公路橋梁工程測量技術與測繪技術的應用解析

戚佳東

我國基礎性工程建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展，帶動了公路橋梁工程數(shù)量的增加，與純橋梁建筑工程相比，公路橋梁在建設的過程中面臨著橋墩高、大橫跨度等問題，因此，在公路橋梁工程施工的過程中，需要嚴格控制橋梁架設精度，同時，還需要針對公路橋梁測量技術進行把控。當下，隨著對公路橋梁施工質(zhì)量要求的不斷提升，對測量技術的需求在逐漸加大，傳統(tǒng)的儀器設備顯然不能滿足發(fā)展需求。因此，通過對公路橋梁測量技術與測繪技術內(nèi)容的分析，探討了公路橋梁測繪技術應用，以及為公路橋梁測量與測繪技術的發(fā)展提供參考。

一、測量技術和測繪技術的內(nèi)容分析

在對公路橋梁測量技術與測繪技術的內(nèi)容進行探討的基礎上，指出測量技術與測繪技術的使用范圍，并介紹了在公路橋梁工程中常用的測量、測繪技術，及其優(yōu)勢與特點。在目前的社會發(fā)展需求環(huán)境下，公路橋梁工程在建設的過程中，應結合已測出的公路橋梁的地形、地質(zhì)及其水文等數(shù)據(jù)信息，使用適當?shù)臏y量測繪技術，為工程的建設提供精確的數(shù)據(jù)信息支撐，進而實現(xiàn)對公路橋梁工程建設的動態(tài)跟蹤。同時，在使用測量測繪技術時，應對公路橋梁工程的主體結構、建設形式等進行掌握，為后期施工提供幫助。此外，在進行公路橋梁設計的過程中，除了需要對公路橋梁所處的地形圖進行精準的反映外，還需要對橋梁的橋墩、橋臺、梁體結構等進行合理把控，確保公路橋梁結構的安全性與適用性。

二、公路橋梁測量工作

1.橋址地形測繪

橋址地形測繪是公路橋梁工程建設的基礎性測繪工作，在工程設計、施工、竣工階段均要使用到橋址地形圖。通常而言，在公路橋梁工程建設中，最常見的橋址地形圖一般為大比例尺地形圖，局部區(qū)域甚至會用到1：:200比例尺的地形圖。按照不同的測繪區(qū)域，橋址地形圖包括陸地與水下地形圖。就目前來說，隨著各種測繪技術的不斷發(fā)展，常用數(shù)字測圖技術完成相應的測繪工作。

2.橋址水文測量

橋址水文測量通常是在公路橋梁工程建設的初測階段進行的，根據(jù)工程建設的實際需要也可以在定測階段進行補測。橋址水文測量的主要內(nèi)容有橋址水位、流速、航跡線等的觀測以及地形測繪等，開展橋址水文測量的目的是為了在設計階段給橋位的選擇、墩跨的布設以及航道的實際等提供數(shù)據(jù)信息支持。在實踐中，如果出現(xiàn)公路橋梁橋址水文條件復雜多變的情況時，那么通常還應該對橋位所處的河段進行水位、水文斷面、流速以及流量的觀測與測量等工作，即河道原型觀測。進行河道原型觀測的主要目的是為了對河道河床的演變進行分析，為橋梁的設計提供參考。水下地形測量常用方法：（1）較淺的河流可用全站儀極坐標法定位，人工劃船持鏡直接測量水下地形高程；河道上有橋時可使用吊錘進行水深測量。（2）大型江河和海域的水下地形測量可采用測量船加GNSS定位系統(tǒng)搭配測深儀進行平面和河床測量。（3）沿線河流的水下地形測量可用無人測深船加GNSS定位系統(tǒng)進行平面和河床測量。

3.橋梁測量

常規(guī)大地測量技術。目前最常用的測量設備主要有兩種：（1）全站儀與電子水準儀。測量技術包括自動跟蹤測量技術、免棱鏡精密測距技術。全站儀的不斷完善與發(fā)展，其測量的精度與自動化程度愈高，傳統(tǒng)上所使用的光學經(jīng)緯儀以及測量方法逐漸被替代，傳統(tǒng)上常用于高塔施工中的激光鉛直儀同樣被精度更高、測量更加便捷的全站儀三維坐標測量法所替代。（2）GNSS技術。在工程施工中GNSS技術的應用最廣，GNSS技術測量的精度以及勘測的準確度能夠有效地解決傳統(tǒng)測繪形式出現(xiàn)誤差較大，造成工程返工問題。同時，GNSS技術還能夠用來對公路橋梁工程進行監(jiān)測，具體而言，在工程中，建立起3-4人的流動站進行施工，在各放樣點停留1-2s即可完成中線測量。在公路橋梁施工中，GNSS技術由于其自身優(yōu)點被廣泛應用在各個施工環(huán)節(jié)，例如對橋梁平面的測量、橫斷面的測量等都離不開GNSS技術的支持。此外，如前所述，GNSS技術還能夠用來對橋梁施工放樣的監(jiān)測、完工測量以及維護測量等，且GNSS技術中的RTK定位技術能夠更好地發(fā)揮GNSS技術優(yōu)勢。

