(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)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(guān)鍵性控制工程。

與一般跨海大橋施工控制網(wǎng)的設(shè)計和實施相比，本項目具有以下特點：橋梁終點為四面環(huán)海的平潭島，橋位途徑4個島嶼，交通不便。水準(zhǔn)網(wǎng)的整網(wǎng)閉合必須10次跨越海域，且線路總長超過20 km?？蛇x擇的控制測量手段少，且區(qū)域氣象環(huán)境惡劣，臺風(fēng)頻發(fā)，不利于跨海高程傳遞的實施。借鑒現(xiàn)有大型橋梁施工控制網(wǎng)經(jīng)驗[1]，根據(jù)本項目的特點，有針對性對其施工控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計與實施，并對成果進(jìn)行分析。

1　施工控制網(wǎng)設(shè)計

1.1　平面控制網(wǎng)設(shè)計

施工平面控制網(wǎng)設(shè)計分為首級網(wǎng)和加密網(wǎng)兩級，其中首級網(wǎng)、加密網(wǎng)的精度和技術(shù)指標(biāo)參照GPS B級網(wǎng)和C級網(wǎng)[2]。全網(wǎng)共布設(shè)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(gòu)成GPS B級網(wǎng)，DQ2、DQ8、DQ10、DQ13～DQ17共8個控制點與部分GPS B級控制點共同構(gòu)成GPS C級網(wǎng)，施工平面控制網(wǎng)見圖1。

平面控制網(wǎng)精度設(shè)計：首級網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)設(shè)計

采用平面控制點兼作高程控制網(wǎng)點，并設(shè)計10次跨越海域聯(lián)測，形成5個水準(zhǔn)閉合環(huán)，構(gòu)成施工高程控制網(wǎng)(如圖2)。

圖1　施工平面控制網(wǎng)

施工高程控制網(wǎng)網(wǎng)按國家二等水準(zhǔn)測量精度和技術(shù)指標(biāo)施測。其中跨海域部分根據(jù)規(guī)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(yè)計劃如表1。

表1　跨海水準(zhǔn)作業(yè)計劃

2　外業(yè)觀測

2.1　平面控制網(wǎng)觀測

控制點均埋設(shè)至基巖的強(qiáng)制歸心觀測墩。施工平面控制網(wǎng)中首級網(wǎng)和加密網(wǎng)均采用GPS靜態(tài)相對測量模式觀測，利用10臺Trimble R8 GPS接收機(jī)，按靜態(tài)相對測量模式同步觀測4個時段。外業(yè)觀測按表2中技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)格執(zhí)行。

2.2　高程控制網(wǎng)觀測

施工高程控制網(wǎng)分陸地水準(zhǔn)和跨海水準(zhǔn)兩部分，共計完成二等水準(zhǔn)聯(lián)測22.8 km，跨河(海)水準(zhǔn)測量10處。受當(dāng)?shù)貋啛釒ШＱ笮詺夂虻挠绊?，跨海水?zhǔn)測量時水準(zhǔn)尺讀數(shù)精度降低，另一方面水準(zhǔn)儀i角誤差及大氣折光的影響也急劇增大。按文獻(xiàn)[4]中規(guī)定的三角高程法進(jìn)行作業(yè)，合格率較低。因此，按文獻(xiàn)[3]中經(jīng)過改進(jìn)后的二等測距三角高程法進(jìn)行施測。每條跨海線場地布設(shè)成平行四邊形，四個角點均埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)釘并刻“十”標(biāo)記，采用2臺Leica TS30全站儀及配套銦瓦水準(zhǔn)尺同時對向觀測，并自動記錄，遠(yuǎn)標(biāo)尺上均設(shè)立1個覘標(biāo)燈。每條跨海按雙線跨海方式，嚴(yán)格按照表1中技術(shù)要求實施。

表2　GPS觀測主要技術(shù)要求

3　解算與分析

3.1　施工平面控制網(wǎng)

(1)基線解算

首級網(wǎng)采用Gamit 10.4解算軟件和IGS精密星歷進(jìn)行基線解算[5-6]，加密網(wǎng)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(fù)荷潮改正都是由東向西減少，沿海地區(qū)最大[7]。因此，采用gamit解算B級網(wǎng)基線時考慮了海潮對基線結(jié)果的影響，設(shè)置了相關(guān)合理的海潮改正模型，并在解算過程中進(jìn)行修正，確保了基線解算的質(zhì)量。文獻(xiàn)[8]指出，對于Gamit軟件基線解的同步環(huán)檢核，可以把基線解算精度指標(biāo)nrms值作為同步環(huán)優(yōu)劣檢核的一個指標(biāo)，一般認(rèn)為nrms值0.12～0.5是合理的。根據(jù)國內(nèi)外GPS數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗[8-10]，nrms值在0.25左右為最優(yōu)。B級網(wǎng)基線解算nrms為0.19左右，接近0.25，說明GPS首級網(wǎng)的整體外業(yè)觀測質(zhì)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(wǎng)和加密網(wǎng)分別進(jìn)行平差。平差后點位精度見表3，其中首級網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)精度滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的要求。

表3　GPS點位中誤差統(tǒng)計　mm

3.2　施工高程控制網(wǎng)

(1)環(huán)閉合差統(tǒng)計

陸地水準(zhǔn)和跨海水準(zhǔn)外業(yè)觀測各項指標(biāo)滿足規(guī)范和上述設(shè)計要求，表4為高程控制網(wǎng)環(huán)閉合差精度統(tǒng)計。

表4　高程控制網(wǎng)環(huán)閉合差精度統(tǒng)計　mm

(2)高程精度統(tǒng)計

由表4可知，高程外業(yè)觀測數(shù)據(jù)精度滿足要求，采用CODAPS平差軟件對全橋高程控制網(wǎng)進(jìn)行整體嚴(yán)密平差，已知控制點DQ1的高程作起算數(shù)據(jù)。平差后，每公里水準(zhǔn)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(wǎng)精度統(tǒng)計，高程控制網(wǎng)精度滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的要求。

表5　高程控制網(wǎng)精度統(tǒng)計　mm

4　結(jié)束語

平面控制網(wǎng)采用分級布網(wǎng)的設(shè)計方案施測，其中首級控制網(wǎng)按基準(zhǔn)站建設(shè)要求進(jìn)行設(shè)計和觀測，可滿足長距離跨海橋梁施工期間建立GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的實際需求，還可求定施工區(qū)域精確的GPS高程擬合參數(shù)，供施工放樣使用。

高程控制網(wǎng)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(zhǔn)路線的優(yōu)化設(shè)計和合理組織，采用經(jīng)改進(jìn)的全站儀三角高程跨海水準(zhǔn)測量方法，有效地解決了復(fù)雜氣候條件下長距離跨海高程測量的技術(shù)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(wǎng)測量。

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

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 12897—2006國家一二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006

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