精密测量在工程施工中的应用

精密测量在工程施工中应用摘要:经过学习精密测量学理论，对精密测量学了解和认识，以及几年实践经验。本文就结合“天津港航道港池泊位水深维护疏浚工程－东突堤南侧码头（1～12号桩系船柱）泊位浚深工程”来说明精密测量在工程施工中应用。关键词：码头施工变形监测位移沉降精度误差前言:测量技术在我们生活、生产以及农田水利、军事、航海中往往是离不开，而精密测量是测量学一个延伸，尤其是在建筑物变形监测当中起着很主要作用。精密测量通常包含以下几点：1精密工程测量定义工程测量是指工程建设和自然资源开发各阶段进行控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测等技术。精密工程测量是工程测量当代发展和延伸，它以绝对测量精度达成毫米量级，相对测量精度达成1×10-5，以先进测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行测量工作。2精密工程测量特点精密工程测量主要特点是：作业精度依工程需要而定，而且精度要求非常高；作业环境特殊；仪器设备要求高，在特殊情况下，需要自造仪器；数据处理要求严格等。在控制网布设时候，不具备象通常工程测量上级网控制下级网特点，在控制点选取上，精密工程测量仅仅选取一个控制点和一个参考方向，以确保测区点精度。3精密工程测量分类精密工程测量包含各种大型特种工程测量，变形观察、三维工业测量，大型设备安装、监测和质量控制测量、在军事领域应用等。精密工程测量按工程需要精度能够分为：普通精密工程测量和特种精密工程测量。1．工程介绍为了确保天津港东突堤南侧码头（1～12号桩系船柱）泊位浚深至原设计水深工程码头泊位，在码头面下削坡施工和疏浚作业以及使用期安全，中交第一航务工程勘察设计院有限企业受天津港（集团）有限企业委托，进行了天津港航道港池泊位水深维护疏浚工程－东突堤南侧码头（1～12号桩系船柱）泊位浚深工程码头变形监测任务。此次监测泊为天津港东突堤南侧码头（1～12号桩系船柱）泊位，原泥面标高为-10.5m，计划浚深至原设计泥面标高-12.0m。该工程由天津水运工程勘察设计研究所设计。计划施工日期为7月15日至9月30日，设计变形控制量要求为：位移值≤±1.00mm／天，沉降值≤±3.00mm／天，总沉降值≤±10.0mm，总位移值≤±4.0mm。2．检测内容及工作量中交第一航务工程勘察设计院监测人员于7月12进驻现场，在天津港煤码头企业相关部门主动配合下，监测工作得以顺利开展，至7月19日完成了永久性基点、工作基点、变形观察点布点、放样、造标、观察、初始值采集等工作，具备了施工监测基本条件，共埋设永久性基点（位移、沉降）3个，工作基点8个，变形观察点17个。监测期间内为检验工作基点平面位置产生改变情况，进行了2次坐标测量工作（22点次），变形观察点坐标进行了一次测量工作（17点次），共计40点次。清淤施工期天天观察二次，稳定时天天观察一次。此间共完成平面位移观察1199点次，沉降观察1181点次，沉降基准网测量（二等水准）3公里，绘制时间～位移曲线图9幅，时间～沉降曲线图9幅。3．监测工程条件此次码头变形监测对象为已建成码头泊位，且监测期间部分泊位仍将进行装卸作业，所以监测时不但要找出水工构件在受到温度、潮汐改变等客观原因下各项误差改过方法，还要防止码头作业对变形观察数据影响。4．监测仪器及监测工作方法4.1监测主要仪器A、日本产GTS-332系列TOPCON全站仪（编号：XL－1525），仪器于10月10日经国家地震局第一监测中心计量检定站判定，精度指标以下：测角精度：±1.14″标称精度综合评定：a=0.61mm；b=0.22mm/km该仪器用于二等三角测量、导线测量、平面位移观察B、德国蔡司生产Ni007精密水准仪（编号：436386）及刻度为5mm铟钢水准尺，其测量精度为±0.7mm/Km。仪器于6月20日经中国地震局第一监测中心计量检定站判定，各项技术指标均合格。