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厄勒海峡连接变形测量
He Wei
School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan (430079)
摘要
在本文中，详细的阐明了厄勒海峡大桥的变形测量方法。在这篇报告的第一部分，给出了一些关于这个引人注目的项目的综合信息。对测量方法和计算过程以及测量结果的比较实施的两个建设团队也参与了这一报告。然后，详述了通常用于变形监测的三种方法，随后，一个探讨出的最适合的一种方法将被实际的应用到这个工程中。
关键词：变形测量；厄勒海峡大桥；徕卡
1 引言
表1厄勒连接的基本信息[1]

横跨厄勒连接，连接丹麦的哥本哈根与瑞典的马尔默，全长16.4公里。固定连接包括一条双轨铁路和一条高速公路。首先离丹麦3.5公里处是一条沉管隧道，其后在一个人工岛Saltholm南部有大约4.1公里的公路和铁路。最后有一座桥叫厄勒海峡大桥，这是一条在世界上最长的斜拉主跨桥之一，全长7.8公里，坐落在人工岛和瑞典之间。[ 1 ]厄勒海峡连接的一些基本信息如表1所示。
2.测量方法
2.1 基本测量
一个变形测量的第一步就是在很短的时间内拿出一个基本的测量，所有的随后的测量将会简历在基本测量的基础上，测量结果都要与基本测量进行比较。因此，基本测量的精度应该具有很高的可靠性，因为它是不可能进行检测测量的在结构变形发生后或将要发生变形的。
延伸到丹麦海岸的大桥是没有坚硬的基岩可以支撑，除了石灰石，粘土和/或砂子。任何沉降，变形或运动应该确定是否已经发生在结构上。它是决定在隧道和人工岛上的几何水准测量，和在墩顶的三角高程测量。[2]
2.2高程系统
连接的基本测量对任何接着的变形测量的第一步是对主要高程系统的检查。该检验测量是由kms1和lmv2独立来做为了联系连接的单个部分的测量工作。
LMV和KMS各自做三双水准精度在已知DKS主高度点之间。仪器包括蔡司NI002，铟钢尺和补偿器。这个水准的MSE估计为0.3毫米/公里。[2]

图1点的概述在主要的高程系统[ 2 ]
2.3 隧道的几何水准测量
为了公开提到的个别隧道元素之间的沉降和变形，公路局实施了双水准测量遍及整个隧道，包括北部的铁路隧道和北部的公路隧道。这些水准测量是通过安装带插孔的适配器（插孔是带有内螺纹的圆柱状），它巩固了在新泽西壁垒以及混凝土墙。
这个双水准测量的实施是通过使用徕卡Na3000,数字水准仪实现的，且精度预先估计为0.8毫米/公里。从最后的调整的实际MSE证明是1.71。
2.4 三角高程测量在墩顶
由于它是不可能在墩顶进行几何测量的，三角高程测量被引入作为设定带有各个桥墩轴转速表的控制点。一个插口，该适配器可以用螺丝拧紧作为一个棱镜的载体，已经厌烦和巩固各个控制点。

图2 放置点在墩顶轴
2.4.1 测量的实施
该测量工作是由Vagverket咨询和公路局进行。用于三角高程测量的电台和徕卡TCA2003全站仪被这两个团队选择。
四个整周期已经在每个站测量（详细信息可以在图3中看到）。点号为××82和××84（见图2）进行了多余观测。这一系列的点的位置可以提供给远程的每一对点，因此支墩的变形可以用几何精度水准来计算（见下文第5节）。

图3 在墩顶三角高程测量原理
2.4.2 计算过程
所有站都要用自由网平差调整。GPS已被用来确定两个固定点的坐标在石护岸的每个桥墩。这些点都参与了三角高程测量和将被用来作为坐标变换的媒介。
在桥墩顶部的控制点被确定相对于那些邻近的桥墩点MSE有2-3毫米的均方误差。
由于绝对坐标差得到较大的固定点在岸边的距离更远，相邻桥墩的偏差应优先考虑。例如，通过固定在桥墩3和桥墩5墩可以计算4号桥墩的变形。
2.4.3 vagverket和公路局的测量比较
对vagverket和公路局的测量比较提取如下表中所示。虽然它不适合直接比较两个独立的测量，但是它可以比较一系列（如3 ~ 5墩）的两个不同的测量结果，与最远的一系列桥墩改造中透露中间桥墩的变形情况。
表2 第一次和第二次测量比较

