李丽丽1 ，岳云奎2
(1.黄河水利委员会山东水文水资源局，山东济南 250100
2.黄河水利委员会泺口水文站，山东济南 250100)
摘要：高精度测量技术作为一种高新技术在测绘领域应用，对测量工作有更高的要求。通过高精度测量技术应用于特大桥变形监测实践，阐述了高精度测量技术应用于特大桥变形监测的特点、方法和过程，对今后开展类似条件下的监测工作具有一定的借鉴作用。
关键词：高精度测量技术；特大桥变形监测；应用特点
1 概述
本特大桥（K21+850 25-20m钢筋混凝土梁）地处丘陵地区，在桥左侧130m处有一金矿矿坑，矿坑附近地面、省道及附近农田均已出现明显裂缝。
项目组自接到特大桥变形监测任务后，即开始相关准备及现场变形监测点的布设工作，之后完成了桥墩、桥台初始值测量，对桥墩的沉降监测点共观测了33次，对桥台沉降监测点共观测了24次，对桥墩平面监测点共观测了36次，对桥梁平面监测点共观测了33次，对桥下水泥路上的平面观测点共观测了24次。
2 作业依据
（1）《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）；
（2）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）；
（3）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）；
（4）《铁路工程卫星定位测量规范》（TB10054-2010）；
（5）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314-2009）；
（6）《测绘成果质量检查与验收》（GB/T24356-2009）。
3 变形监测的实施
3.1 变形监测网的布设
变形监测网由基准点、工作基点和变形监测点构成，其布设按下列要求：
（1）基准点
首先在变形监测范围以外稳固的区域布设监测网，作为以后变形监测的基准点。每个独立的监测网设置不少于3个稳固可靠的基准点。基准点选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。本次监测网在监测区域以外稳定的地方布设四等GPS控制网（3个点）。GPS点作为基准点，同时也作为水准点使用。坐标和高程系统均采用独立系统。基准点标石埋设如图1所示：
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1-盖板；2-地面；3-保护井；4-混凝土。
图1 基准点标石埋设图
（2）工作基点
工作基点选在比较稳固的位置。本次在桥的左右两侧便于对变形监测点进行观测的位置布设两个固定点（GPS4、GPS5）作为工作基点。工作基点的坐标成果由精度为1″的全站仪多次观测得出。在以后的观测中对两个工作基点进行位移移动的检核发现GPS5发生了往北移动，GPS4未发现移动。
（3）变形监测点
变形监测点直接布设在变形体上能反映变形体变形特征的部位，不但要设置牢固，便于观测，还要形式美观，结构合理，且不破坏变形体的外观和使用。
（4）命名规则
由于点数较多，为便于区分和后续的数据分析，基准点和工作基点用GPS点来命名，分别为：GPS1、GPS2、GPS3、GPS4、GPS5。变形监测点按上下左右的命名规则来命名。用S来表示桥墩上部的平面监测点，X表示桥墩下面的沉降监测点。按铁路前进方向左边的点命名为1，右边的点命名为2。比如：20号桥墩下面右侧的沉降监测点为20X2，上面左侧的平面监测点为20S1。梁的命名规则是按墩所支撑的梁按铁路前进方向分为前后，分别用字母Q、H来表示。如：20号墩上面所支撑的两个梁左侧前面监测点的编号为：20Q1，后面的梁监测点为20H1，右侧的则分别为：20Q2、20H2。以此类推，桥台按25号桥墩命名。
本次监测点的具体位置：在桥墩的底部地面附着物或水面以上0.5m处左右侧各布设沉降观测点一个。共布设18个桥墩、36个沉降观测点和一个桥台沉降观测点。在桥墩的顶部左前侧角处和对角处各布设桥墩位移观测点一个，共监测18个桥墩和一个桥台38个点。在桥梁的两端左右侧各布设一对桥梁位移监测点，共布设桥梁位移监测点40个。桥下道路布设平面监测点9个，分别用Y1、Y2……Y9来表示。
为验证监测网基准点和工作基点的稳定性，定期进行复测，本项目按每6个月进行1次，在区域沉降地区每3个月进行1次复测；在观测过程中发现工作基点变化也及时进行复测。
3.2 变形监测技术指标及要求
（1）本项目监测分为水平位移监测和垂直位移监测。按照《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）规定：大型桥梁变形监测的精度不宜低于三等，本次监测按照三等要求进行。
