昆山市中環(huán)快速化改造工程施工控制網(wǎng)的建立*

夏則愛 喻春華 陳 峰

1.上海久創(chuàng)建設(shè)管理有限公司 上海 200053；2.上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 項(xiàng)目概況

昆山市中環(huán)快速化改造工程在既有東線黃浦江路、南線G312國(guó)道、西線江浦路、北線S339省道位置進(jìn)行快速化改造，成為高架橋形式，全長(zhǎng)約44.4 km，呈環(huán)形布置，共設(shè)4 處互通立交，14 處菱形立交，5 座大橋，主線采用高架橋、地面道路等多種形式。

建立施工測(cè)量控制網(wǎng)，是為高架橋梁施工、地面輔道施工及大橋變形監(jiān)測(cè)提供可靠的控制測(cè)量基礎(chǔ)資料，為高架橋梁的順利貫通提供有力保證，因此，控制網(wǎng)的布設(shè)方案及精度是關(guān)鍵。

2 技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

昆山中環(huán)快速化改造工程施工控制網(wǎng)包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)：平面控制網(wǎng)采用二級(jí)布網(wǎng)形式。其中，首級(jí)平面控制網(wǎng)采用四等GPS網(wǎng)布置，并要求達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差m≤控制網(wǎng)的基線精度σ，重復(fù)基線的長(zhǎng)度較差，基線向量的改正數(shù)均滿足小于3 倍基線長(zhǎng)度中誤差，約束點(diǎn)間的邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差≤1/100 000，控制網(wǎng)最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差≤1/40 000；二級(jí)平面控制網(wǎng)采用一級(jí)導(dǎo)線布置，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差≤1/15 000。

高程控制網(wǎng)按二等水準(zhǔn)要求嚴(yán)格實(shí)施，每公里水準(zhǔn)測(cè)量的偶然中誤差≤1 mm，每公里水準(zhǔn)測(cè)量的全中誤差≤2 mm。

2.1 平面控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)[1-3]

首級(jí)平面控制網(wǎng)采用四等GPS網(wǎng)布置，沿線共計(jì)布設(shè)48 個(gè)點(diǎn)，由本次新布設(shè)的36 個(gè)控制點(diǎn)和業(yè)主方提供的《昆山中環(huán)控制點(diǎn)成果報(bào)告》中的12 個(gè)控制點(diǎn)共同組成。其中，本次新增的控制點(diǎn)布設(shè)在中環(huán)線內(nèi)、外側(cè)300～500 m的堅(jiān)實(shí)地面或者橋臺(tái)處，每處布設(shè)一對(duì)相距約500 m且通視的控制點(diǎn)，每對(duì)控制點(diǎn)之間的距離約2 km；原有的12 個(gè)控制點(diǎn)沿中環(huán)線均勻分布，其中3 個(gè)控制點(diǎn)G18、H40、J01作為首級(jí)GPS控制網(wǎng)的起算控制點(diǎn)。所選點(diǎn)位條件均滿足地質(zhì)條件良好，便于保存，既能滿足GPS觀測(cè)的需要，同時(shí)又能滿足常規(guī)測(cè)量、施工放樣及變形監(jiān)測(cè)的需求。

GPS控制網(wǎng)觀測(cè)完成后，在每2 對(duì)首級(jí)GPS控制點(diǎn)之間沿施工線路每350 m左右布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)，組成附合線路；一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)基本沿道路中線或邊線布設(shè)，部分一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)在沿線的建筑物頂部；最后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差，得出平面控制網(wǎng)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)。

2.2 高程控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

高程控制點(diǎn)按二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括2 部分：原業(yè)主方提供的四等高程控制點(diǎn)中的一部分和新增的高程控制點(diǎn)。新增的高程控制點(diǎn)基本布設(shè)在施工區(qū)域外側(cè)200 m左右的堅(jiān)實(shí)地面上或者橋臺(tái)的位置，高程控制點(diǎn)間距約700 m，部分高程控制點(diǎn)和首級(jí)GPS控制點(diǎn)重合。

3 技術(shù)方案的實(shí)施

3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)

本工程根據(jù)業(yè)主方提供的《昆山中環(huán)控制點(diǎn)成果報(bào)告》為起算數(shù)據(jù)，采用昆山城市坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.2 觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)

為確保平面及高程控制網(wǎng)的可靠性，方便控制網(wǎng)的應(yīng)用及復(fù)測(cè)等，本次新增的GPS控制點(diǎn)布設(shè)在中環(huán)線內(nèi)、外側(cè)300～500 m的堅(jiān)實(shí)地面或者橋臺(tái)處；一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)基本沿道路中線或邊線布設(shè)，部分一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)在沿線的建筑物頂部；新增的高程控制點(diǎn)基本布設(shè)在施工區(qū)域外側(cè)200 m左右的堅(jiān)實(shí)地面上或者橋臺(tái)的位置；所有控制點(diǎn)均采用長(zhǎng)5 cm、φ1 cm的不銹鋼釘作為標(biāo)志，并用鉆孔機(jī)鉆孔埋設(shè)于穩(wěn)定地基上。

