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免棱镜全站仪测量定位栈桥钢管桩

一、引言

余国元

免棱镜全站仪相对普通型全站仪而言，是指不照准反射棱镜、反射片等专用反射工具，直接照准测量目标即可测距的全站仪。测绘行业很多厂家也称为无协作目标全站仪、无棱镜全站仪、免棱镜激光全站仪等。免棱镜全站仪的主要优点：可免棱镜测距，适宜无法或不宜放置反射棱镜或者反射片的目标测量。免棱镜测距再配以全站仪的其他固有功能，可以在工程测量中得到广泛的应用，如：测量危险及危害点、不可及目标、岩石表面、建筑物内部的顶部和墙面等对象。

广深沿江高速公路机场特大桥主线桥位于海中公沙水道，距机场三期防波堤600～750m，其中一段栈桥钢管桩的测量定位，使用的测量仪器是徕卡TCR1201+R1000型全站仪。仪器标称的角度测量精度为1″，全站仪免棱镜测距主要参数见表1。

表1徕卡TCR1201+R1000型全站仪免棱镜测距参数表

测程（一般气象条件）

测程（一般气象条件） PinPointR1000

1000m/500m（柯达灰度卡：90%反射/18%反射）

精度/测量时间（标准偏差，ISO17123-4）（目标在阴影中，阴天）激

光点大小

无棱镜<500m

2mm+2×10-6D/一般为3-6s，最大为12s

无棱镜>500m

4mm+2×10-6D/一般为3-6s，最大为12s

长测程

5mm+2×10-6D/一般为2.5s，最大为12s

20m处

约7mm×14mm

激光点大小

100m处

约12mm×40mm

测量方法

PinPointR1000

系统分析器（同轴、可见红色激光）

事实上免棱镜测距往往达不到标称的距离，主要原因是由于不同颜色的材质对无棱镜测距所反射信号的不同所产生的，如颜色越浅则反射越强。在强光下或炽热气流下，也影响到测距距离。

在现场测量中发现，此型号全站仪对钢管桩定位测量能免棱镜测距的最远距离仅为400米左右。如果放样距离超出这个范围，钢管桩放射回来的信号较弱，那么无法形成测量结果；所以要注意测站距离目标点不要超出最远测距距离。

二、免棱镜全站仪测量定位栈桥钢管桩的施工方法

栈桥作为建设运输材料、设备、人员而修建的临时桥梁设施，是海上主桥施工物资供应及交通出入的主要通道，也是整座跨海大桥施工的基础性工程和控制性工程。栈桥一般由桥墩、桥台、钢梁及桥面板等组成，上部结构主要由贝雷梁片结构及桥面板等组成，其下部结构基础桥墩一般采用钢管桩支承。栈桥钢管桩施工主要有两种方法：⑴采用打桩船和浮吊配合作业的水上施工方法；

⑵采用吊机与打桩锤配合作业，采用“钓鱼法”由岸边开始逐孔向前推进施工。其中，用打桩船定位钢管桩相对容易、效率高，但成本较大。钢管桩作为栈桥重要的承重部分，施工中对其测量定位有比较严格的要求。对钢管桩测量定位的精度及效率，直接影响到栈桥的施工质量和施工进度。

(一)测量定位

对栈桥钢管桩测量定位的方法主要有：⑴使用经纬仪或全站仪进行交会法定位；⑵采用安装在打桩船上的GPS及配套系统进行定位。第一种方法较为常用的测量方法。第二种仅适用于采用打桩船作业的水上施工方法，其优点是可自动化程度高、速度快、可远离海岸线工作，缺点是软硬件配置多、成本投入大。

结合工程实际情况，充分利用免棱镜全站仪的优点，采用单台免棱镜全站仪进行栈桥钢管定位测量。其具体原理如下：

栈桥钢管桩平面位置的测量定位

钢管桩

钢管桩

d

s

β

γ

后视点

α

测站点

图1栈桥钢管桩测量定位示意图

采用极坐标法进行放样，先通过切边法放样钢管桩的方向，然后通过无棱镜激光测距直接测量钢管桩中来控制距离，或先测距再控制方向，直至调整到位

为止，放样示意见图1。

X02

X

0

2?Y2

0

距离偏心公式：S?

0

?d （1）

公式中d——钢管桩半径；

??x?x ?x

???y0?y桩中心?y测站点 （2）

?

0 桩中心 测站点

切边放样方位角如下计算公式：

y d

左切边方位角：ε?arctgx0

0

y

右切边方位角：ε?arctgx0

0

n?180?arcsin

S

n?180?arcsind

S

（3）

（4）

公式中S——测站点与钢管桩距离；

n的取值如下：

?x?0

?x?0

?x?0

?x?0

?????y0?0 ?y0?0 ?y0?0 ?y0?0

?

?

?

?

（5）

? 0 ? 0 ? 0 ? 0

?n?0 ?n?2 ?n?1 ?n?1

实际上，使用全站仪放样很方便，只需要输入坐标，即可自动计算出方位角和距离；更有一些全站仪还可以直接设置偏心测量。

栈桥钢管桩垂直度的测量控