王 我

(成都大西南鐵路監(jiān)理公司， 四川成都 610031)

某海灣大橋長(zhǎng)距離跨河高程測(cè)量技術(shù)

王 我

(成都大西南鐵路監(jiān)理公司， 四川成都 610031)

文章以某跨海大橋?yàn)檩d體，介紹了同時(shí)對(duì)向觀測(cè)跨河三角高程測(cè)量方法的原理及其過(guò)程，并應(yīng)用該方法進(jìn)行跨河高程控制網(wǎng)建立的成功案例。通過(guò)多種檢核與對(duì)比，四邊形跨河三角高程水準(zhǔn)測(cè)量方法使用雙測(cè)站同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，既消除了大氣折光的影響，還增加了檢核條件。理論分析和工程實(shí)踐證明，該方法不但可以達(dá)到二等高程控制測(cè)量的精度，而且測(cè)量效率優(yōu)于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量。

跨河水準(zhǔn)； 高程控制網(wǎng)； 同時(shí)對(duì)向

某跨海灣大橋?yàn)榭绾ｉL(zhǎng)度4.038 km，主橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)H型雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主塔塔高171.5 m，主跨跨徑為488 m，為了進(jìn)行該橋的施工，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)院提供的水準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立控制該橋施工的高程控制網(wǎng)，并對(duì)設(shè)計(jì)院提供的兩岸水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差進(jìn)行復(fù)核測(cè)量。為了確保該大橋施工測(cè)量的精度，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，本次該大橋高程跨河測(cè)量的精度設(shè)計(jì)為國(guó)家二等高程控制測(cè)量。

隨著智能型全站儀的發(fā)展，三角高程越來(lái)越多使用在水準(zhǔn)不方便測(cè)量的地界[1]。根據(jù)GB /T 12897-2006《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》規(guī)定，大于2 km的跨河屬于規(guī)范規(guī)定的最高級(jí)別，故在某跨海灣大橋采用同時(shí)對(duì)向觀測(cè)跨河三角高程測(cè)量方法進(jìn)行高程控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)、建立。

1 跨河高程測(cè)量技術(shù)方案設(shè)計(jì)

1.1 跨河場(chǎng)地布設(shè)及其高差測(cè)量路線

為了實(shí)現(xiàn)海灣大橋高程跨河測(cè)量，選擇在海灣水域相對(duì)比較窄的江段，布設(shè)了如圖1所示的跨河高程測(cè)量場(chǎng)地。圖1中A、B、C、D為進(jìn)行本次高程跨河測(cè)量用的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，準(zhǔn)備采用大地四邊形進(jìn)行高程跨河測(cè)量；E、F為大橋施工用的水準(zhǔn)點(diǎn)，BM8、BMG為設(shè)計(jì)院交樁的水準(zhǔn)點(diǎn)；其中A、B、F和BMG位于南岸，C、D、E和BM8位于北岸。

圖1 跨河高程測(cè)量示意

此外，圖1中的帶箭頭實(shí)線部分為用全站儀三角高程間接高差測(cè)量方法測(cè)量的測(cè)段，即AC、BD、AD和BC測(cè)段的高差采用全站儀三角高程間接高差測(cè)量方法測(cè)量，所采用的儀器為萊卡TS30，虛線為用電子水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量的測(cè)段，所采用的電子水準(zhǔn)儀為天寶DINI03。

如圖1所示，本次跨河高程測(cè)量以及兩岸設(shè)計(jì)院水準(zhǔn)點(diǎn)間高差復(fù)核測(cè)量，需要采用兩種完全不同的測(cè)量方法：一種是兩岸水準(zhǔn)點(diǎn)間的二等高差跨河測(cè)量，將采用兩臺(tái)智能型全站儀進(jìn)行同時(shí)對(duì)向間接高差測(cè)量；另一種是同岸水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差測(cè)量，將采用普通二等水準(zhǔn)測(cè)量的方法。前者采用的是兩臺(tái)智能型全站儀及其配套棱鏡，后者采用的是一臺(tái)電子水準(zhǔn)儀及其兩把配套的條碼水準(zhǔn)尺。下面分別介紹這兩種測(cè)量方法的測(cè)量過(guò)程。

