長距離跨海大橋施工控制網測量

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司， 湖北武漢　430050)

平潭海峽公鐵兩用大橋位于福建省中東部沿海，是合福鐵路的延伸及京福通道的重要組成部分，全長約16.348 km。該橋是上島鐵路的關鍵性控制工程。

與一般跨海大橋施工控制網的設計和實施相比，本項目具有以下特點：橋梁終點為四面環海的平潭島，橋位途徑4個島嶼，交通不便。水準網的整網閉合必須10次跨越海域，且線路總長超過20 km。可選擇的控制測量手段少，且區域氣象環境惡劣，臺風頻發，不利于跨海高程傳遞的實施。借鑒現有大型橋梁施工控制網經驗[1]，根據本項目的特點，有針對性對其施工控制網進行設計與實施，并對成果進行分析。

1　施工控制網設計

1.1　平面控制網設計

施工平面控制網設計分為首級網和加密網兩級，其中首級網、加密網的精度和技術指標參照GPS B級網和C級網[2]。全網共布設18個GPS平面控制點，即DQ1～DQ18。其中DQ1、DQ3～DQ7、DQ9、DQ11、DQ12、DQ18共10個控制點構成GPS B級網，DQ2、DQ8、DQ10、DQ13～DQ17共8個控制點與部分GPS B級控制點共同構成GPS C級網，施工平面控制網見圖1。

平面控制網精度設計：首級網相鄰點間基線水平分量中誤差≤5 mm，相鄰點間基線垂直分量中誤差≤10 mm；加密網相鄰點間基線水平分量中誤差≤10 mm，相鄰點間基線垂直分量中誤差≤20 mm。

1.2　高程控制網設計

采用平面控制點兼作高程控制網點，并設計10次跨越海域聯測，形成5個水準閉合環，構成施工高程控制網(如圖2)。

圖1　施工平面控制網

施工高程控制網網按國家二等水準測量精度和技術指標施測。其中跨海域部分根據規范[3]要求，按測距三角高程法雙線跨海方式實施，每條跨海線路施測作業計劃如表1。

表1　跨海水準作業計劃

2　外業觀測

2.1　平面控制網觀測

控制點均埋設至基巖的強制歸心觀測墩。施工平面控制網中首級網和加密網均采用GPS靜態相對測量模式觀測，利用10臺Trimble R8 GPS接收機，按靜態相對測量模式同步觀測4個時段。外業觀測按表2中技術指標嚴格執行。

2.2　高程控制網觀測

施工高程控制網分陸地水準和跨海水準兩部分，共計完成二等水準聯測22.8 km，跨河(海)水準測量10處。受當地亞熱帶海洋性氣候的影響，跨海水準測量時水準尺讀數精度降低，另一方面水準儀i角誤差及大氣折光的影響也急劇增大。按文獻[4]中規定的三角高程法進行作業，合格率較低。因此，按文獻[3]中經過改進后的二等測距三角高程法進行施測。每條跨海線場地布設成平行四邊形，四個角點均埋設水準標釘并刻“十”標記，采用2臺Leica TS30全站儀及配套銦瓦水準尺同時對向觀測，并自動記錄，遠標尺上均設立1個覘標燈。每條跨海按雙線跨海方式，嚴格按照表1中技術要求實施。

表2　GPS觀測主要技術要求

3　解算與分析

3.1　施工平面控制網

(1)基線解算

首級網采用Gamit 10.4解算軟件和IGS精密星歷進行基線解算[5-6]，加密網采用商用軟件TBC解算基線。本項目位于沿海，我國所有的海洋負荷潮改正都是由東向西減少，沿海地區最大[7]。因此，采用gamit解算B級網基線時考慮了海潮對基線結果的影響，設置了相關合理的海潮改正模型，并在解算過程中進行修正，確保了基線解算的質量。文獻[8]指出，對于Gamit軟件基線解的同步環檢核，可以把基線解算精度指標nrms值作為同步環優劣檢核的一個指標，一般認為nrms值0.12～0.5是合理的。根據國內外GPS數據處理經驗[8-10]，nrms值在0.25左右為最優。B級網基線解算nrms為0.19左右，接近0.25，說明GPS首級網的整體外業觀測質量較高，基線解的精度較理想。

(2)二維平差點位中誤差

采用CosaGPS對首級網和加密網分別進行平差。平差后點位精度見表3，其中首級網最弱點(DQ4)的點位中誤差為±1.8 mm，平均點位中誤差為±1.6 mm，最弱邊DQ4—DQ6邊長相對中誤差為1/124.1萬；加密網最弱點(DQ8)的點位中誤差為±1.8 mm，最弱邊DQ13—DQ14邊長相對中誤差為1/41萬。平面控制網精度滿足相關規范和設計的要求。

表3　GPS點位中誤差統計　mm

3.2　施工高程控制網

(1)環閉合差統計

陸地水準和跨海水準外業觀測各項指標滿足規范和上述設計要求，表4為高程控制網環閉合差精度統計。

表4　高程控制網環閉合差精度統計　mm

(2)高程精度統計

由表4可知，高程外業觀測數據精度滿足要求，采用CODAPS平差軟件對全橋高程控制網進行整體嚴密平差，已知控制點DQ1的高程作起算數據。平差后，每公里水準測量的偶然中誤差為±0.90 mm，最弱點(DQ18)的高程中誤差為±2.90 mm。表5為高程控制網精度統計，高程控制網精度滿足相關規范和設計的要求。

表5　高程控制網精度統計　mm

4　結束語

平面控制網采用分級布網的設計方案施測，其中首級控制網按基準站建設要求進行設計和觀測，可滿足長距離跨海橋梁施工期間建立GNSS連續運行參考站系統的實際需求，還可求定施工區域精確的GPS高程擬合參數，供施工放樣使用。

高程控制網跨越多個島嶼，跨海測量線路多，跨海高程測量難度較大，通過水準路線的優化設計和合理組織，采用經改進的全站儀三角高程跨海水準測量方法，有效地解決了復雜氣候條件下長距離跨海高程測量的技術難題。

本文采用的測量方法適用于類似的長距離跨海大橋施工控制網測量。

[1]吳迪軍，張建軍，李書銀.復雜特大型橋梁施工控制網的建立與復測[J].工程勘察，2007(3):45-47

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 18314—2009全球定位系統(GPS)測量規范[S].北京:中國標準出版社，2009

[3]中華人民共和國鐵道部.TB 10101—2009，J961—2009鐵路工程測量規范[S].北京:中國鐵道出版社，2009

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 12897—2006國家一二等水準測量規范[S].北京:中國標準出版社，2006

[5]武瑞宏.GAMIT軟件的安裝與使用[J].鐵道勘察，2008(6):44-46

[6]匡團結，王兵海.GAMIT軟件在高速鐵路高精度GPS網基線解算中的應用[J].鐵道勘察，2008(6):31-32

[7]周旭華，吳斌，李軍.高精度大地測量中的海潮位移改正[J].測繪學報，2001，30(4):327-330

[8]郭際明，周命瑞，吳迪軍,等.高精度GPS大型橋梁工程控制網數據處理與質量評估方法研究[J].測繪通報，2012(2):18-22

[9]熊偉，吳迪軍.GAMIT在高精度橋梁平面控制網中的應用[J].地理空間信息，2012，10(2):79-81

[10]李劍坤，吳迪軍.火箭橇滑軌基準線高精度GPS測量數據處理[J].工程勘察，2012(2):81-83