2.5 桥墩顶轴几何水准精度
为了检测桥墩结构几何水准测量仪器的垂直轴旋转（微分沉淀物），几何水准测量仪器已用在每个独立的带有四点（**81-**84）的桥墩轴。
2.5.1 测量的实施
Vagverket咨询和公路局都分别作了测量工作。前者测量采用的是蔡司DiNi12，NA3000徕卡数字测量仪和1m的铟钢尺，然而后者用的是NA3000徕卡数字仪和1m铟钢尺。控制点的高度已经用一个相对的均方误差确定为0.2 ~ 0.3毫米。
2.5.2 计算过程
内部倾斜的隔离网是为每一个桥墩挑选出来的，所以每个桥墩的计算已经完成，且东北点固定在1000米。
2.5.3 对vagverket和公路局的全部测量结果比较
表3 墩顶水准测量比较

从vagverket和公路局的几何精度测量比较提取在上面列举出来了。两次测量之间的差异不大于1毫米。该偏差可能是由桥墩的运动引起的，因此高程可以简单的取两次测量的平均值。
3.分析的方法和仪器
3.1水准测量和仪器的使用
在厄勒海峡大桥工程中，徕卡仪器被用于所有角度和距离的测量。在变形监测中，测量员使用GPS站检查和获取近似的导航修正。DKS网络有六个永久徕卡GPS站，分别位于丹麦，瑞典，和人工岛上，实时的发送GPS定位参考信号。在整个工程区的实时精度优于30毫米。
然而，GPS站将无法保证变形测量所需的精度。因此，测量员被限制选择传统的测量方法以及其最新的技术，可以满足所有规定的标准。更重要的是，对桥墩的测量实际使用的唯一仪器必须允许极其陡峭的共同视野。所以只有用徕卡制造的TCA2003全站仪的三角高程方法可以完成这个任务。
3.2 参考基准面和固定点的调整
不同的参考将带来控制点运动不同的价值。为了选择最佳的参考平差网络，实际情况一定要仔细了解。在这种情况下，来自于桥上固定点的张力到处都是，使得在网络中的所有控制点随机运动。因此，一个自由网平差是做这种分析的一种有效方法。
4.论述
除了几何水准测量和测量机器人之外，仍有两种方法经常用于变形监测：GPS和地面摄影测量变形监测。
4.1 GPS变形监测
GPS在变形监测中有其明显的优势：
a）基准点之间的视线不需要GPS。所有它需要的是一个晴朗的天空。因此不需要发射点和能节省很多钱。
b）自发的提供的三维信息。
c）观察可以在任何天气条件下进行。
d）高精度。GPS可以产生1×10-6或更小的相对位置精度。实际上，0.5~ 2毫米的精度可以在GPS变形监测得到的。
虽然GPS具有这些优点，它在厄勒海峡大桥的监测中是不适当的有以下几个原因：不像水库和水坝，桥梁是一种无阻塞交通繁忙的结构允许的上表面。因此GPS接收机不能被设置，作为控制点，固定在桥梁的表面和维持很长一段时间。
4.2地面摄影测量学
与其他变形监测方法相比，地面摄影测量具有以下优点列表
a）在结构上的每一点的变形可以被检测到。
b）瞬时三维空间信息完全可以提供。
c）可以减少领域工作的很大一部分。
d）不需要接触观察的目标。
e）与负的前者结构形状可以被观察到。
总之，几何水准测量结合三角高程测量是适用于对厄勒海峡大桥的变形监测。
5.结论和建议
除了上面提到的测量方法之外，电子控制系统已参与工程项目。有了这个系统，任何不适当的变形可以实时检测。不幸的是，在那时，该系统不能与传统测量方法同时应用。有如测量机器人结合徕卡TCA2003全站仪与APSWin软件，工作的复杂度会降低，和结果的可靠性就会增加。此外，对桥梁的生命值保障需要周期性变形监测而不是一劳永逸的监测。所以几何水准测量机器人应该是一个更好的选择。
然而，尽管有上述优点，其消极的方面也不容忽视。这种方法不能保证获得工程项目所需要的精度，尤其是桥梁微小的沉降变形。

参考文献

[1] National Geographic channel. Mega structures: Impossible Bridges: Denmark to Sweden // Oresund Bridge[DB/OL]. 2008.
[2] Svend-Erik Breumsø. Deformation measurement on bridge and tunnel of the fixed link between Sweden and Denmark[DB/OL]. 2001.
[3] Frank Pache,Peter Jackson.Øresund Bridge-Denmark A Network of Real Time GPS Reference
Stations .[EB/OL] .http://www.leica- 1997.
[4] 黄声享，尹晖. 变形监测数据处理[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2003.