摘要：随着桥梁建设事业的快速发展，我国的桥梁建设数目日益增多，由于桥梁跨度较大，桥梁需要承担的荷载也较重，施工中可能会出现一定的变形现象，一旦该变形超出了预警值，则会潜藏重大安全隐患。因此文章结合实例，探讨全站仪在桥梁沉降监测中的具体应用。
关键词：全站仪；桥梁沉降监测；应用
在桥梁建设过程中，桥梁的跨度一般比较大、桥梁荷载比较重，桥梁施工过程中就会发生必要的、正常的变形，但当桥梁变形达到设计预警值时，就可能会出现工程事故危险，影响桥梁的施工进度和威胁施工人员安全。变形监测是施工过程中一个重要环节，及时、准确的监测数据能够指导信息化施工。在桥梁施工过程中，一般桥梁施工工艺多样，施工环境复杂，采用常规精密水准测量方法监测桥梁沉降变形时，监测工作受地形高差、障碍物等各种外界因素的影响，难以展开。本文介绍了用全站仪代替常规精密水准监测沉降的方法。
一、全站仪概述
全站仪，即全站型电子测距仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用（编码盘）或两个相同的光栅度盘和读数传感器进行角度测量的。根据测角精度可分为0.1″，0.2″，0.5″，1″，2″，5″等几个等级。
二、工程实例
某大桥的主跨跨度约为80m，高度约为15m，结构形式为上承式钢筋混凝土拱桥，拱结构为两铰拱，拱脚下承台使用钢拉索平衡水平推力，拉索位置在高速公路路面下方。
（二）测量设备
1.精密水准仪
采用日本TOPCON AT-G2精密自动安平水准仪，其测高误差毛士0.4mm/km；与之配套的是丁NVAR合金带精密水准尺，其线膨胀系数为1.25X 10-6/1℃。
2.电子全站仪
采用LE丁CA（徕卡）TC-1201电子全站仪，其测角误差为：±1"，测距误差为：±（lmm+1.5ppm）。
（三）测量仪器的工作原理
1.水准沉降监测方法
常规沉降监测采用精密水准测量的方法，其基本思想为：在沉降区域外建立基准点，基准点必须牢固稳定，远离监测点，不受沉降区域沉降的影响，在待测桥面上布设沉降监测点。每次监测时，通过精密水准仪将基准点的高程引测到各沉降监测点上，从而得到各监测点的高程，根据监测点两次所测得的高程之差即可得知监测点在这两次期间的沉降量。监测过程中的限差要求、测量步骤、手簿记录和计算均参照国家二等水准测量规范的规定。
2.全站仪沉降监测方法
该电子全站仪三角高程沉降监测方法，其基本思想为：在事先预制好的强制对中混凝土圆柱上，采用强制对中的方法做好全站仪的架站、整平、对中工作。首次监测时，用全站仪测量出待测监测点的垂直角a1 和全站仪到测点的水平距离H，下次测量时，只需测量出全站仪到待测监测点的垂直角度a2 就可以了，以后也无须再测量全站仪到各测点的水平距离H，因为沉降监测变形只关心一个周期内每个测点竖直方向上的变化量，即ΔH=（H*tan a1-H*tan a2），实际上测站位置到每个测点的水平距离H本身也就是一个常值，若多次测量测站到每个测点的水平距离H，反而造成测量误差积累，影响测量精度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不难看出，下次监测时，只需要观测出垂直角a的角度，就可以求出H*tan a的值，从而就可以根据两次测量的H*tan a1 和H*tan a2 差值，即可得知该监测点在这两次期间的沉降量ΔH。
（四）监测点布设
监测点布置在混凝土拱桥一侧能反映桥梁沉降变形趋势的关键部位，每问隔约12m布设1个监测点，共布设5个监测点，测点编号分别为1#，2#，3#，4#，5#。监测点采用小锈钢材质制成，顶端为圆锥形状，监测点布设位置要保证与全站仪测站的位置能够相互通视，同时考虑两种监测方法精度好比较验证，监测点要做到共用。
