深中通道工程高等級首級控制網復測技術設計要點

成益品，董理科，韓戰偉，熊金海

（1.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071；2.廣東省公路建設有限公司，廣東 廣州 510623）

0 引言

工程控制網是針對某項工程而布設的專用控制網，在建筑工程中，工程控制網貫穿整個施工過程的各個階段，為工程設計、施工及運營各個階段提供測量控制基準，以銜接和指揮各工序的施工，保證建筑工程符合設計要求。由此可見，建筑工程的全過程是離不開工程控制網的，而工程控制網測量基準的準確性對保證工程質量和施工的規范化起著重要作用[1-3]。

1 工程概況

深圳至中山跨江通道項目（簡稱“深中通道”）地處珠江口核心區域，是一項超大型跨海通道工程，主體工程采用超大跨徑海中橋梁、深水人工島、超寬變截面海底隧道、水下互通立交四位一體的組合方式，項目建設條件復雜，工程規模宏大，技術標準高。項目起于廣深沿江高速機場互通立交，西至中山馬鞍島，終于橫門互通立交，主體工程全長約24.0 km。

深中通道工程首級控制網采用深中獨立坐標系統，高程系統采用1985國家高程基準，首級控制網共計布設了12個平面控制點和8個高程控制點，分別按國家B級GNSS控制網和國家一等水準測量的精度要求施測[4]。為了驗證首級控制網測量成果的可靠性和測量精度，島隧工程開工建設前，進行同等精度的復核測量。

2 復核范圍和內容

1）平面控制網復核。本次平面控制網施工復核需聯測4個深中通道項目GNSS連續運行參考站點（SZ01、SZ05、SZ09、SZ12），選取首級控制網點（SZ02、SZ03、SZ04、SZ06、SZ07、SZ08、SZ10、SZ11）進行觀測[5]。點位平面分布見圖1。

圖1 平面控制網復核點位分布圖Fig.1 Distribution map of plane control network review points

2）高程控制網復核。本次控制網施工復核往返測水準路線約64 km，選取深圳側（BM01、BM02、BM03、SZ06）和中山側（BM05、BM06、BM07、BM08）8個首級控制網點進行觀測，各形成1個水準閉合環。點位平面分布見圖2。

圖2 高程控制網復核點位分布圖Fig.2 Distribution map of elevation control network review points

3 作業計劃

3.1 復核工作總流程

為保證高效地完成復核工作，編制復核測量實施方案，制定嚴格的測量作業計劃。具體工作流程見圖3。

圖3 復核工作流程圖Fig.3 Flowchart for review work

3.2 人員、設備的組織

本次復核工作擬投入10名測量員，設置1名隊長全面負責組織協調工作和2名機動調整人員。首先進行GNSS外業觀測，然后進行水準外業觀測。GNSS外業觀測需不間斷觀測72 h，為確保儀器設備安全和觀測數據正常，GNSS外業觀測分配8人，每個點位固定1人24 h值守，另外設置2名機動人員更換電瓶和值守替換。水準外業測量線路長，且多在交通要道上徒步行走，為確保人員設備安全，水準外業測量分配5人，并設置1名專職安全員。復核投入的測量儀器均要求通過國家計量授權的測繪計量檢定機構檢定合格，并在儀器檢定有效期內方可使用。正式復測之前進行全面的安全和技術交底。

