动态测量在施工中的实用性

动态测量的操作依据

动态测量不能利用统一的大地水平基准面及重力铅垂定律，但可以通过一些特殊操作来建立与基准面的相对关系，依据如下。1)空间几何定律①不在同一直线上的三点可以确定一平面;②与一平面距离相等且不在同一直线上的三点可以确定与该平面平行的平面;③如两个平面有两条相交的公共直线，则两个平面重合。2)经纬仪的结构特点，经纬仪照准部分的一些结构相对关系是固定不变的或者是可定量调节的:①垂直轴与水平轴垂直，水平轴与照准轴垂直，且三轴相交于一点;②水平度盘面与垂直度盘面垂直，水平轴与水平度盘面平行，照准轴与垂直度盘面平行;③只要将垂直度盘调到90°并锁定，任意水平方向的照准轴(视线)均在同一平面，且与水平度盘平行，距离相等;④当水平度盘与一个平面平行时，同一水平角的照准轴(视线)均在与该平面正交的同一平面内。

动态测量控制网的建立及放样方法

测量器具J2经纬仪，普通经纬仪脚架，特制固定式经纬仪测架，普通5m塔尺，5m与50m钢尺，钢丝或鱼线等辅助器具。经纬仪的调平、对中1)调平目的是与基准面重合。经纬仪安置在测架上，竖直度盘调至90°并锁紧，松开水平度盘，慢慢调校经纬仪机座螺丝，使仪高与基准面持平、视镜十字横线与两相邻测架标记线重合;反复调校直至2个条件满足，即任何水平角度的视线均与基准面重合。2)对中目的是与基准面重合，且经纬仪的三轴交点与某一点重合。经纬仪安置在测架上，竖直度盘调至90°并锁紧，松开水平度盘，慢慢移动并调校基座螺丝，使经纬仪对中器对准站点标记、仪高与基准面持平、视镜十字横线与两相邻测架标记线重合;反复调校直至3个条件满足，即任何水平角度的视线均与基准面重合，且通过同一点。统一基准面的施测及建立1)站点(测架)建立按图3所示位置设置站点并固定于甲板面上，5个站点均为临时性站点，其中O站为特制固定式经纬仪测架，可用来摆镜和固定钢尺并标记仪器高度，其余4个为固定式金属支架，可用来固定钢尺并标记仪器高度。2)基准面的施测与建立经纬仪置于O站，竖直度盘调至90°并锁定，量测仪高;在其他测站上作相同仪高标记;松开和转动水平度盘，并微调基座螺丝使视镜横丝与各站标记接近，如此反复操作，找到与4个站点标记最接近的平面作为统一测量基准面;最后重新标记各站点，并量测O站底座与视镜横轴高度，作为下次摆站的依据。控制网(站)的施测及建立测量基准面建立后，为便于测量放样，在管段四周布设建筑方格网;方格网各控制站点的脚架规格、制作和安装，与建立基准面的临时站点O相同;由O站开始依次在已布设的控制点上摆站引测下一站，第1次在O点摆站，经纬仪只需调平即可引测下一站点，其余站点摆站时，经纬仪必须调平对中后，才能引测下一站点;引测方法与陆地测量方法类似，但每次引测都必须量测仪高并做好标记;最后经过角度和高度的反复调整闭合后，5.5动态测量的放样方法1)高程测量方法根据所测部位选择控制站点(测架)，经纬仪摆镜调平后，即可松开并转动水平度盘，结合塔尺等测量器具，便可进行高程测定或施工放样;管段预制的底模(混凝土平台)高程放样。2)测量定线实施和操作方法与高程测量方法相似，但定线放样时，还必须使仪器对中器准确对中(与测架控制点)，即必须强制调平并对中;经纬仪调平、对中后，即可松开竖直度盘和水平度盘，进行定线放样，具体方法及要求与陆地测量放样相同。3)管段施工放样根据管段结构的特征，通常在管段的四周引设若干放样控制点(测架)，根据需要在控制点上摆站，经纬仪调平对中，后视相应站点后锁紧水平度盘，打开竖直度盘的锁紧装置，上、下转动视镜即可确定与管段侧墙或端面平行的基准面(视线平面)，最后与塔尺配合，通过等距平移来实现侧墙或端面板的施工放样;对于一些倾斜线面，可以利用线性关系计算出的N对数值，用同样方法以点定线，进行倾斜线面的施工放样。此外，管段的施工放样还包括管内贯通控制网布设、舾装件埋件、门洞及测量控制塔定位等项目，可参照以上介绍的相关方法进行定位或施测。4)施工监测及检查具体方法与放样方法类似。