该仪器用于沉降观察4.2执行标准《水运工程测量规范》（JTJ203-）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）《天津港东突堤南侧码头（1～12号系船柱）泊位浚深至原设计水深工程观察任务书》4.3坐标及高程系统坐标系统：天津新港建筑坐标系高程系统：天津新港理论最低潮面4.4监测工作4.4.1平面控制测量1）测点布置①、永久性基准点在施工区西侧布置了3个用于平面位移观察基准点，即H8、H9、H10，造标式样为26cm×26cm×40cm砼观察墩，中间埋设不锈钢强制对中标芯。在监测区西侧照射灯基座及监测区东侧照射灯基座位置分别布置了两个用于沉降观察沉降基准点BM1、BM2。②、工作基点基点位置埋设不锈钢强制对中标芯，各工作基点与对应变形观察点连线垂直于码头前沿线方向；各基点布置情况详见工作基点、变形观察点平面布置示意图。③、变形观察点变形观察点位置严格按照设计要求布置，参看工作基点、变形观察点平面布置示意图，第一排监测基点（Q1、Q2、……、Q7）位于距码头前沿1.0米，每削坡结构段布置1点，共7点，第二排监测基点（C1、C2、……、C7）位于挡土墙前沿线北侧约3.2米，每结构段布置一点，共7点。在29号泊位布置3个点（A1、A2、A3），分别位于29号泊位码头前沿1.0米，原码头前沿线1.0米，及29号泊位原承台外3m处。监测基点与工作基点成对布置，其连线方向应垂直与码头前沿方向。2）坐标测量基准点、工作基点、变形观察点坐标测量严格按照二等变形测量要求施测，采取三边后方交会及导线测量方法，详见平面控制测量示意图。日本产GTS-332系列TOPCON全站仪进行水平角及距离测量，水平角观察方法为：左角观察6测回，右角观察6测回，共计12测回，距离观察方法采取平距测量算术平均值测量模式，统计1组数据。距离测量时，测定当初气温、气压，并输入全站仪，仪器自动进行气象改过，依照仪器判定结果对所测边长进行仪器加常数、乘常数、周期误差改过。使用天津港港务局提供国家测绘局第一大地测量队于所测天津港区基础控制网资料作为此次工程控制测量起始资料。以G160为起点，G408为起始方向，采取支导线测量方式引测基准点H8、J9、J10三点坐标，为加强此三点相对精度，水平角观察12测回，左角观察6测回，右角观察6测回。在此基础上，采取三边后方交会法进行严密平差，分别测定、解算了工作基点H2、H3、……、H7以及变形观察点Q1、Q2等9点坐标；以H1、H2、……、H7为测站点，采取支距测量方法分别测定了各变形观察点坐标。为预防在监测过程中工作基点因客观原因造成位移，于施工结束后（8月20日）对工作基点进行了坐标复测工作，未发觉工作基点产生位移。工作基点坐标计算采取严密平差方法，各点单位权中误差和点位精度详见下表：工作基点坐标计算单位权中误差和点位精度表单位：mm点号初值复测测距误差点位误差测距误差点位误差纵坐标差横坐标差Q10.210.000.450.21-0.60.0Q20.01-0.050.66-0.350.2-1.4H10.070.060.090.40-0.30.3H20.210.140.180.26-0.2-0.4H30.040.070.080.13-0.50.0H40.010.030.510.070.0-1.0H50.31-0.590.320.30-0.2-0.1H61.01.141.020.75-0.5-0.3H70.040.070.440.330.1-0.7由上表能够看出，各点测距误差和点位中误差均小于3mm，符合二等变形观察规范要求。3）高程测量以G408为起点，按照二等水准测量技术要求，引测了BM1点高程，并联测了BM2、H1、H2、……、H7、H12等9点高程。为检测沉降基准点BM1、BM2稳定程度，在监测期内进行了6次基本水准网测量工作，单次水准线路总长0.40km，往返测不符值及闭合差均满足二等水准测量规范要求，历次水准测量精度统计详见下表：历次水准测量精度统计表单位：mm日期7-187-248-18-088-128-20闭合差-0.30-0.081.031.060.07-1.12BM1历次高程差0.050.49-0.86-0.34-0.13限差2.53由上表能够看出，历次基本水准网测量均满足二等水准测量技术要求；BM1、BM2水准点相对稳定，测量期间未产生沉降改变。