距離相差較大，這里以兩站分別求出的h8－10取平均值作為8號點與10號點的觀測高差。

三角高差存在重復(fù)觀測的情況，于是存在觀測值歸化的問題。該問題的處理思想是：以高差觀測值h5－6的兩對應(yīng)點，5號點和6號點到測站的水平距離之和為定權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，取所有重復(fù)觀測值的加權(quán)平均值為其最終觀測值，并反算出其對應(yīng)的權(quán)。計算表達式為

按照上述算法思想，可以得到CPⅢ水準(zhǔn)網(wǎng)的三角高差觀測值，進而進行高程平差，就可以計算出高程。

1．3 高鐵建設(shè)中控制網(wǎng)的精度要求

無碴軌道測量各級控制網(wǎng)在鐵路施工中發(fā)揮著不同的作用，對測量精度的要求也有所不同，其中CPⅢ控制網(wǎng)的測量準(zhǔn)則見表1、表2。

表1 無碴軌道測量各平面控制網(wǎng)測量精度要求 mm

表2 無碴軌道測量各平面控制網(wǎng)測量精度要求

精密水準(zhǔn)測量距離L＜1 k m，CPⅢ網(wǎng)高程中誤差小于±1 mm。

《建筑變形測量規(guī)范JGJ 8－2007》規(guī)定了建筑變形觀測的等級及精度要求，如表3所示。

表3 變形觀測的等級及精度要求

由表1表2和表3的對比可見，CPⅢ控制網(wǎng)的平面測量精度滿足變形觀測二級的要求，CPⅢ高程測量能夠達到精密水準(zhǔn)測量精度，因此在距離不長的情況下，將CPⅢ技術(shù)應(yīng)用于大多數(shù)變形監(jiān)測工程在理論上是可行的。

2 工程實例

2．1 工程概況

由于連續(xù)特大暴雨襲擊，重慶市某區(qū)濱江路某段隔離帶出現(xiàn)較大裂痕，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，該路段以隔離帶為界，靠江一側(cè)為橋梁，另一側(cè)為實地，橋梁與實地的交界處為一個L型構(gòu)筑物，L型構(gòu)筑物頂部已出現(xiàn)明顯裂縫，如圖3所示。橋下靠實地一側(cè)的橋墩與L型構(gòu)筑物緊密連接，可能受L型構(gòu)筑物的變形影響較大。為獲取橋墩和L型構(gòu)筑物的變形情況，需要對該區(qū)域開展變形監(jiān)測搶險工作。

搶險工程共分為三部分：L型構(gòu)筑物的沉降監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、橋墩的平面及沉降變形監(jiān)測。其中橋墩變形觀測采用CPⅢ技術(shù)，其余部分為常規(guī)測量方法。本文介紹橋墩的平面及沉降變形觀測。

2．2 監(jiān)測點布設(shè)及外業(yè)測量

圖3 重慶市某區(qū)濱江路某段隔離帶出現(xiàn)裂縫

為了滿足變形監(jiān)測的要求，根據(jù)現(xiàn)場情況，將4個基準(zhǔn)點選定在變形區(qū)域外的橋墩上，編號為K1～K4。在變形區(qū)域內(nèi)的橋墩上共布設(shè)20個監(jiān)測點，編號為Z1～Z20，采用CPⅢ技術(shù)平面位移監(jiān)測、沉降監(jiān)測同時進行，測站架設(shè)在L型構(gòu)筑物與護坡間的人行過道上，測站間距離大致相等，約為20 m，每一期觀測測站架設(shè)位置相同。點位布設(shè)及觀測路線見圖4。因測站較多，圖中僅表示出第2、第3兩測站的觀測線路。

圖4 橋墩監(jiān)測點布設(shè)情況及觀測線路圖

變形監(jiān)測基準(zhǔn)控制網(wǎng)采用“一點一方位”建立，假定 K1（500．000，500．000，100．000）為 已 知 點，K1－K3為零方向建立坐標(biāo)基準(zhǔn)，采用高精度全站儀聯(lián)測，求出K2～K4坐標(biāo)，作為本次變形監(jiān)測搶險工程的基準(zhǔn)網(wǎng)。監(jiān)測點觀測使用TCA2003智能型全站儀（0．5″，1 mm＋1 pp m）自動觀測，水平角及垂直角均觀測4測回，距離測量8測回。全站儀與PDA建立實時通訊，數(shù)據(jù)傳入PDA后立即進行近似坐標(biāo)計算，并將數(shù)據(jù)初步對比，全部觀測完成后需要進行嚴密平差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2．3 數(shù)據(jù)處理及變形分析

