张晓杰，赵晓红，曹胜敏

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.宝鸡市勘察测绘院，陕西 宝鸡 721000）



码头水平位移监测的方法及其精度分析与探讨

张晓杰1，赵晓红2，曹胜敏1

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.宝鸡市勘察测绘院，陕西 宝鸡 721000）

摘要：随着港口码头货物吞吐量逐年增长，靠泊船舶的吨位增加，越来越多的码头需要浚深改造，为保证码头改造和使用期间的安全，需要对码头进行变形监测。本文针对某一码头监测项目的实例，分析了支导线法应用于水平位移监测的方法和施测流程，并进行了精度分析和监测数据分析，表明支导线法完全可以满足码头水平位移监测的要求，对于类似项目的监测，确保码头结构安全有重要的借鉴意义。

关键词：水平位移监测；支导线；精度

引 言

随着水运事业的发展，码头的装卸吨位每年大约以20 %左右的速度递增，由于靠泊船舶吨位增加，越来越多的码头需要浚深改造，为保证码头改造和使用期间安全，必须对码头进行沉降和位移监测。码头沉降观测方法较为简单，一般采用常规的二等水准测量即可满足要求，而码头水平位移观测的方法有很多，如视准线法、支距法、GPS测量法、前方交会法、极坐标法以及小角法等[1]，这些方法有各自的优点，在码头水平位移监测时，由于受到通视条件、码头作业震动、潮汐力、船舶系缆力等因素影响，应针对具体项目的特点，采用满足本项目要求的监测方法。本文针对某一码头监测项目实例，在传统的极坐标法的基础上，采用支导线法观测码头的水平位移，由于测站数的增加，无疑会对监测点的精度造成影响，为此进行了精度分析和监测数据分析，结果表明支导线法观测完全可以满足本项目码头水平位移监测的要求。

1 码头概况

某港区矿石码头为重力式方块码头，其中一个全长238.67 m的泊位需进行技术改造，此泊位码头后方堆场需打设7 800多根旋喷桩，前沿港池需浚深约2 m。码头前沿浚深施工过程中需要进行爆破炸礁，其对码头结构稳定性影响较大；后方堆场进行旋喷桩施工，受桩机及场地堆料影响，场地通视条件受到较大影响，采用传统的极坐标法、前方交会法以及支距法均不能施测，需要根据本项目的特点采取新方法进行观测。

2 码头监测网布设方案

2.1 基准网布设

考虑到监测区域通视条件不好，在监测区域后方埋设了多个稳定的基准点，这样可以保证在某一条视线受阻的情况下，其他视线仍然可以观测。同时由于水平位移监测的精度要求较高，基准网布置为边角全测的三角形网，监测点位置及基准网布置如图1。

图1 监测点位置及基准网布置

沿码头方向共布设了14个水平位移监测点C1~C14，每个监测点预埋强制对中钢板，其基本上在一条直线上，点间距离大致相等，约为20 m。在变形区域以外的码头后方选择A、B、E、F作为监测网的基准点，基准点采用有强制对中装置的观测墩，EF方向大致平行于监测点的连线方向，E、F两点至码头的距离约56 m。选择水平位移监测点C5、C12作为工作基点，与基准点一起构成了基准网。在监测区域建立测区独立坐标系，以基准点E为坐标原点，EF连线为x轴，指向F，过E点垂直于x轴方向为y轴，指向码头前沿。

基准网的图形结构为常见的三角网型，图形结构强，检核条件多，基准网采用边角全测的方法进行高精度的角度和距离测量，最后采用清华三维平差软件进行严密平差，得到基准点和工作基点的精准坐标。

2.2 水平位移监测实施

由于工作基点C5、C12并非固定不动，每次均需在基准网中对其进行观测以求得其坐标。具体观测方法是：首先在一个基准点架设仪器，后视邻近的可通视的基准点，测量工作基点C5或C12的坐标，然后在工作基点上架设仪器，测量求得其两侧监测点的坐标，其中工作基点C5观测C1~C4，C6~C8；工作基点C12观测C9~C11，C13~C14；测量采用高精度的角度和距离测量，每个角测量6个测回，距离观测3个测回（在仪器中输入测量时的气温和气压值，并进行加常数和乘常数改正），通过基准点和工作基点的传递，依次得到各监测点的坐标。周期性地对监测点进行观测，即可测定监测点的坐标变化值，也即水平位移值。

