杨依彬

【摘 要】论文采用徕卡TS60全站仪，使用三角高程测量方法，对高铁桥墩进行沉降监测，通过误差来源分析，角度测量误差，距离测量误差，仪器高、目标高测量误差及大气折光及地球曲率对沉降监测点测量精度的影响分析，通过控制视线长度及监测点高度角等方式提高观测精度，以满足规范对高铁沉降监测的精度要求，并在生产实验中进行验证。

【Abstract】This paper adopts Leica TS60 total station and triangular elevation measurement method to monitor the settlement of high-speed railway piers. Through analyzing the impact of error sources， angle measurement error， distance measurement error， instrument height， target height measurement error， atmospheric refraction and earth curvature on the measurement accuracy of settlement monitoring points， the  measurement accuracy is improved by controlling the line of sight length and height angle of monitoring points， so as to meet the accuracy requirement of high-speed railway subsidence monitoring， and it is verified in production experiments.

【关键词】三角高程;角度测量;距离测量;误差来源分析

【Keywords】 trigonometric elevation; angle measurement; distance measurement; error source analysis

【中图分类号】U212.2                                            【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）06-0163-02

1 引言

在高铁附近进行打桩施工和基坑开挖施工时，可能会引起附近土体应力重分布和土体变形，进而使高铁桥墩产生沉降。当沉降量超过安全值时就会危及高铁的行车安全。因此，高铁桥墩的沉降监测十分重要。沉降监测一般采用二等或者一等几何水准，静力水准测量等方法。前者耗费人力效率较低，后者对现场安装环境要求较高。本文采用徕卡TS60全站仪，采用三角高程的测量方法对高铁桥墩进行沉降观测，通过精度分析及实际应用数据证明该方法能切实有效地满足高铁桥墩沉降监测的需求。

2 技术要求

根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》 TB 10182-2017的要求高铁变形监测精度要求如表1所示。

3 基准点、测站、监测点布置及测量方法

3.1 基准点及工作基站布设

根据监测需要，一般布设不少于3对基准点，与工作基点相互通视或组成三角形，便于检查校核。将工作基点与基准点监测控制网，按变形监测网的技术要求施测。对监测控制网作严密平差计算，其各项精度指标满足规范要求才能作为监测起算数据。

控制网布置在铁路附近距铁路约50m的位置，布设6个基准点，2个工作基站，在施工区域外四周选稳定、不受施工影响的位置布设。

3.2 沉降监测点布置

根据工程特点，沉降监测点采用棱镜布设，观测点棱镜通过螺栓与L型支架进行连接，并将L支架通过螺栓与方形钢板连接，布点时采用强力胶水将钢板牢固的粘结在桥墩上，监测点布设同测站大概在同一高度，高度角不大于15°。（图2）

3.3 施测方法

将测量机器人架设在工作站上，机器人自动搜索监测目标进行测量，工作站采用强制对中墩，设置好测量机器人的参考基准后，仪器不再拆卸，直到监测结束。选用徕卡TS60全自动测量机器人全站仪（标称测角精度0.5s，测距精度0.6mm+1ppm）采用全圆观测法测量各监测点的角度与距离，通过三角高程方法计算监测点的高程，考虑大气折光和地球曲率的影响，其观测原理如图3所示。

4 三角高程的主要误差来源及精度分析

三角高程测量依据测站点A至目标点B所观测的高度角及斜距，根据三角函数再考虑大气折光和地球曲率的影响，计算两点之间的高差[1]，计算公式如下：

式中R为地球半径，k为大气折光系数。D为A，B两点间的平距，α为A，B两点间的高度角。i为仪器高，v为目标高。

对上式微分根据误差传播定律可得：m=m+（tan2α+（）D2）·m+D4m/（4R2）+m+m（2）

根据式（2）可知，影响高程测量精度的因素主要有以下四点：①高度角α的测量误差。使用的徕卡TS60全站仪，仪器校准证书提供的竖直目标定位重复性为0.7″，现场目标点距离测站距离在30～80m，目标高度角均在15°以下。取mα=±0.7，D=80m，α=15°时，式（2）右边第一项为0.085。②平距D的測量误差。徕卡TS60对距离小于100m的目标重复观测取平均值md可达±0.5mm。取mα=±0.3mm，k=0.16，D=80m，α=15°时，式（2）右边第二项值为0.006。③大气折光系数k引起的误差。折光系数k主要与大气温度，大气密度和梯度有关，用本文提出的方法可以大大削弱k引起的误差。如许国辉等证明k的中误差约为±0.03～±0.05。取mk=±0.05，D=100m，式（2）右边第三项值为0.002mm2。④仪器高和目标高导致的误差。本文中全站仪采用强制对中墩布设，仪器设置完成后不再拆卸，测站和监测点固定不动，可以认为仪器高和目标高误差为0。

综合以上4点误差影响的计算代入式（2）可得出：

m=0.085mm2+0.006mm2+0.002mm2+0mm2=0.093mm2（3）

由式（3）可知沉降点的观测中误差mhαb=±0.3mm，满足规范要求。

5 实际监测数据情况

本次监测从2018年10月22日开始监测，到2018年11月10日截止，桥墩最大沉降量为0.63mm。其他数据如图4所示。

6 结论

根据上述三角高程测量精度分析及实际监测数据可以得出以下结论：①在视线长度不超过100m的情况下，使用徕卡TS60全站仪进行三角高程测量进行沉降观测，因大气折光引起的误差较小可以忽略不计。②采用强制对中墩进行测站布设，从开始监测到监测结束不对测站进行拆卸可以避免因仪器高测量引起的误差，进而提高测量精度。③通过精度分析在视线长度不大于100m时，测站点布设与沉降点布设大概在同一高度时，监测点的沉降观测中误差为±0.3mm，可以满足相关规范的要求。

综上所述，在上述条件下使用三角高程测量方法进行高铁桥墩沉降监测是有效可行的。

【参考文献】

【1】张正禄，邓勇，罗长林，等.精密三角高程代替一等水准测量的研究[J]. 武汉大学学报（信息科学版），2006（31）：5-6.