本工程數(shù)據(jù)處理采用自由網(wǎng)平差結(jié)合坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成。首先把監(jiān)測網(wǎng)中各網(wǎng)點Z1～Z20同與其聯(lián)測的K1～K4一起進行自由網(wǎng)平差，這樣K1～K4點就有了兩套坐標(biāo)：一套是自由網(wǎng)平差的坐標(biāo)，另一套是它們在變形監(jiān)測網(wǎng)坐標(biāo)基準(zhǔn)下的坐標(biāo)。利用4個基準(zhǔn)點，按最小二乘原理，可以求得兩套坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)實現(xiàn)將監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到假定的坐標(biāo)基準(zhǔn)下。

本搶險工程于8月2日開始，至8月24日加固工程完成后結(jié)束，轉(zhuǎn)入常規(guī)變形觀測，共觀測23期。其中8月2日至8月6日暴雨期間每天觀測2期；8月7日至8月14日L型構(gòu)筑物支護工程已完成，每天觀測1期；8月15日～24日護坡加固期間每兩天觀測1期。由于數(shù)據(jù)量較大，本文僅列出裂縫最大處的Z1、Z2監(jiān)測點觀測數(shù)據(jù)進行分析，見表4。

表4 Z1、Z2點平面位移及沉降觀測統(tǒng)計

表4結(jié)果表明：

1）Z1、Z2點變化趨勢基本一致，這是因為Z1、Z2兩點分別位于同一橋墩的兩側(cè)。

2）Z1、Z2點在第8期（8月5日，19：00）發(fā)生突變，其中沿Y負方向變化尤其明顯，平均變化量為22．1 mm。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，8月5日中午完成了L型構(gòu)筑物及橋墩的支護工作，對L型構(gòu)筑物和橋墩有頂推施工。

3）Z1、Z2點在第8期至第32期之間無明顯變化。8月5日至8月24日間，主要支護工作完成，降雨結(jié)束，各點位趨于穩(wěn)定。

其余各監(jiān)測點變化趨勢與Z1、Z2基本一致，除第8期出現(xiàn)突變外，其余各期處于緩慢變化狀態(tài)；其中Z11～Z20共10個監(jiān)測點整體變化相對較小，這是因為Z11～Z20布設(shè)在第2排橋墩上，距離L型構(gòu)筑物較遠。

將應(yīng)用CPⅢ技術(shù)得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)與裂縫觀測（使用游標(biāo)卡尺測量）、L型擋墻沉降觀測（直接水準(zhǔn)測量）對比，分析結(jié)果完全一致。

3 結(jié)束語

本文敘述了采用CPⅢ技術(shù)進行橋墩平面位移及沉降監(jiān)測的點位布設(shè)、數(shù)據(jù)采集、變形分析等過程，通過對比布設(shè)在橋墩兩側(cè)的監(jiān)測點各期觀測數(shù)據(jù)，分析橋墩的變形趨勢。經(jīng)過綜合對比，應(yīng)用CPⅢ技術(shù)得到的橋墩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)與裂縫觀測、L型擋墻沉降觀測的分析結(jié)果完全一致，并且觀測數(shù)據(jù)的變化情況與現(xiàn)場施工進程相符合，說明觀測數(shù)據(jù)可靠性強，能夠準(zhǔn)確反映監(jiān)測對象的形變。

在監(jiān)測點呈帶狀有規(guī)律分布的情況下，使用CPⅢ技術(shù)具有操作方便、測量精度高等特點。隨著數(shù)據(jù)采集方式的多元化和數(shù)據(jù)處理軟件的日益完善，CPⅢ技術(shù)必然能夠在變形監(jiān)測工程，尤其是搶險工程中發(fā)揮更大的作用。

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