公路桥梁规划设计、施工及运营中的测量技术

　　1 概述

　　武定至昆明高速公路走向为南北向布局，由武定县城出发，途经富民县、李子坪、普吉，止于小屯互通立交，进入昆明市二环快速系统，道路总长 63． 58 km。沿线地质复杂，施工难度较大。

　　普吉特大桥是武定至昆明高速公路入城最后段，普吉特大桥全桥长4． 5 km，设计为六车道高架桥，设计时速为100 km。总共六跨，为预制混凝土预应力箱梁( 见图 1) 。【图1.略】
　　
　　桥梁工程测量包括桥址地形图测绘，桥梁结构和形状放样，分为桥梁勘测设计、施工测量及运营变形观测 3 个阶段，其测区面积小、贯穿桥梁工程全过程、测量工作内容繁重，测量速度和精度要求高，云南是山区，地形较复杂，高差较大，桥梁修建长度占公路一半。桥墩高、跨度大，水系较复杂，施工难度大，如采用常规测量仪器，无法高效快速完成任务。而引进现代测绘新技术进行综合应用，互为补充，目的是确保武昆高速普吉特大桥上部结构施工的质量和工期，同时满足设计及规范的各项精度要求。

　　2 公路桥梁建设规划设计阶段的测量工作

　　2． 1 桥梁测量内容
　　在桥梁的勘测设计阶段，需测绘地形图，在施工阶段，要建立桥梁控制网能进行桥墩、桥台定位和梁体架设等施工放样，在管理运行时，为保证桥梁的安全运营，要进行变形观测。

　　2． 2 用 VRS 系统测量绘制大比例地形图
　　VRS 系统( 虚拟参考站系统) 由 GNSS 基准站的观测数据和计算得到的各种误差分布模拟计算出虚拟参考站的 GNSS 观测数据，能消除各误差，其可靠性，定位精度，测量工作效率都大大提高，只需要用一台 GNSS 接收机可完成几台 GNSS 接收机工作，测量工作成本降低，而常规方法测图，需先做控制网，才能进行碎部测量。其工作效率极低，而用 VRS 系统测图，只要完成采集碎部点的坐标和属性，就可用绘图软件绘地形图，一步完成。

　　2． 3 桥梁勘测设计一体化系统的建立及应用
　　由无人机拍照公路桥梁沿线航带的航摄像片，把航摄像片数字化为航片影像; 用 GPS 技术，获得航带内控制点三维坐标空间信息。通过数字摄影测量系统，绘制地形图。通过遥感技术，把公路桥梁沿线工程地质、水文地质等综合地质信息收集绘制到遥感图上。就可提高勘测设计速度，减少勘测费用，把地形，遥感信息，地质信息等野外采集信息传入地理信息系统( GIS) 中，能进行桥梁工程的规划、设计、施工、管理、决策工作。并为项目立项，科研、综合评估，方案论证，决策，桥梁工程勘测设计等工作提供强有力的地理信息保障。桥梁勘测设计一体化系统是创新现代信息技术条件下桥梁勘测设计工作。

　　3 公路桥梁建设施工阶段的测量工作

　　3． 1 控制网测量
　　根据公路桥梁跨越的河宽及地形条件，首级 GPS 平面控制网按一级 GPS 控制网的技术指标进行布设，公路桥梁首级控制网一般采用 GPS 静态相对定位测量通过事后处理可获得毫米级精度的平面定位成果，它具有精度高、成果可靠、测量工效高、作业成本低等显着优点，因桥梁工程测量，相对高差要求高，而 GPS 高程拟合仅达到四等水准测量精度，首级 GPS 高程控制网按四等布置，在桥梁工程加密控制测量网，能用 VRS 动态测量。它能实时得到测点三维坐标。目前正被广泛应用于中小型的公路桥梁施工平面控制网测量中，同时它也适合于公路桥梁承台、墩身、墩帽、塔柱及缆索等部位的施工定位。

　　3． 2 大型公路桥梁墩、台的施工测量
　　为了进行墩、台施工的细部放样，需要测设其纵、横轴线。然后进行公路桥梁墩台定位、墩柱中心位置放样、墩台顶面高程用数字水准仪测定，还有盖梁位置放样、支座垫石放样、大梁架设位置放样、防撞护栏位置放样。立柱、墩帽轴线误差为10 mm。承台的轴线误差为 15 mm。

　　3． 3 公路桥梁架设的施工测量
　　架梁时要考虑相邻墩、台距离，在梁的安装过程中，要使钢梁始终在正确的平面位置上，桥梁架设安装达到设计要求，支架安装轴线误差 2 mm，各个节点挠度和桥梁整跨拱度达到设计要求。

　　由于桥墩高，跨度大，精度高，速度快，常规测量仪器难胜任，而用测量机器人( 锁定) 功能来控制桥梁架设的安装，已成功地用于上海卢浦大桥的安装中。

　　3． 4 VRS，超站仪广泛应用于施工测量
　　在施工测量中，用 VRS 系统能对点、线、面以及坡度线进行高效、快捷及到厘米级精度放样，只需把桥梁线路的起点坐标、方位角、直线长度及曲线要素输入，马上得到全线要放样点的坐标，同时可以与全站仪配合各自发挥优势。超站仪无需做导线，在需要之处通过 RTK 建立控制，只需在点上安置仪器一次，超站仪仅需要一组测量人员，在超站仪中自动重新计算，一惯的高精度，测量花费更少的时间。在便利之处安置仪器，不需要控制点，不需要布设导线，用 RTK 定位更少的干扰，更少的停工，更快速的放样，更快速的施工高精度，用超站仪可以直接到达工作地点，立即开始进行工作。测量和放样更快，更少的全站仪安置，可用于任何类型的作业，省时省力，更高的生产率和收益，RTK 确保一致的高精度遍及整个施工测量区。

