（浙江臺州市沿海高速公路有限公司，臺州 318000）

0 引言

隨著社會的不斷進步和發(fā)展，GPS技術也發(fā)展的越來越先進，適用性也越來越廣，現在很多行業(yè)都在應用GPS技術，其中工程施工行業(yè)就是其中之一。工程施工行業(yè)GPS技術用于測量技術中，GPS技術在測量技術中主要用于建立控制網和施工過程中的測量控制，而與常規(guī)建立控制網方法相比，GPS技術具有自動化程度高、全天候、高精度、定位速度快、布點靈活和操作方便等特點。文章針對GPS技術在工程施工測量技術中的特點和優(yōu)點，結合某特大橋橋梁實例，對GPS技術在測量技術中運用與控制進行分析，可供參考。

1 工程概況

浙江省三門灣大橋及接線工程主線起點樁號K46+912.043，全線經象山、寧海、三門等3個縣市區(qū)，終于臺州市三門縣六敖鎮(zhèn)，終點樁號K101+405.299，路線全長約54.493 km。其中TJ10標段施工樁號范圍 K97+700～K101+405.299，線路長度3.705 km。

TJ10標工程內容包括蛇蟠水道大橋、路基及地方道路改造工程的施工完成和缺陷責任期缺陷修復。線路設計全部采用雙向六車道標準，路基寬度33.5 m。設計速度全線采用100 km/h，橋涵設計汽車荷載等級為公路I級。其中，蛇蟠水道大橋左幅采用4×30+4×50+40+18×50+80+2×145+80+22×50+10×30 m預應力混凝土現澆箱梁加連續(xù)剛構，右幅采用4×30+6×50+4×50+40+12×50+85+2×145+85+22×50+10×30 m預應力混凝土現澆箱梁加連續(xù)剛構，橋梁全長3 110 m。主橋跨徑組合80+2×145+80 m，采用雙薄壁墩預應力連續(xù)剛構橋。海上及高墩區(qū)引橋跨徑50 m為主，其中蛇蟠島側由于上跨堤壩需要具備調整為40 m，矮墩區(qū)引橋采用30 m。上部結構均采用等高度預應力混凝土現澆連續(xù)箱梁[1]。

柱墩橋墩采用雙薄壁實體墩，基礎采用鉆孔灌注樁基礎。過渡墩和引橋橋墩均采用花瓶型片式實心墩，基礎均采用鉆孔灌注樁基礎。

項目地處東南沿海，為歐亞太陸與太平洋之間的過渡地帶，屬亞熱帶季風氣候，兼受海洋對氣候調節(jié)作用影響，具有季風明顯，溫暖濕潤，光照充足，雨量充沛，但臺風災害頻繁的氣候特點。年平均氣溫16.3～17.9 ℃，極端氣溫在40 ℃左右，極端最低氣溫在-4.6 ℃左右。工程區(qū)域冰凍日數、高溫日數少，對工程施工、安全營運無較大影響。

本地區(qū)年平均降雨量在1 310～1 740 mm之間，平均降雨日數在150～171 d之間，降雨量集中在春、夏季之間，6月和8月為降雨高峰期，前者為梅汛期降雨，月平均降雨量180～250 mm之間，后者多為臺風影響所致，月平均有140～300 mm之間。

因工程所在區(qū)域季風氣候影響，風量、風速變化比較明顯，夏季為東南偏東風，冬季為西北風，全年最多風向為東風，累年各月平均風速在2.2～5.2 m/s之間。根據沿海高速公路（甬臺溫復線）氣候專題研究報告，蛇蟠水道大橋橋位處百年一遇基準風速為V10=40 m/s。

本工程區(qū)域內霧出現頻率較高，全年各月均有霧出現，但主要集中在冬、春兩季，累年最多日幾乎都在50 d以上，其中三門灣年霧日數可達40～50 d，但多數情況下，霧的最長持續(xù)時間不超過12 h，且持續(xù)時間在1～4 h之間的霧出現次數較多[2]。

三門灣三面面山，岸線曲折，港汊間舌狀潮灘相間而生，灣內島嶼羅列，有大、小島嶼130個。四周陸地以侵蝕丘陵為主，海波在500 m以下，切割深度淺，山脊呈波狀起伏，山頂一般均被長期剝蝕呈渾圓狀，山溪性河流蜿蜒期間。