3.3 GPS觀測(cè)[4,5]

首級(jí)GPS控制網(wǎng)由本次新布設(shè)的36 個(gè)控制點(diǎn)和業(yè)主方提供的《昆山中環(huán)控制點(diǎn)成果報(bào)告》中的12 個(gè)控制點(diǎn)共同組成，并從12 個(gè)控制點(diǎn)中選擇其中3 個(gè)較穩(wěn)定的控制點(diǎn)作為聯(lián)測(cè)點(diǎn)，外業(yè)觀測(cè)按照《工程測(cè)量規(guī)范》 （GB 50026—2007）中的四等GPS控制網(wǎng)的技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)。

采用4 臺(tái)美國(guó)Ashtech Locus單頻靜態(tài)GPS接收機(jī)，4 臺(tái)美國(guó)Trimble R8雙頻靜態(tài)GPS接收機(jī)和1 臺(tái)美國(guó)Trimble 5800雙頻靜態(tài)GPS接收機(jī)進(jìn)行了9 站同步觀測(cè)；另由4 臺(tái)美國(guó)Ashtech Locus單頻靜態(tài)GPS接收機(jī)單獨(dú)進(jìn)行了3 站同步觀測(cè)，構(gòu)成如圖1所示的GPS網(wǎng)圖。觀測(cè)時(shí)的基本技術(shù)條件為：有效觀測(cè)時(shí)段為1 h，衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)≥6 顆，數(shù)據(jù)采樣間隔為10 s，均滿足四等GPS控制網(wǎng)測(cè)量的外業(yè)技術(shù)要求。

圖1 首級(jí)GPS控制網(wǎng)

3.4 導(dǎo)線觀測(cè)

一級(jí)加密導(dǎo)線是以二維約束平差后的GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)組成附合導(dǎo)線網(wǎng)；測(cè)量時(shí)使用Leica TCA2003全站儀按一級(jí)導(dǎo)線技術(shù)要求施測(cè)（表1），觀測(cè)時(shí)的主要技術(shù)要求為：測(cè)角左右角各一測(cè)回，測(cè)距往返各一測(cè)回。

表1 一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量主要技術(shù)要求

3.5 水準(zhǔn)觀測(cè)

本次的高程控制網(wǎng)選取《昆山中環(huán)控制點(diǎn)成果報(bào)告》中20 個(gè)較穩(wěn)定的高程控制點(diǎn)和新布設(shè)的67 個(gè)高程控制點(diǎn)共同組成本工程的高程控制網(wǎng)。高程控制測(cè)量使用Leica DNA03及Trimble Dini03電子水準(zhǔn)儀及其配套條形碼尺，按照二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行往返觀測(cè)。二等水準(zhǔn)測(cè)量主要技術(shù)指標(biāo)如表2、表3、表4。

表2 測(cè)站視線長(zhǎng)度、前后視距差、視線高度要求

表3 測(cè)站觀測(cè)限差要求（單位：mm）

表4 往返測(cè)高差不符值、環(huán)閉合差和檢測(cè)高差的限差要求

測(cè)量時(shí)主要技術(shù)要求：每次測(cè)量前檢查儀器i角，i角小于10″；分段往返測(cè)量，每段閉合差控制在以內(nèi)（L為往返段線路長(zhǎng)度，單位為km）；前后視距較差小于1 m、前后視距離較差累計(jì)小于3 m；視線離地面高度大于0.5 m。均滿足《工程測(cè)量規(guī)范》GB 50026—2007二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 GPS數(shù)據(jù)解算

4.1.1 起算數(shù)據(jù)

根據(jù)甲方提供的《昆山中環(huán)控制點(diǎn)成果報(bào)告》，選出其中部分較穩(wěn)定的3 個(gè)平面控制點(diǎn)H40、J01、G18作為平面控制測(cè)量的起算點(diǎn)。

4.1.2 數(shù)據(jù)解算

首先采用Leica Geo Office軟件進(jìn)行基線解算。基線解算后，再進(jìn)行同步環(huán)、異步環(huán)閉合差，重復(fù)基線限差的檢查。