精度分析及运用总结

平台变形的影响及消除措施半潜驳船体有极大的整体刚度，甲板的承载力也可达100kN/m2，但并不是绝对的刚性体，施工加载及温度变化都会引起甲板变形;变形包括局部变形和整体不均匀变形，局部变形通常只会影响加载部位附近的个别控制点，而整体不均匀变形则可能会影响整个测量体系。在容许的均布荷载作用下，甲板的变形值通常很小，且主要是沉降位移。基于动态平台的变形特征及动态测量的特殊性，控制点之间的相对位移值大于测量误差值，经纬仪利用控制网进行多余观测即可监测到平台变形，如果其值在误差值范围内，则不会对测量结果产生实质性的影响，但也可以通过定期复测控制网，进行严密平差后的计算结果对比来确定。船体整体不均匀变形对测量体系的影响，可以利用半潜驳自带的舱内压载系统，按照预先制定的调载置换程序，进行等效荷载置换来消除，即先在船舱内按等效荷载压水加载后，再建立测量基准面及控制网，管段分段、分层制作的同时，把相应的等效压载水排出舱外，使船体在整个施工过程中保持相同的受力工况，船体的整体不均匀变形在施工阶段内得到控制并保持稳定，避免出现测量控制点之间的相对位移。至于局部变形对测量控制点的影响，通过采取与陆地测量类似的措施即可消除。因此，在施工过程中，通过采取一些措施，平台变形及对测量体系的影响是可监测而且可控的，不会对动态测量精度造成实质性的影响。这些消除措施包括:①采用有限元建模，模拟施工全过程的受力和变形分析，制定调载置换程序;②根据计算分析结果，对其薄弱部分进行加固，减少局部变形;③优化控制网的布设方案，主要控制点尽量远离管段，减少局部变形对其影响;④根据调载置换程序施工，并利用控制网定期监测;⑤受到局部变形影响的个别控制点，重新调整引测;⑥定期进行整个控制网的复测，并进行严密平差处理。应用总结分析已建成通车的仑隧工程是首次完整地运用移动干坞新技术施工的沉管隧道，5节管分别在2艘1.6万t的半潜驳船上制作和出运，管段施工时间2005年10月—2007年6月，管段沉放安装时间2009年5月—2009年10月，2010年4月30日完工，8月30日全线通车;半潜驳船进场前进行了局部加固和改造，在E4管段施工过程中，观测到甲板局部有下沉变形，但主控制点经闭合检查未受影响。管段制作和沉放安装的相关数据如表2，3所示。实测偏差均在设计要求的允许偏差范围内，其中管段钢端壳最大偏差为2mm，沉放安装最大轴线偏差39mm，里程最大偏差35mm，最终接头(合拢段)贯通累积长度偏差最大值为49mm，东侧墙错牙值为52mm，西侧墙错牙值为50mm。沉管隧道是分节预制通过水力压接形成整体的，因此管段(包括暗埋段)钢端壳的制作横向精度对隧道轴线的影响最大，且在沉放对接时无法消除。下面就管段制作偏差(横向)、安装轴线偏差及贯通闭合偏差三者之间进行综合分析验证。1)隧道轴线偏差由对接面钢端壳的横向整体偏差、止水带横向压缩量差异引起的偏差和安装定位偏差组成，前者具有累积和呈线性放大的特点，后者由于有鼻托导向装置限位，通常为常值;从表3中各管段沉放安装轴线偏差可知，虽然轴线累积偏差最大值达到39mm，但呈线性放大的偏差值(E4与E3-2之和，放大系数约为长/宽=148/23=6.4)只有16mm，因此从偏差总值逆向推算，钢端壳的横向整体偏差与止水带横向压缩量差异的总和不会超过3mm，与表2的管段制作实测偏差基本吻合。2)仑隧工程的4节管段，分别从南、北岸依次向水中对接，在E2(E3-1)与E3-2之间形成最终接头(合拢段)，因此南北段的沉放安装轴线偏差，最终在合拢段中贯通闭合，形成可见的侧壁错牙;可知，合拢段两端东西侧墙的错牙平均值为51mm，与南北段轴线偏差之和59mm(北段E2即E3-1B端偏东39mm，南段E3-2B端偏西20mm)接近。基于表2和表3的数据及以上分析验证，仑隧工程的管段制作精度满足设计要求。

结语

1)通过对动态测量技术的理论研究和探索，为其仪器操作、具体方法和误差控制等提供了理论依据;从仑隧工程的实际运用和结果分析，动态测量可以在动态平台上进行精密测量放样，能满足管段制作的技术要求，针对其特殊性而采取的误差消除措施实用有效。2)采用有限元建模(等效梁模型)进行船体整体结构分析，以此制定的调载置换程序，是控制平台变形的有效措施之一，但甲板温度在夏季一天内的变化较大，故应进一步研究甲板的温度变形，为测量误差控制提供更全面的数据支持。3)动态测量是移动干坞新技术的配套技术之一，适用于城市过江沉管隧道工程，也可广泛用于在移动平台上施工的钢筋混凝土构件。

作者：钟伟春 江巨桓 曾淦辉 单位：广州打捞局