4.4.2初始值测量1）平面位移初始值测量使用日本产GTS-332系列TOPCON全站仪测量各工作基点与其对应变形观察点距离，观察方法采取平距测量算术平均值测量模式，统计1组数据。距离测量时，测定当初气温、气压，并输入全站仪，仪器自动进行气象改过，依照仪器判定结果对所测边长进行仪器加常数、乘常数、周期误差改过；距离测量前，测量码头承台结构温度。2）沉降位移初始值测量使用德国蔡司生产Ni007精密水准仪及铟钢水准尺，按照二等水准测量技术要求以BM1为起始点布设两条水准线路，第一条闭合水准线路由BM1、C1、、C2、……、C7、Q7、……Q1、A3、A2、A1、BM1等18点组成；第二条闭合水准线路由BM2、H7、H6、……H1、H12、BM1等10点组成。分别计算各变形观察点高程，在水准测量前后分别量取观察时段水位。位移及沉降观察数据分别经温度及潮差误差改过（改过计算方法如4.4.3温度误差改过及4.4.4潮位误差改过所述），并取其数天平均值，作为各变形观察点初始值，各点初始值详见下表：初始值（经温度及潮差误差改过）工作基点变形观察点初始值位移沉降初始距离温度改过百分比系数初始高程潮位改过百分比系数H1C134.90000.00031115613.690.6140H1Q165.07980.00017785681.920.2982H2C234.9303-0.00015565651.050.9825H2Q265.09800.00015565696.59-0.0526H3C335.1715-0.00004445619.851.5789H3Q365.29480.0005686.981.5789H4C435.46450.00002225642.180.7544H4Q465.5643-0.00004445690.190.8772H5C535.38380.0005619.280.7719H5Q565.42470.00000005681.710.1401H6C635.2285-0.00004445631.531.1403H6Q665.25700.0015696.80-0.0877H7C735.37800.00002225615.610.6140H7Q765.4070-0.00017785684.670.2807H12A136.1508-0.00011115645.651.5087H12A285.4153-0.00004445177.050.9825H12A3125.9263-0.00004445243.58-0.0245注：a、平面位移初始值以m计，沉降观察初始值以mm计;b、平面位移温度改过百分比系数以m/℃计，沉降观察潮位改过以mm/m计。4.4.3、平面位移观察及温度误差改过1）平面位移观察方法本项目平面位移观察采取直接测距法。直接测距法是采取高精度测距仪直接测量工作基点到变形观察点距离，经过两点距离改变确定码头平面位移值。此种方法精度较高，但受到视线条件限制。变形观察点Q1、Q2、……、Q7、H1、H2、……、H7、A1、A2、A3等17点采取直接测距法观察。2）温度误差改过因为码头钢筋混凝土构件存在着显著因为温度改变产生热胀冷缩现象，且改变较不均匀，由此造成观察误差超出了监测精度及限差要求，所以对监测值进行了温度误差改过。各变形观察点初始值采集期、施工期及稳定时平面位移观察温度误差改过计算方法以下：1）温度改过百分比系数（β）确实定①、计算两次观察时段码头结构温差△t。②、计算两次观察时段同一边长不符值△s。③、计算单位温度距离改变量（△s/△t）。④、计算数次观察单位温度距离改变量，并取其平均值，即为该测段温度改过百分比系数β。2）温度误差改过方法①、测定测距时空气温度（t）及气压（p）。②、测定钢筋混凝土构件上部、下部温度，并取其平均值（T）。③、对仪器所测距离进行气象、加常数、乘常数、周期误差改过计算，求得工作基点到变形观察点实际距离S。