3 精度探讨

3.1 基准网控制精度分析

基准网布设为边角全测的三角网，采用Leica高精度精密全站仪TCA2003进行观测，标称测距精度为±(1 mm+1 ppm D)，标称测角精度为0.5″。角度测量采用全圆观测法，每个角测量6个测回，测角精度可达0.35″。基准网经严密平差后，得到各基准点和工作基点的精度评定，其中最弱点A的沿y方向的最大点位中误差为0.6 mm。

3.2 监测点精度分析

由于码头位移观测主要关心垂直于码头前沿的位移，即横向坐标y，由于实际测量过程中只设了两次测站，所以支导线端点坐标的计算公式为：

为了导出支导线端点沿y方向（横向）的误差公式，需要建立终点坐标与直接观测值β和D的微分关系式。为此，微分上式得：

根据方位角推算式：

代入式（1）有：

将上式写成方差形式，可得支导线端点沿y轴方向的误差—横向误差mu：

上式即为支导线端点横向误估算式，其中my1和mT0分别为支导线起始点位横向误差和起始方向方位角误差。

按照上式，分别代入仪器的标称精度，基准网精度评定值及实测计算值，估算监测点在不同路线下的最大横向误差，结果见表1。

表1 不同支导线路线下监测点的最大横向误差

依据《水运工程测量规范》(JTJ 203-2012)，码头属于对变形比较敏感的水工建筑物，监测点水平位移应满足二等精度要求，即平面点位误差不大于±3 mm。从表1结果来看，支导线法水平位移监测精度完全可以满足水运工程测量规范的要求。

4 监测数据分析

该码头的监测工作从2008年10月25日开始，于2009年4月15日结束监测共观测了172天，在此期间采集了大量的观测数据，我们选取了典型的4个点为例进行变形分析，图2给出了码头上这4个监测点垂直于码头前沿方向的水平位移变化，表2为4个监测点的最大位移量和累计位移量。

图2 水平位移-时间变化曲线

表2 变形观测点位移量数据统计

从图2和表2可以看出，在施工期间，尤其是在码头前沿炸礁期间，在爆破区域内部分位移点位移量出现急剧变化情况，现场人员及时通知了相关部门，并做好施工调整工作，指导并保证了施工的顺利进行。从近半年监测的最终累计位移量来看，监测点水平位移在可控制范围内，累计最大水平位移量未超过1 cm。

5 结 论

传统的码头水平位移观测方法很多，各有适用条件，支导线法应用于码头水平位移监测有很多优势，布设灵活，施测方便，适应场地条件较强。通过对本监测项目监测点的精度分析和监测数据分析，采用支导线法完全可以满足码头水平位移监测的要求，对类似的监测项目有良好的借鉴意义。但采用此方法其观测精度受到支导线长度和测站数的限制，在实际应用过程中要先做好精度估算。

参考文献：

[1] 杨富春, 黄张裕, 洪毅, 等. GPS在码头水平位移监测中的应用研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2011, 9(6): 155-158.

[2] 谷川, 李明峰, 潘国荣. 某码头施工水平位移监测方法与精度探讨[J]. 测绘信息与工程, 2006, 31(4): 16-17.

[3] JTS 131-2012水运工程测量规范[S]. 人民交通出版社.

[4] 张凤举, 张华海, 赵长胜, 等. 控制测量学[M]. 煤炭工业出版社, 1999.

Horizontal Displacement Monitoring Method and Its Precision of a Wharf

Zhang Xiaojie1, Zhao Xiaohong2, Cao Shengmin1
(1.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China; 2.Baoji Survey and Mapping Institute, Baoji Shanxi 721000, China)

Abstract:With the port cargo throughput increased year by year, berthing ship's tonnage increases, more and more ports need to be deepened reform, in order to ensure the safety of wharf during the transformation, it is necessary to monitor terminal deformation. Aiming at a wharf monitoring project as an example, introduce the branch line method and its process, and the accuracy analysis and monitoring data analysis show that the branch line method can completely meet the requirements of horizontal displacement monitoring, for similar monitoring project have a important reference, to ensure the wharf structure safety.

Key words:horizontal displacement monitoring; branch line; precision

作者简介：张晓杰（1983-），男，工程师，主要从事地基基础监测与检测工作。

收稿日期：2015-03-04

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160123

中图分类号：U656.107

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0098-03