郁江大桥基础水下大样图测量平面定位方法简介

苏达宁 黄伟军
（广西交通规划勘察设计研究院 南宁 530011）

【摘　要】　简述水下大样图测量平面定位方法。
【关键词】　水下大样图 测量 定位 方法

　　大样图测量是工程测量的重要组成部分，在工程项目的施工测量、计量验收、质量检测、安全监测等方面有着广泛的应用，但在现行的《工程测量规范》、《水运工程测量规范》和《水利水电工程测量规范》等工程类测量规范中，对大样图测量的操作方法、技术指标均没有专门规定。在实际工作中，其技术指标一般参照相关的施工规程和验收规程，而操作方法须根据技术指标及现场工况条件灵活运用。水下大样图测量的特殊性在于工况条件由水上和水下作业条件组成，水上作业技术指标与陆上的相同，而水下无可视性，一般为覆盖性扫测或蛙人水下定测，涉及的项目主要为水下工程施工项目，包括航道扫床测量、水下工程施工验收及安全检测等。由于水下定位困难和复杂，设备费用昂贵，水下大样图测量技术尚有许多空白，本文介绍的在郁江大桥底冲刷检测项目中运用的平面定位方法具有高精度、操作简单、安全实用、工作成本低的特点，是水下大样图测量技术在桥梁安全监测中的一个有效应用。
一、问题的提出
　　2002年初，受贵港航运枢纽工程指挥部的委托，对贵港航运枢纽工程——郁江大桥基础进行1：50比例大样图水下地形冲刷检测，检测范围为桥墩外8m，测点间距为0.5m，测深精度为±0.1m，平面定位精度为±0.2m，相当于测图图根点的精度；由于大桥局部出现异常，甲方要求在尽量短的时间里完成测量任务，以便立即采取有效的工程措施。影响桥梁安全的因素很多，对于此类型桥梁，桥墩基础冲刷是最重要的因素之一，大样图资料是判定基础安全因素最主要的、直接的依据。
二、测量工况条件
　　郁江大桥为跨间距40m的预应力简支梁钢筋混凝土桥，桥墩为重力式墩，桥面宽12m，水下有10组桥墩组成，每组为顺河方向的两个桥墩，间距为9.4m，直径1.8m；检测区域位于桥面正下方，桥墩圆滑，无承台，通视受桥墩阻挡；河面宽约450m，水深为12～17m，流速0.5～0.8m/s，风力3～5级。工况条件属困难。
三、平面定位方法的探讨
　　从传统思路考虑，常用的水下地形测量定位方法主要有前方交会法、后方交会法、侧方交会法、断面索量定位法、纵横导标法、导标一角法、极坐标法、无线电双曲线定位法、微波定位法、GPS定位法等。根据现行行业标准《水运工程测量规范》，选择定位方法必须考虑测图比例尺与定位精度相适应，即保证定位中误差满足图上±1.5mm的要求，从动态测量角度分析，上述所有定位方法最高只能满足1:500的测图要求，即只能保证定位中误差为±0.75m，无法满足指挥部的质量要求；而从静态测量角度考虑及结合现场工况条件，上述定位法中全站仪极坐标法、前方交会法等是可以满足平面定位±0.2m精度要求的。但从这一思路出发，为达到静态测量目的，须搭建一个约260m的水上作业平台，要完成作业最少尚须配备两台全站仪、三艘工作船及多名作业人员，工作量浩大，作业手段烦琐，短时间内无法完成任务，此作业方法具明显局限性。
四、解决方法
　　作业人员为在短时间内做好这个项目，积极开动脑筋，通过多次试验，研制出一个能绕桥墩自由旋转的极坐标式定位仪，我们称之罗盘极坐标式定位仪（见下图）。

　　该仪器由可固定在圆柱型桥墩的圆弧槽钢轨道、可滑动弧型定位杆、钢丝绳、7.6m支撑杆、环绕桥墩的钢尺和指针组成，工作原理为：环绕桥墩的固定钢尺相当于一个已定好方位的度盘（钢尺零点与桥墩中轴线的连线垂直于桥纵轴），钢尺上的刻度即为相对方位值；固定在桥墩上的圆弧槽钢轨道、可滑动弧型定位杆和钢丝绳组合成相当于日常生活的简易轴承，弧型定位杆通过圆弧槽钢轨道可绕桥墩作水平转动；支撑杆安装在弧型定位杆上，垂直于桥墩弧面，起固定工作船的作用，使工作船按设定的半径绕桥墩旋转；安装在弧型定位杆上的指针用于读取度盘上工作船的相对方位。当固定在支撑杆上的工作船绕桥墩作断面测量时，通过指针就可获得度盘上连续的相对定位数据。精度指标：由于定位仪具有足够的刚度及良好的吻合，误差来源主要为度盘读数误差，这与工作船运行速度有关，可通过控制工作船运行速度来减少，当运行速度小于1m/s时，桥墩8m外的平面相对定位精度很容易达到±0.2m，满足指挥部提出精度要求。
五、应用效果
　　由于定位仪具良好的动态观测精度以及受水流、风速影响较小，项目的检测工作按动态作业方式进行，即在工作船作等半径断面测量时，同步记录方位值及测深值。作业人员只须配置1名记录员、1名指挥员、2名水手，作业船配备两艘，就可完成作业。在作业前测量人员经短时间培训熟练后，完成一个桥墩的冲刷检测仅须40分钟，传统测量作业方式无法比拟（见成果示例）。
　　水深测量采用SDH13A数字化测深仪，经现场逐米检查、改正，精度满足±0.1m。由于罗盘极坐标式定位仪具有良好的运用效果，大大缩短了原预计的项目工期。从检测结果中显示，部分桥墩存在严重冲刷，最大达0.7-0.8米，随即受到包括上级部门、质监站、监理部、指挥部、设计方等多方重视和质疑，因为桥位下河床为石质，且墩基有块石压护，冲刷的可能性很小，而正常情况为淤积（桥位于库区内）。为消除这个疑问，随后进行了水下摄影，结果显示部分桥墩确实存在严重冲刷，且基底捣空深最大达0.7米，与大样图测量结果相符，依据测量和摄影两项成果，郁江大桥基底得到及时加固，确保了百年大计，我方测图质量过硬和作业迅速，亦受到了贵港航运枢纽工程监理部、指挥部的高度赞扬。
六、结束语
　　大样图测量的技术难点在于其技术指标要求较高，而传统的观测手段因局限性往往无法满足要求或因作业成本较高难以实施，从而制约大样图测量在工程项目中的广泛应用。本文介绍的结合作业条件及作业过程研制出新设备使大样图测量达到高精度、低成本的作业方法是一个成功范例，是水下大样图测量技术的一次有益探索，当然，大样图测量还可以通过测绘设备有效组合、挖掘潜能和传统测量技术合理运用等手段达到高精度、低成本的目的，但各种观测方法的应用需要第一线测量作业人员在实践中不断地探索和总结，大样图测量技术才能得到完善和发展，才能更好地为工程建设服务。