（五）监测实施
每次监测时，同时问段内分别采用精密水准仪和电子全站仪测量出桥梁上5 个监测点的高程和相对高差数据。
（六）水准仪测量技术措施
根据《建筑变形测量规程》（JGJ 8-2016）的规定以及该工程的实际情况，对其采用二级精度监测，对于沉降监测点，其测站高差的中误差不超过±0.5mm。为了确保监测成果的质量，除按上述的技术要点进行监测外，还必须采取如下技术措施：（1）两检校：①对所用的仪器在监测过程中作定期检定和校正；②对每个基准点和工作基点作定期的检测和修正。（2）四固定：①所用仪器设备要固定；②监测人员要固定；③监测的条件、环境基本相同；④监测的方法、路线、镜位及程序要固定。
（七）电子全站仪测量技术措施
（1）为减少全站仪的测站误差、整平误差和对中误差，每次全站仪主机都架设在事先预制好的强制对中混凝土观测台上，无须再进行整平和对中操作。（2）为减少三角高程中的距离误差，只须在首次测量时对每个测点进行水平距离测量 H，以后就无须测量每个测点的水平距离H，以减少距离误差积累。（3）为减少测点误差，监测点采用不锈钢材质制成，同时要求两种不同的监测方法5个监测点能做到共用，能够很好地减小测点误差积累。（4）其他外界误差，采用同时间、同仪器、同路线和同人员“四同原则”进行，以降低误差积累。（5）选择有利的观测时间、强制对中高度也要考虑等措施来减弱电子全站仪三角高程受大气垂直折光影响。
（八）监测成果
在2004年12月20日至2005年9月15日监测周期里，基本上每间隔3个月，分别采用精密水准仪和电子全站仪同时间段内对该桥梁上的5个沉降监测点进行监测，内业经过数据处理，计算出不同监测方法各测点的沉降量。
（九）监测数据分析
从表中监测数据成果可以得知：（1）2005年3月15日两 种 监 测方法的测量数据成果之差最大为+0.3mm（3#），最小为+0.1mm（4#）。（2）2005年6月 15日两 种 监 测方法的测量数据成果之差最大为-0.4mm（2#），最小为-0.2mm（3#）。（3）2005年9月15日两种监测方法的测量数据成果之差最大为-0.5mm（3#），最小为 -0.2mm（5#）。监测结果分析表明，该电子全站仪三角高程沉降监测的方法测量精度是满足要求的，方法是可行的。
综上所述，桥梁工程因跨度较大，荷载较重，在实际施工中十分容易出现形变现象，做好桥梁的沉降监测意义深远。文章探讨电子全站仪在前沉降监测中的具体应用，并和水准沉降监测方法进行对比，可知电子全站仪架站的强制对中观测台一定要等沉降稳定后，才能进行该方法的后续监测工作，并注意定期检查强制对中圆柱的变形稳定性。此方法避免了水准测量中测量人员必须到监测点立尺才能获得该监测点沉降量，降低了测量的难度和危险度，适合复杂环境下沉降监测快速测量。从这次测量试验成果数据比较来看，该电子全站仪三角高程沉降监测的方法精度是满足要求的，方法是可行的，值得推广和借鉴。
参考文献：
[1]张俊中，朱义朝，刘乾，宋蕾.基于全站仪在桥梁挠度检测中的应用和研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42（01）
[2]索俊锋，刘冬冬，冯美萍，孙磊，杨兰.基于免棱镜全站仪的桥梁拱圈线形测量方法及精度分析[J].城市道桥与防洪，2014（01）
[3]王月，杜素云.全站仪在斜拉桥面线形检测中应用[J].山西建筑，2011，37（03）
论文作者:张保华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：测量论文; 全站仪论文; 桥梁论文; 误差论文; 方法论文; 精密论文; 高程论文; 《基层建设》2019年第7期论文;