4.橋梁變形監(jiān)測

橋梁變形監(jiān)測是橋梁測量的關鍵部分。大跨度、長距離、柔性橋梁數(shù)量的增多，給我國橋梁工程建設與運行提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是在安全監(jiān)測這一方面，更是提出了更高的要求。20世紀末，我國橋梁行業(yè)結合我國已有的橋梁管理模式提出了新的橋梁健康安全監(jiān)測理論，并在已有安全監(jiān)測方法的基礎上提出了一系列更加實用的安全監(jiān)測方法。例如，我國香港青馬大橋、上海東海大橋、廣東虎門大橋等均構建起了相應的安全監(jiān)測系統(tǒng)與變形監(jiān)測維護制度，可以說我國橋梁變形監(jiān)測技術有了極大地提高。橋梁變形監(jiān)測主要包括橋梁施工階段與運營階段的變形觀測，變形觀測的內(nèi)筒包括橋墩沉降及水平位移觀測、梁體撓度變形觀測、墩臺及梁體裂縫觀測、水中橋墩周圍河床沖刷演變觀測，以及橋面沉降、撓度及水平位移觀測等。常見的水平位移觀測方法主要有基準線法、GNSS測量、三角測量等。沉降觀測方法有幾何水準測量、靜力水準測量、三角高程測量和 GNSS 高程測量等。

三、測繪技術應用

1.建設規(guī)劃設計階段的測量應用

在公路橋梁規(guī)劃設計階段的測量工作主要是控制測量和地形測量。例如，貴陽白云至修文道路工程，項目線路長24km，山區(qū)地形，工程現(xiàn)狀地形起伏變化較大，測量環(huán)境惡劣，開展平面控制測量、高程控制測量和地形測量工作難度很大，作業(yè)中采取了以下方法：（1）平面控制采用GNSS靜態(tài)測量，由于項目路線較長，產(chǎn)生投影變形較為嚴重，需要進行投影分段換帶處理，采用變換中央子午線來限制投影變形導致的長度誤差；（2）水準控制采用電子水準儀測量和全站儀傾角法測量，先用電子水準儀對線路首尾鏈接城區(qū)的較平路段進行水準測量；線路中間山區(qū)段采用全站儀進行三角高程觀測，并不同時段觀測采集數(shù)據(jù)，完成原始觀測數(shù)據(jù)的校對工作，對測段高差改化后的修正數(shù)據(jù)完成校核后，采用軟件進行嚴密的平差計算；（3）地形測量采用GNSS RTK對線路中間山區(qū)段進行測量，信號遮擋嚴重的區(qū)域由全站儀三維坐標測量法完成，線路首尾城區(qū)兩段需連接現(xiàn)有道路，高程采用了普通水準儀測量標高來滿足較高的高程精度。

2.施工階段的測量應用

首先是有效測量施工控制網(wǎng)。在具體工程施工過程中，由于公路橋梁工程受到諸如橋梁跨度、橋址地形等的影響，公路橋梁控制網(wǎng)的控制網(wǎng)測量極易受到影響。因此，在實踐中常常在公路的兩極均設置平面控制網(wǎng)。在進行首級控制時首先應利用GNSS靜態(tài)線對橋梁的軸線進行定位測量，雖然該方法具有精度高的優(yōu)點，但由于在具體的施工中，受到橋址地形條件的限制會導致部分控制點設計單位不能滿足相應的施工要求，因此，在實踐中常常對測量控制網(wǎng)進行加密，并利用有效的三維坐標點獲取，在大型預制結構橋體的安裝中，可運用三維激光掃描儀，對橋體結構進行掃描和模型構建，便于施工中橋體結構的拼裝。

3.運營管理階段的測量工作

在公路橋梁建設完成投入使用后，為確保橋梁安全運行，需要對工程的水平位移、沉降以及傾斜與擺動等進行持續(xù)性檢測。對于其中的大型工業(yè)設備同樣需要進行長期性的檢測與調(diào)校，確保使用的安全性。同時為方便工程后期的管理、維護與改建，應建立相應的監(jiān)測信息系統(tǒng)，將獲取的測量信息納入系統(tǒng)。

四、結語與展望

在公路橋梁工程的建設中，越來越多的信息化技術被使用，我國的測繪技術已經(jīng)完成了由模擬化向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，目前正朝著信息化方向邁進，可以說測繪測量技術的信息化發(fā)展成為必然。目前，如何利用一個軟件實現(xiàn)GNSS、全站儀、電子水準儀所形成的測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維平差成為研究的重要課題。而測量、設計的一體化同樣是提升測繪測量質(zhì)量、效率的重要舉措，兩者的集成化在能夠滿足公路橋梁基礎性測量信息采集的基礎上，還能夠通過使用各種形式的攝影技術提升其測量精準與適用性。相信在不久的將來，更多的新技術、新科技將被用于公路橋梁測量測繪中，進一步推動公路橋梁的施工質(zhì)量。

綜上所示，測量與測繪技術的應用在公路橋梁施工中具有重要作用，且測量與測繪技術在設計、施工、運營階段均有所體現(xiàn)。公路橋梁測量與測繪技術的發(fā)展得益于測繪技術與橋梁工程建設的共同推動。目前，我國公路橋梁測量技術朝著內(nèi)外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取分析一體化、測量過程便捷化、高效化、測量成果智能化、信息可視化等方向邁進。