（2）变形监测在观测点稳固后进行首次观测，每个观测点的首次坐标或高程在同期观测两次后确定。
（3）每次观测前，对所使用的仪器和设备，进行检验校正，并保留检验记录。每次变形观测时，在较短的时间内完成，采用相同的图形（观测路线）和观测方法。使用同一仪器和设备，固定观测人员，在基本相同的环境和观测条件下工作，采用统一基准处理数据。
3.3 测量仪器配置
本项目采用的主要测量仪器设备有GPS、全站仪、Trimble DiNi03高精度电子水准仪等精密测量仪器和设备及相应数据处理软件等。所有仪器设备均经有资质的计量单位检验合格并在有效期内。测量实施前，按相应的技术规范进行仪器检查和校准，严禁采用有问题的仪器设备进行测量作业。同时，在测量实施过程中，不定期对仪器设备进行自检。
3.4 监测频率
基准点：基准网建成后6个月进行一次复测。
工作基点：工作基点至少每月测量一次，实施过程中根据控制点的稳定性和实际需要进行调整。
变形监测点：根据要求按照每月一次进行观测。
本文中数据x、y分别指示南北方向和东西方向，Δx和Δy增大代表往北、往东移动，反之，则代表往南、往西移动。
3.5变形监测测量
（1）基准点测量
基准点测量也是GPS控制网的测量。GPS控制网在WGS84坐标系下自由网平差，利用获得的GPS1、GPS3在WGS84坐标系下的坐标成果为已知点，对GPS控制网进行约束平差得出控制网成果。按照四等GPS控制网的精度进行布设。二维约束平差精度如表1所示：
表1 二维约束平差精度统计表
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二维约束平差后，GPS点间基线最弱边精度为1/10.8万，方向中误差最大为1.91″，基线向量精度满足《铁路工程测量规范》（TB10101-2009）中四等最弱边相对中误差≤1/70000、方向中误差≤2.0″的精度要求。
（2）工作基点测量
利用1″级及以上的全站仪对两个工作基点进行多次测量，得出两个工作基点（GPS4、GPS5）的坐标。
（3）变形监测点测量
在工作基点上架设全站仪对布设的带有强制对中的变形监测点进行测量，每次观测两遍，并把第一次观测的结果作为初始观测值，以后的观测与初始值进行比较。
（4）数据处理
以GPS1为已知高程点联测其他控制点和沉降观测点，利用COSA水准处理软件对观测成果进行平差，并作为初始值存档。以后每次对沉降观测点进行测量的结果均与初始值进行比较，作为对数据进行处理分析的依据。并按相应技术要求进行精度统计和检定。
（5）点位检核
为保证沉降变形监测基准网的准确性，基准网应不定期进行复测。每次监测时应对基准网点进行稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为沉降变形的参考点，应有一定数量稳固可靠的点用于检核。
4 质量控制措施
（1）保证项目负责人、技术负责人、专业技术人员、测量人员、仪器设备配备完善，并及时到达现场开展测量工作。
（2）建立项目负责制，明确分工，责任到人；保证所派遣人员的技术能力能胜任各自岗位工作的需要。
（3）观测前，采取增加观测次数的措施，保证初始值的准确性。
（4）制定各监测点位的保护措施，定期对工作基点进行稳定性监测。
（5）量测资料的储存、计算、管理均采用计算机系统进行并及时备份。
（6）量测项目人员相对固定，保证数据资料的连续性。量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。
5 结语
本特大桥变形监测，使用了GPS、全站仪、Trimble DiNi03高精度电子水准仪等精密测量仪器和设备，采用了先进的测量技术和方法，外业测量为全自动化、数字化测量，不但有效减轻了测量人员的劳动强度，而且极大提高了测量精度和工作效率。项目的实施，对影响范围内的桥墩、桥台和桥下道路进行了水平位移监测及垂直位移监测，及时预报了特大桥桥墩、桥台和桥下道路的位移变形趋势，保障了附近铁路的正常营运，维护了国家和人民的生命财产安全，具有重大的社会效益和巨大的经济效益。
参考文献：
[1]于思博. 工程测量中的变形监测[J]. 黑龙江水利科技, 2014(12):171-172.
[2]唐旭, 詹燕慧. GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2017(24).
[3]刘朋. 全站仪中间设站三角高程测量在变形监测中的应用[J]. 建材与装饰, 2019, 574(13):216-217.