3.3 作業實施計劃

平面復核測量投入8臺雙頻GNSS接收機，設計機動調整1 d，總計4 d。高程復核測量投入1臺電子水準儀，1個小組進行施測，設計機動調整2 d，總計14 d。

4 復核精度等級要求

4.1 復核精度

1）平面首級控制網按GNSS網B級精度要求進行，具體要求見表1。

表1 B級GNSS網的精度要求Table 1 Precision requirements of B GNSS network

2）高程控制網按一等水準測量的精度要求進行，具體要求見表2。

表2 水準測量的總體技術標準Table 2 General technical standards for leveling

4.2 已有成果資料

已有成果資料《首級控制網2000國家大地坐標系成果》、《首級控制網工程獨立坐標系成果》、《首級控制網ITRF2000空間坐標系成果》，滿足本次復核測量的要求。

4.3 平面坐標和高程系統

按深中通道項目測量控制中心規定，主體工程建設階段的施工圖勘察設計和施工測量必須統一使用深中通道工程獨立坐標系，因而，本次對首級控制網復核的平面坐標系統采用深中獨立坐標系：中央子午線經度為113°42′52.69″，投影面高程為正常高35 m，參考橢球為國家2000大地坐標系橢球。

高程系統統一采用1985國家高程基準。

5 平面控制網復核

5.1 技術要求

B級GNSS網外業觀測技術要求按照GB/T 18314—2009《全球定位系統（GPS）測量規范》[6]，具體技術要求見表3。

表3 B級GNSS網觀測的基本技術要求Table 3 Basic technical requirements for B GNSS network observation

5.2 實施流程

5.2.1 GNSS測量網形設計

控制網復測前首先進行控制點勘查，檢查控制點的完好性及分布情況。根據目前控制點布設情況，采用基于4個衛星定位連續運行基準站的點觀測模式。

5.2.2 GNSS測量準備工作

1）根據B級觀測要求，在所有GNSS接收機上設置相同測量參數，每臺GNSS接收機測試30 min，查看數據質量是否與設置參數匹配。

2）數據檢查完后將內存卡數據全部清除，保證數據存儲設備有足夠的存儲空間。

3）按照一用一備原則準備18塊新電瓶并充滿電，觀測期間每4 h檢查電瓶電壓1次，保證電池容量滿足作業要求。

4）關注觀測期間測區天氣情況，帳篷、雨傘及其他附件準確齊全。

5.2.3 GNSS測量精度的操作要點

1）天線安裝在強制對中觀測墩上，保證天線定向標志線指向正北，定向誤差不大于±5°。遇雷雨天氣時，應立即停止觀測，并卸下天線盤。

2）每個時段觀測前后，各量取天線高1次，圍繞天線盤相隔120°的3個位置分別量取至天線墩中心標志面的垂直距離，取平均值為天線高。

3）觀測期間不應在天線附近50 m以內使用電臺，10 m以內使用對講機和手機。

4）各觀測點嚴格遵守觀測指令，當發生異常情況及時報告負責人，負責人視情況對觀測時段作統一調整。

5.3 數據處理

5.3.1 內業數據處理及精度評定

按照規范要求對GNSS觀測數據進行同步環和異步環、重復基線計算復核。單基線解算不合格時，分析原因，必要時進行基線的補測和重測。

5.3.2 內業數據平差計算方法

1）基線處理

B級GNSS網基線數據處理采用高精度數據處理專用的軟件GAMIT進行解算，基線處理時刪除觀測條件差的時段和觀測條件差的衛星。

2）控制網的平差

基線解算完成后，首先在WGS-84橢球下，進行空間基線無約束平差，檢查GNSS基線向量網本身的內符合精度，并剔除含有粗差的基線邊。然后采用連續運行參考站作為已知點對控制網進行整網約束平差。約束平差后，得到WGS84地心坐標，采用與業主提供的相同的高斯中央投影子午線和高程投影面獲取高斯投影平面直角坐標[7]。

5.4 成果評判方法及標準

根據復核測量控制網的同步環、異步環、重復基線差、坐標點位精度的統計，首先確認控制網精度滿足B級GNSS網要求的前提下，進行控制點檢測坐標與業主提供坐標的比較，當控制點的本次檢測成果X、Y坐標差值滿足規范要求時，認為業主提供的控制點平面位置穩定可靠，作為最終成果坐標使用。