陸地周邊溪流的中、下游谷地，局部分部有陂洪積、沖洪積平原。主要由河漫灘、淺灘和邊灘組成，多形成坡集裙或洪積扇，位于低山丘陵前緣，地勢由山前向河谷微傾。陸地沿海則發(fā)育有許多小型的海積、沖海積平原，地勢平坦，標高1.5～2.5 m，河網密布，多為農田。

本跨海大橋所經海域自北向南分布有力洋港、青山港和蛇蟠水道大橋等潮汐通道或沖刷槽，猶如樹枝狀向岸延伸。港汊之間則分別發(fā)育了三山涂、蛇蟠涂等舌狀潮灘。其中本跨海大橋蛇蟠水道大橋位于三門縣城東20 km，南北介于大陸岸灘與蛇蟠島之間。呈東西向，西通旗門港、正嶼港和海游港，東至八分嘴北端，通貓頭水道。橋位處于水面開闊，寬2 380 m，水深大于5 m，深槽的寬度為1 680 m，最大水深10 m，多年來基本穩(wěn)定。

該工程因其所處的地理位置特別（海上、連接大陸與海島），根據工程規(guī)劃設計和施工建設的需要，采用GPS（全球衛(wèi)星定位系統）技術進行大范圍平面控制測量的技術手段相比于全站儀導線加密的方法來說非常方便和可靠。

2 工程對控制測量的要求

為保證該工程在設計階段大比例尺地形圖（1：500，1：1 000），施工階段工程放樣（工程施工和貫通的精度需求），施工階段工程安全變形監(jiān)測的控制，確定如下的控制測量基準和精度要求。

平面坐標：1980年西安坐標系，3°帶，東經121°30’中央子午線。

高程系統：1985國家高程基準。

控制網在精度上應滿足工程建設在各階段對平面位置及高程要求，控制點密度應滿足日常施工需要，方便施工放樣等工作。技術先進、經濟合理、高效，確?？刂瞥晒_可靠，根據工程進展再進行合理的加密[3]。

3 建立GPS施工控制網

由于工程跨度較大，所以控制網布設擬采用分級布設，逐級加密的方案。在兩岸已有高級控制點的基礎上，沿橋梁在海中間再搭設4個測量強制對中平臺。首先，運用高精度GPS相對定位技術對兩岸測區(qū)范圍的2個以上基巖點及國家高等級控制點與加密控制點進行聯測，求得加密點的平面坐標，陸地上GPS控制點選在一、二等水準點，點距3～5 km，均勻分布，便于后期施工過程中的測量控制。選點位置應注意以下幾點。

（1）測站應選在視野開闊的位置，一般在10～15°高度角以上不能有成片的障礙物。

（2）測站周圍200 m內不能有強電磁波干擾源，防止對其GPS信號進行干擾。

（3）測點應選在地質條件較穩(wěn)定，易于保存的地方。

GPS控制外業(yè)測量采用兩臺Trimble R5，兩臺Trimble R6，共4臺雙頻接收機，按靜態(tài)模式進行外業(yè)觀測。首級GPS控制選用4個高等級GPS點（Ⅱ06、Ⅱ07、A107、E083）作為GPS平面坐標起算點，觀測時段1 h，共4個時段，采樣歷元間隔30 s，天線高量取至相位中心，觀測的前、中、后量取3次。加密GPS控制外業(yè)觀測時，數據采樣間隔設定10 s，衛(wèi)星高度角≥15°，PDOP值≤6。GPS天線整平、對中誤差不大于1 mm，每時段觀測前、后各量取天線高一次，較差小于2 mm取兩次平均值作為最終天線高[4]。加密點靜態(tài)觀測共分為6站，每站觀測4個時段，每個時段≥60 min。蛇蟠水道大橋GPS控制點布置如圖1所示。

圖1 蛇蟠水道大橋GPS控制點布置

4 GPS數據處理軟件及方法

4.1 GPS基線處理軟件及方法

GPS靜態(tài)基線解算采用軟件為LGOv7.01，同一時段觀測值的數據剔除率均小于10%，重復基線較差、同步環(huán)、獨立環(huán)的坐標分量及全長閉合差應滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG_TF50-2011）的要求。