④、计算结构温度T与标准气温（20℃）状态下构件长度改过数ΔL：ΔL＝（T－20）×ββ……温度改过百分比系数⑤、计算改过后距离（S丿）：S丿＝S－ΔL⑥、计算位移量（Δw）：Δw＝S丿－Pj（初始值）经过上述方法改过计算，基本消除了因为温度改变产生误差，对资料统计分析，因为测量码头构件温度具备一定难度，存在着约0.5℃左右温度测量误差，估算改过精度为±0.3mm。4.4.4沉降观察及潮位误差改过1）沉降观察观察方法同4.4.2沉降位移初始值测量所述。2）潮位误差改过因为码头构件高程随潮位改变而改变，且各变形观察点所代表各码头结构段高程改变各不相同，所以，依照水位值和高程观察数据计算了各变形观察点潮位改过百分比系数（mm/m），并依照百分比系数将不一样水位高程观察值归算到潮位为3米时高程，并取数天不一样水位归算高程平均数作为初始值。各变形观察点初始值采集期、施工期及稳定时沉降观察潮位误差改过计算方法以下：3）潮位改过百分比系数确实定①、经过两条闭合水准路线，分别计算各变形观察点高程H以及观察时刻潮位值h。②、计算两次观察时段潮差△h。计算两次观察时段同一点高程不符值△H。③、计算单位潮差高程改变量（△H/△h）。④、计算数次观察单位潮差高程改变量，并取其平均值，即为该点潮位改过百分比系数δ。4）潮位误差改过方法①、量取沉降观察前、后潮位值h。②、将沉降观察值改过到潮位为3米时高程。Cj＝Gc–（h-3）×δCj：改过后高程Gc：高程值δ：潮差百分比系数（mm/m）③、计算沉降量ΔgΔg＝Cj－CsCs：初始值经过上述方法改过计算，基本消除了因为潮位改变产生误差，对资料统计分析，因为码头装卸存在着较大动荷载影响，估算最大潮位改过误差mc为±0.5mm。4.4.5误差及精度分析1）码头构件温度改过误差mg为±0.3mm。 2）全站仪采取强制对中方法固定在埋入码头构件内不锈钢强，基本消除了对中误差影响。3）总而言之，其余各变形观察点平面位移观察精度为＝±0.36mm，能够满足二等变形观察精度及变形控制量要求。4）同理估算QJ2、QJ2-1点监测精度为：±0.46mm5）沉降观察使用德国蔡司生产Ni007精密水准仪及刻划为5mm铟钢水准尺，观察精度为±0.7mm。5．监测结果及分析5.1平面位移1）挡土墙及浆砌块石护岸坡顶位置变形观察点位移情况位于挡土墙及浆砌块石护岸坡顶位置变形观察点C1、……、C7距码头前沿为28.8m，受码头前沿清淤施工和削坡施工影响较小，在整个施工监测过程中，位移改变平均值仅为-0.95MM，最大点为C3点累计最大沉降量为-2.17mm，其余点位基本均在2.00mm内改变，未出现变形曲线陡变，变形速率加紧等现象，码头变形量未超出变形量控制范围。2）码头前沿位置变形观察点位移情况位于挡土墙及浆砌块石护岸坡顶位置变形观察点Q1、……、Q7距码头前沿为1.0m，在整个施工监测过程中，位移改变平均值为-1.66MM，最大点为Q6点累计最大沉降量为-3.0mm，Q1、Q2、Q7点累计最大沉降量分别为-2.42mm、-2.25mm、-2.17mm，其余点位基本均在2.00mm内改变，未出现变形曲线陡变，变形速率加紧等现象，码头变形量未超出变形量控制范围。自8月13日清淤施工结束后均出现了逐步向陆侧产生位移变形过程，其中Q2、Q7、A1、A2、C2、C5、C7等7点变形趋势较为显著；A1、C4、C5两点基本未产生显著位移。各变形观察点位移变形情况详见下表。各施工阶段变形观察点位移量数据统计表单位：mm点号清淤、削坡期最大位移量稳定时最大位移量C1-1.67-0.67C2-1.92-1.25C3-2.17-1.50C4+0.50-0.5C5-0.92+0.42C6+1.201.20C7-1.67-0.67Q1-2.42-0.75Q2-2.00-1.00Q3-1.42-0.75Q4-1.58-0.55Q5+0.83+0.33Q6-3.001.20Q7-2.00-0.33A1-0.92-0.75A2-2.25+0.42A3-1.25-0.92注：负号表示向陆侧移动，正号表示向海侧移动。5.2沉降观察：在整个施工过程中，沉降变形小于平面位移变形，且变形稳定