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倒尺测量在高铁桥墩沉降观测中的应用

摘要：高速铁路对线下工程的沉降观测要求极为严格，针对矮墩和异形桥

墩，本文提出了使用倒尺测量的方法进行沉降观测，并重点介绍了倒尺测量的基

本原理、适用范围及注意事项，讨论了倒尺测量的优势和局限性。

关键词：高速铁路；矮墩；异形桥墩；沉降观测；倒尺测量

1引言

为了保证线路的平顺性和稳定性，线下工程的沉降监测在建设期间和运营期

间都是一项重要工作内容。为应对高速铁路工程建设的需要，中国铁路总公司于

2016年7月发布了《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》（Q/CR9230—

2016），对速度200km/h及以上有砟轨道的沉降观测有了明确要求和规定。桥梁

的沉降观测是线下工程沉降观测的重要内容。规范对相邻桥墩的差异沉降和工后

沉降均有明确的规定。沉降观测对测量精度要求较高，按现有的仪器精度和测量

方法，水准测量已经能够达到相当高的精度，能够满足各项工程的具体要求。而

在实际操作中线下桥墩的情况较为复杂，矮墩和异形桥墩的设计较为普遍，采用

常规的水准测量方法，会存在无法立尺（尺子无法保证竖直），极端情况下特殊

定制的1米尺也无法使用。针对此种现象，寻找新的高程测量方法以得到高精度

的高程测量结果则非常关键，而高程传递精度则成为测量人员关注的主要问题。

本文在介绍特殊条件下几种常用高程测量方法的基础上，分析倒尺测量在高速铁

路桥墩沉降监测中的应用。

2常用特殊高程测量方法介绍

常用的特殊高程测量方法已有多人进行了研究与探讨，常用的方法有悬尺法、

三角高程法、GNSS高程拟合法等。然而这些方法在实际应用中都有一定的局限性。

悬尺法是利用悬挂的钢尺传递高程，但在高程传递过程中受风力、温度、拉

力影响较大，需要进行多项改正，且在有风的情况下悬尺很难垂直稳定，受外界

因素影响较大，不过悬尺法传递高程最为方便，在精度要求不高的情况下有一定

的使用价值。

三角高程法是目前最常用也最成熟的方法，然而在利用三角高程进行测量时，

由于受到仪器测角测距精度、大气折射以及棱镜高度等因素的影响，精度受到一

定的影响，但可以采取对向观测、使用全站仪中间法且使用同高度单杆等方式减

小误差。

GNSS高程拟合法在工程勘察中得到了广泛应用，且使用方便，工作量小，但

GNSS高程受到高程异常误差的影响，导致GNSS拟合高程的测量精度只能达到厘

米级的测量精度，因此在实际测量应用中受到了一定的限制，在工程勘察中有广

泛应用，但是无法满足沉降监测的精度要求。

以上几种常用测量方法在高速铁路桥墩矮墩和异形桥墩的沉降监测中因观测

精度不够、测量较为复杂不适合大规模展开等原因均不太适用，而倒尺测量因为

他独特的测量原理和特点具有较好的适用性。

3倒尺测量在高铁桥梁沉降监测中的应用

3.1倒尺测量原理

倒尺法在高速铁路矮墩和异形桥墩的沉降监测中应用时，需要桥墩墩顶一侧

的帽檐中部外侧打入一直径为a的沉降观测观测标（观测标用植筋胶固定以确保

稳固），用于竖立标尺。

图1倒尺测量原理示意图

在图1的测量情况下,A点为地面水准点,B为矮墩或者异形桥墩的倒尺测

量点，已知地面点A的高程HA，要测得B点（元器件顶部为半径为L的球体）球

心的高程值HB。利用电子水准仪，采用倒尺测量的模式，仪器架在A点和B点水

平距离的中部，后视标尺立在A上,前视标尺倒立在B点下,进行倒尺测量，

后视的读数为H2，前视的读书为H1。则B点高程HB=HA+H2+H1+L。为保证测量

精度,水准尺要严格保持竖直，圆水准气泡要经过精密校正。在倒尺测量时，水

准尺很容易倾斜,扶尺难度较大,可以在B点的测量端内侧的连接杆上焊接一个

竖直向下比水准尺略大的卡槽,倒尺测量时将水准尺放入卡槽中,用来固定水准

尺,使其不易倾斜,减小倒尺扶尺难度。

3.2倒尺测量的适用性

倒尺法在高速铁路矮墩和异形桥墩或者结构物的沉降观测和施工测量中应用

较为广泛。针对采用常规的水准测量方法无法立尺，而其他常用的特殊高程测量

方法面临适用性问题时，此时使用倒尺法可以高精度的测量观测点的高程值且操

作方便。这里特别要注意的是，在计算高程值时要考虑B点球形测量端半径L的

影响。在利用该点的高程值时应注意其对应的位置。

3.3倒尺测量的注意事项

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