　　4 公路桥梁运营管理阶段测量工作
　　
　　4． 1 利用 VRS 系统对公路桥梁结构检测
　　在公路桥梁施工过程中，为加强质量管理，相关质量监督部门需要对公路桥梁结构桩位、墩柱偏位、支座偏位、公路桥梁轴线、高程等进行检测，以往采用全站仪等仪器进行检测时，需要借助施工单位提供的导线点进行测量，有时由于导线点被破坏或不通视等原因导致检测无法进行或检测精度较差。采用 VRS 系统后，可在一个施工标段内( 通常不大于 10 km) 设立一个固定的基准点，这一个标段内所有公路桥梁结构的检测都以此点为基准点，通过移动站进行检测。减少多次架设仪器及后视的过程，加快了检测速度，提高了整体检测精度。检测时设置好基准站，通过移动站对全标段需要检测的公路桥梁结构部位进行采点取样，将移动站置于桩位中、墩柱中或支座中等相关位置，调平，取点，测量手簿会自动记录所取点的坐标，输入点名，保存在相应的记录点库中。在室内通过数据导出，将导出的检测数据与设计值比较，得出偏差值，形成检测报告格式。

　　4． 2 公路桥梁的形变监测
　　1) 利用 VRS 系统对公路桥梁进行形变监测，比传统的水准测量有明显的速度快、周期短、精度均匀等优势。用 VRS 系统与数字水准测量，把公路桥梁的形变监测总费用降低1/3，时间节省1/3。

　　2) 测量机器人进行公路桥梁形变监测，在固定的测站上安置自动化全站仪 TCA，配合自动监测软件，在计算机的控制下实施全自动的工作。无需人工干预全自动的采集、传输与处理变形点的三维数据，还可实现远程在线监控管理。这是大桥监测实现完全自动化的最高最新境界———自动化、智能化、网络化。

　　采用机器人能完成监测，其测角精度 0． 5″，测距精度 1 mm +1 ppm 的精度指标足可胜任。

　　5 桥梁工程测量技术的展望

　　随着超站仪，测量机器人，三维激光扫描系统，CORS，RTK，3S集成系统等在公路桥梁工程中广泛应用和人工智能的进一步发展，使公路桥梁工程测量走向自动化，测量成果数字化。测量仪器一体化，多功能化，测量仪器操作智能化，测量服务网络化。测绘信息获取及处理可视化，实时化，特别是网络 RTK 及超站仪全面应用到桥梁工程施工放样及变形监测是工程测量技术一次全新革命( 无需控制点的测量) 。用最专业的数据处理软件，在一个软件中，可以处理 GNSS、全站仪、电子水准仪数据，并且能够进行严谨的三维平差; 可以直接输入/输出 CAD 图形，测量与设计一体化; 支持多种设备同时进行数据采集，支持影像图资料辅助设计工作。用 VRS 系统与测量机器人进行三维施工控制与施工放样，它不仅可以克服施工干扰给测量工作带来的困难，还可以提高放样的精度，更重要的是减轻测量人员的劳动强度，提高工作效率，从而满足快速施工放样的要求。推广第三代 GNSS 接收机，其特点是: 可支持北斗卫星系统，可组合成手持 GPS、超站仪、镜站仪，两个电池仓，支持电池热插拔，高度集成模块化设计，非测量人员也能使用，智能时尚，屏幕背景灯，键盘照明功能，丰富的行业解决方案，瞄准当前应用，保障未来需求，Rinex 格式记录原始数据，无需内业转换。应用 GIS 技术建立桥梁测绘资料管理系统，把桥梁工程测量各阶段测绘成果输入测绘资料管理系统，为工程技术人员可视化信息服务，实现无纸化测绘资料管理，为桥梁优化设计，桥梁工程质量提高，桥梁工程施工顺利进行提供优质信息和技术服务，使施工测量数据管理网络化，系统化，数字化，使测绘资料管理进入信息化时代。大力推广“数字桥梁”理念，把桥梁地形信息、桥梁结构及外在形状，附属设施信息及沿线管养机构信息，全部进入电脑，通过“数字桥梁”来完成对桥梁信息的获取，查询、显示、处理等管理工作，使桥梁规划，设计，管理，决策科学化，实时化，数字化，高效化，信息化。

　　6 结语

　　测绘新技术在桥梁施工、检测中的应用，对桥梁工程测量手段和作业方法产生了革命性的变革，其在公路、桥梁工程测量中的应用将日趋广泛。它可以涵盖公路桥梁测量( 包括平、纵、横) ，施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS 前端数据采集诸多方面。它将成为未来桥梁工程测量发展的主流方向。实时动态( RTK) 定位技术将在公路桥梁勘测、施工、检测和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。3S 集成技术及随着超站仪，测量机器人，三维激光扫描系统，CORS，RTK，3S 集成系统等在公路桥梁工程中广泛应用和测绘，人工智能的进一步发展，使传统公路桥梁工程测量向数字化、自动化、网络化和社会化方向发展; 达到了轻松、准确、快速的完成桥梁测量工作，进入了桥梁工程测量信息化测绘时代，为云南道路桥梁工程建设提供了现代化测绘技术支持。

　　参考文献:

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　　［2］ 李玉林． 现代测绘技术在工程测量中的应用及改进建议［J］． 山西建筑，2013，39( 27) :190-191．
　　［3］ 谢利宝，郭大进，秦正学． 润扬长江公路大桥高塔柱施工测量质量控制［J］． 公路交通科技，2003( 21) :108-109．