規(guī)范要求的四等GPS控制網(wǎng)的基線精度為

式中：σ——基線長(zhǎng)度中誤差（mm）；

A——固定比例誤差（mm）；

B——比例誤差系數(shù)（mm/km）；

d——平均邊長(zhǎng)（km）。

本次GPS控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差為

式中：m——控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差（mm）；

N——控制網(wǎng)中最簡(jiǎn)異步環(huán)個(gè)數(shù)；

n——異步環(huán)的邊數(shù)；

W——異步環(huán)換線全長(zhǎng)閉合差。

可知m＜σ，控制網(wǎng)的測(cè)量中誤差滿足規(guī)范要求；再進(jìn)行重復(fù)基線長(zhǎng)度檢查，規(guī)范規(guī)定的重復(fù)基線的長(zhǎng)度較差表示為△d，且△d應(yīng)滿足以上各項(xiàng)滿足規(guī)范要求后進(jìn)行網(wǎng)平差，進(jìn)行網(wǎng)平差時(shí)，首先在WGS-84參考橢球下進(jìn)行三維無(wú)約束平差，然后在昆山城市坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差。最后解算得出控制網(wǎng)最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/86 956≤1/40 000，即滿足規(guī)范要求。

4.2 平面控制網(wǎng)平差

角度閉合差，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差， 經(jīng)南方平差易2005平差后的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為1/22 850≤1/15 000均滿足一級(jí)導(dǎo)線的技術(shù)要求；各附合導(dǎo)線精度統(tǒng)計(jì)如下：

平面控制網(wǎng)等級(jí)：城市一級(jí)，角度驗(yàn)前單位權(quán)中誤差：5.00"；已知坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)：48；未知坐標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)：136；未知邊數(shù)：165；最大點(diǎn)位誤差[G13-1]= 0.021 0 m；最小點(diǎn)位誤差[Z41] = 0.005 1 m；平均點(diǎn)位誤差= 0.010 6 m；最大點(diǎn)間誤差 = 0.018 8 m；最大邊長(zhǎng)比例誤差=22 850；平面網(wǎng)驗(yàn)后單位權(quán)中誤差=3.47"。總邊長(zhǎng)：57 067.585 m，平均邊長(zhǎng)：345.864 m；最小邊長(zhǎng)：84.620 m，最大邊長(zhǎng)：721.188 m。

4.3 水準(zhǔn)網(wǎng)平差

高程控制網(wǎng)的外業(yè)電子手簿經(jīng)檢查，每段往返閉合差限差均滿足規(guī)范要求。內(nèi)業(yè)平差采用南方平差易2005平差軟件按照嚴(yán)密平差方式進(jìn)行平差。

高程控制網(wǎng)概況：已知高程點(diǎn)個(gè)數(shù)為20 個(gè)，未知高程點(diǎn)個(gè)數(shù)為67 個(gè)；最大高程中誤差為2.10 mm，最小高程中誤差為0.11 mm；平均高程中誤差為1.28 mm，每公里偶然中誤差為0.55 mm；每公里高差中誤差為1.99 mm，規(guī)范允許每公里高差中誤差為2 mm；線路總長(zhǎng)度為64.373 km，平均點(diǎn)間距為723 m。

5 結(jié)語(yǔ)

昆山中環(huán)快速化改造工程體量大、線路長(zhǎng)，精度要求高，針對(duì)該項(xiàng)目特點(diǎn)，通過詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)及合理的實(shí)施手段，所建施工控制網(wǎng)達(dá)到了項(xiàng)目的精度要求，為今后類似工程提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)：

1）GPS點(diǎn)位的選擇，所選GPS點(diǎn)應(yīng)避免靠近高壓線、湖面等對(duì)GPS信號(hào)接收有影響的區(qū)域，所選點(diǎn)位與周邊建筑物高度角≥15°，數(shù)據(jù)采樣間隔在規(guī)范要求內(nèi)盡可能減少采樣間隔以保證觀測(cè)精度；

2）大面積GPS工程網(wǎng)的布設(shè)，點(diǎn)位選擇靈活性較差，應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、交通等情況，注意高精度點(diǎn)的合理分布及網(wǎng)的結(jié)構(gòu)組成；

3）觀測(cè)時(shí)段的選擇，首級(jí)網(wǎng)觀測(cè)期間還未進(jìn)行道路封交，觀測(cè)過程中行駛車輛較多，觀測(cè)時(shí)應(yīng)避免早晚高峰期，既可提高工作效率，減少行駛車輛遮擋觀測(cè)路線導(dǎo)致觀測(cè)等待時(shí)間，又可提高觀測(cè)精度，避免行駛車輛對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)影響，在有必要的情況下需在夜間觀測(cè)；

4）確保控制網(wǎng)的精度和穩(wěn)定性，應(yīng)在大橋施工前對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)，以檢查觀測(cè)橋墩的自然沉降情況，在施工過程中定期復(fù)測(cè)，以消除施工對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性破壞的影響。