1.2 同時(shí)對(duì)向跨河間接高差測(cè)量

同時(shí)對(duì)向跨河間接高差測(cè)量場(chǎng)地布置如圖1所示。圖1中，A、B、C、D為4個(gè)跨河高程測(cè)量的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量時(shí)在這4個(gè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)上用腳架擺放三棱鏡；2臺(tái)智能型全站儀分別設(shè)站在距AB和CD連線約20 m的后方，整平后同時(shí)對(duì)4個(gè)三棱鏡進(jìn)行斜距和天頂距測(cè)量，之后首先計(jì)算全站儀至各個(gè)棱鏡間的直接高差，再利用南岸的直接高差計(jì)算AC、AD、BC、BD的間接高差，利用北岸的直接高差計(jì)算CA、CB、DA、DB的間接高差，最后計(jì)算同時(shí)段的南北兩岸的間接高差的均值，作為跨河測(cè)段該時(shí)段的測(cè)量高差。由于該跨河測(cè)段的跨河距離為2.2 km，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定應(yīng)該觀測(cè)18個(gè)以上時(shí)段，為了確保本次測(cè)量外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，本次跨河高程測(cè)量外業(yè)計(jì)劃觀測(cè)20個(gè)時(shí)段。當(dāng)全部20個(gè)時(shí)段各個(gè)時(shí)段間的最大最小高差較差小于以下限差時(shí)，可以認(rèn)為20個(gè)時(shí)段的觀測(cè)高差全部合格[2-3]。

(1)

式中：N為時(shí)段數(shù);S為跨河距離，以km為單位。

同時(shí)對(duì)向跨河間接高差測(cè)量時(shí)，斜距和天頂距的外業(yè)測(cè)量應(yīng)該滿足表1的要求。

表1 跨河間接高差斜距和天頂距外業(yè)測(cè)量的技術(shù)要求[4]

同時(shí)對(duì)向跨河間接高差測(cè)量使用的全站儀，其測(cè)距的標(biāo)稱精度應(yīng)該≤(2mm+2ppm)，其測(cè)角的標(biāo)稱精度應(yīng)該≤1″；外業(yè)測(cè)量時(shí)應(yīng)該使用多測(cè)回自動(dòng)測(cè)量軟件控制全站儀進(jìn)行外業(yè)的自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)觀測(cè)和測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄；此外，在每個(gè)時(shí)段的測(cè)量時(shí)，需要控制兩套全站儀同步進(jìn)行每個(gè)時(shí)段的測(cè)量；在每個(gè)時(shí)段的測(cè)量之前，還要通過(guò)溫度計(jì)和氣壓計(jì)量測(cè)環(huán)境溫度和氣壓，之后輸入到全站儀中以便對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象改正。

1.3 普通二等水準(zhǔn)測(cè)量

岸上測(cè)段高差采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測(cè)量，往測(cè)時(shí)單數(shù)測(cè)站觀測(cè)程序?yàn)楹?前-前-后，往測(cè)時(shí)雙數(shù)測(cè)站觀測(cè)程序?yàn)榍? 后- 后-前；返測(cè)時(shí)單數(shù)測(cè)站觀測(cè)程序?yàn)榍? 后- 后-前，返測(cè)時(shí)雙數(shù)測(cè)站觀測(cè)程序?yàn)楹?前-前-后。二等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，使用的水準(zhǔn)儀高差測(cè)量的標(biāo)稱精度應(yīng)該滿足≤1mm/km。為了確保岸上高差測(cè)量的精度達(dá)到二等的要求，應(yīng)該使水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)站數(shù)據(jù)和路線數(shù)據(jù)滿足表2和表3的技術(shù)要求。