當控制點的檢測X、Y坐標與業主提供坐標的較差絕對值大于規范要求時，應結合該點與其周圍相鄰點（通常為前、后相鄰點）的距離變化來分析判定點位是否發生位移。確認點位在平面位置發生位移時，及時向監理和業主反映。

6 高程控制網復核

6.1 技術要求

高程控制網復核按照GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》[8]要求進行，單站水準觀測的技術要求見表4。

表4 單站一等水準觀測技術標準Table 4 Technical standard for first class leveling observation of single station

觀測讀數和記錄的數字取位：使用數字水準儀應讀記至0.01 mm。

6.2 實施流程

6.2.1 測量準備工作

1）根據現場踏勘線路情況，結合百度地圖規劃設計最為經濟和合理的測量路線，宜選擇柏油路和水泥路面。

2）開測作業前對水準儀進行i角測定，使之符合《國家一、二等水準測量規范》要求。

3）盡可能選擇leica原廠出產的木質三腳架，保證觀測過程中儀器穩定，最大限度的降低交通車輛過往地面震動對觀測數據的影響。

4）每天出工前，關注天氣預報。白天觀測時測站要打傘遮陽。

6.2.2 測量時段選擇

水準路線采用往返觀測，并盡量沿同一條路線進行，同一測段的往、返測應分別在上午與下午進行。天氣炎熱或交通車輛多的測段宜選擇早晚時間觀測。

6.2.3 測量精度保障措施

1）測量時應保證前后視距盡可能相等，減少儀器i角對高差觀測的影響，前后視距差滿足規范要求。

2）使用規范要求的專用尺墊，保證水準尺的穩定性，每測站尺墊安放的位置均要踩實。

3）采用專用不銹鋼蘑菇頭標志在地面鉆孔埋設作為觀測間歇點，每個觀測間歇點埋設3個。同時在每座橋梁兩端頭和主要交通要道口埋設間歇點，便于數據超限及時補測。間歇點高差檢測小于0.7 mm，即可由此起測。

6.3 數據處理

對一等水準的復核測量應以各水準路線測段往返測高差不符值計算每千米高差中數的偶然中誤差和全中誤差，合格后方可進行高差比對。否則應重測該段水準路線。

高差對比過程中，如果本次復核測量的高差與業主提供的高差相比較，超過一等水準測量應有的限差標準時，則需要沿水準路線追加一次單程的高程測量，用以輔助確認地表高程變化的真實存在。

相鄰水準點間的高差計算時，取符合規范要求的往返觀測值的平均值作為最終成果。整體平差采用武漢大學科傻平差軟件進行平差計算，并進行各水準點間的高差和水準點的高程比較。

外業觀測的當天應對觀測數據進行初步整理，發現問題及時解決。

6.4 成果評判方法及標準

按照規范要求進行。

7 成果資料提交

所有外業測量工作結束，數據計算復核無誤后，編制測量成果報告，并以書面形式提交業主單位復核。對于超大型和精密工程，一般要在業主交樁后，首先要編制控制網復測專項方案提交業主單位審批后，再進行現場控制網的復測工作，確保設計的復測方案滿足精度要求。提交的復測成果報告不限于下列資料：

1）《深中通道島隧工程施工控制網復核方案》。

2）《深中通道島隧工程施工控制網復核成果報告書》。

3）儀器設備的檢定證書。

4）主要作業人員的資格證書。

5）GNSS網原始觀測數據的文件拷貝。

6）水準測量的原始記錄電子文件拷貝。

8 結語

深中通道島隧工程高等級首級控制網復測歷時22 d，測量方式正確，外業數據完整，通過平差計算及對數據質量檢核，復測結果與原首級控制網成果在測量精度范圍內一致。通過本次高等級控制網得到的結果表明，針對大型精密控制網復測任務，在方案編制、外業觀測和內業計算等各個環節都需要提前策劃和精心組織，并進行詳盡的技術交底，確保工作任務高效如約完成。