表2 測(cè)站水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求[4] m

表3 路線水準(zhǔn)測(cè)量限差要求[4] mm

2 數(shù)據(jù)分析與整理

全部20個(gè)時(shí)段跨河測(cè)段的往返測(cè)間接高差實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量完成后。由于地球曲率和大氣折光對(duì)單向高差的影響相對(duì)地大，因此各個(gè)時(shí)段的間接高差應(yīng)該計(jì)算同時(shí)段的往返測(cè)高差的均值，然后統(tǒng)計(jì)各個(gè)時(shí)段間的高差較差。

跨河測(cè)段20個(gè)時(shí)段的往返測(cè)間接高差均值的最大值、最小值及其較差等情況，統(tǒng)計(jì)在表4中。從表4中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)跨河測(cè)段高差的最大值與最小值之差全部小于其對(duì)應(yīng)的限差要求，因此可以認(rèn)為本次跨河測(cè)段高差測(cè)量的精度滿足規(guī)范要求。

橋梁兩岸岸上6個(gè)測(cè)段水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)測(cè)往返測(cè)高差及其較差數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)在表4中。從表4中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，6個(gè)測(cè)段的往返測(cè)高差較差全部滿足其對(duì)應(yīng)的限差要求，因此可以認(rèn)為岸上測(cè)段的實(shí)測(cè)高差全部滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。

表4 跨河測(cè)段高差最大值最小值差值統(tǒng)計(jì)

實(shí)測(cè)4個(gè)跨河測(cè)段的高差均值和表5中岸上AB、CD測(cè)段往返測(cè)高差的均值，可以計(jì)算圖1中5個(gè)閉合路線的高差閉合差，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)在表6中。從表6中的實(shí)測(cè)閉合差及其允許閉合差可以看出，本次跨河測(cè)段高差和岸上測(cè)段高差測(cè)量的閉合差全部小于其允許誤差，因此可以說(shuō)明本次高程測(cè)量的外業(yè)數(shù)據(jù)滿足二等高程控制測(cè)量的精度要求。

表5 岸上測(cè)段高差二等水準(zhǔn)測(cè)量成果統(tǒng)計(jì)

表6 跨河測(cè)段高差閉合差統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

綜上所分析，本文所采用的四邊形方法，由于采用了測(cè)量機(jī)器人和雙測(cè)站同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，既消除了大氣折光的影響，還增加了檢核條件。理論分析和工程實(shí)踐證明，該方法不但可以達(dá)到二等高程控制測(cè)量的精度，而且測(cè)量效率相對(duì)于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量高得多。

綜合實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析可得出以下主要結(jié)論：

(1)采用此方法進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，每一雙測(cè)站的高差均是由對(duì)向觀測(cè)高差計(jì)算獲得，有效地消除了大氣折光的影響；

(2)在岸邊的水準(zhǔn)測(cè)量高差的加入，可以防止由于三角高程組成閉合環(huán)的高差是自相關(guān)的問(wèn)題，從而可以得到獨(dú)立的閉合環(huán)閉合差；

(3)采用該方法對(duì)于在2km距離進(jìn)行大跨度的跨河水準(zhǔn)可以達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。對(duì)于更長(zhǎng)距離的跨河水準(zhǔn)，相信隨著智能型全站儀的發(fā)展，可以進(jìn)行更多的嘗試。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10601-2009高速鐵路工程測(cè)量規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[2] 孔祥元.控制測(cè)量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2002.

[3] 劉成龍,楊雪峰,張閱川,等.基于測(cè)量機(jī)器人的二等高程控制測(cè)量新方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,48(1):69-74.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T12897-2006 國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5] 陶元洲，王鳳艷，龐賀民，等.全站儀垂距測(cè)量代替二、三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào): 地球科學(xué)版， 2004，34(2).

王我(1987～)，男，本科，助理工程師，從事工程監(jiān)理工作。

TB22

A

[定稿日期]2017-01-09