4.2 GPS網平差方法

平差采用GPS靜態(tài)后處理軟件V4.2.5進行，以所使用的GPS控制點中3個已知二等控制點為固定起算點，進行二維無約束平差，平差結果各基線向量改正數、基線邊長、方位角及相對中誤差均應滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG_TF50-2011）的要求。

項目測量的重點和難點是蛇蟠水道大橋主橋墩身及上部掛籃懸澆箱梁施工、引橋海中墩身及上部移動模架施工現澆箱梁。主墩共三個，高度達34.8 m，承臺采用大型鋼套箱施工。由于主橋大部分位于海中且橋墩距岸邊較遠，受臺風、濃霧、雷暴、降雨等惡劣天氣影響較大，受環(huán)境的干擾相對嚴重。特別是蛇蟠水道大橋屬特大型海上施工橋梁，對現場施工放樣的精度提出了極高要求，給本項目測量工作提出了很大的挑戰(zhàn)。蛇蟠水道大橋主橋橋型布置如圖2所示。

圖2 蛇蟠水道大橋主橋橋型

項目主要測量內容有控制網的復測與加密，鋼護筒振設定位，基樁、承臺、墩身、支座墊石及主橋連續(xù)剛構箱梁、引橋現澆箱梁的測量定位，橋面及橋面附屬工程，路基路面，擋墻以及配合監(jiān)控單位進行變形觀測，承臺沉降觀測等，采用GPS技術進行橋梁控制測量可以極大程度提高工作效率，對于縮短工期具有很大的幫助。

5 GPS在工程測量中的應用

GPS是美國開發(fā)的全球定位系統的簡稱，可以在陸、海、空進行全方位的三維定位及導航，是新一代的衛(wèi)星導航定位系統。目前，這一技術被廣泛的應用到測繪上，GPS-RTK技術是以載波觀測值為基礎的一種動態(tài)觀測技術，在野外測量時省時、省力、快速、靈活，能提高工作效率。其特點體現在觀測站間不需要通視，可以實時提供三維坐標，定位精度高，GPS操作簡便，能夠全天24 h作業(yè)。

RTK技術是一種實時的動態(tài)定位技術，是GPS技術應用中一個新的突破，可在野外獲取點位精度厘米級的水平精度，它是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術，其系統組成主要包括RTK信號接收系統、數據實時處理系統以及數據實時傳輸系統。RTK技術使用的是相位差分的GPS，是先將改正數通過基準站發(fā)出，流動站將其成功接收后改正相應的測量結果，進而達到準確定位的目的。其工作原理是先在基準站安放一臺接收機，流動站上安裝一臺或者幾臺接收機，流動站和基準站在同一時間接收由同一個GPS衛(wèi)星發(fā)射出來的信號，將已知的信息與基準站獲得的觀測值進行對比，從而獲取GPS差分改正后的數值，之后改正值會通過無線電臺傳到流動站上，由流動站對GPS觀測值進行精化，最后得到準確的流動站的位置坐標[5]。采用這種方法，進行水中墩定位時只需在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可觀測到的GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并將觀測數據通過無線電傳輸設備，實時地發(fā)送到定位船上移動觀測（1～3 min）的GPS接收機，即可實時得出該點的三維坐標，精度可達2～5 cm。如果距離近，基準點與監(jiān)測點有5顆以上共視GPS衛(wèi)星，精度可達1～2 cm。

施工主要內容有鋼護筒、鉆孔樁、承臺、墩身、蓋梁、掛籃懸澆、邊跨移動模架現澆及主橋上部構造掛籃懸澆、路基施工、橋面及附屬工程施工等。根據不同的施工階段和施工內容采用不同的測量方法，以滿足大橋測量精度的要求。

6 GPS在海上工程測量中的控制

傳統的施工放樣是采用全站儀的方法，將全站儀架設在已知點上，觀測后視點進行定向之后進行放樣，此方法效率低下，且受限環(huán)境因素多，考慮施工測量作業(yè)條件限制，承臺以下基礎施工測量定位，主要采用GPS-RTK實時動態(tài)控制測量這種先進測量定位技術進行施工控制，在RTK軟件中包含放樣功能，可進行點、直線、曲線的施工放樣測量。在GPS測量手簿中輸入首先設計好的點、線要素，即可自動生成對應的放樣點，通過RTK手簿實時顯示放樣點的里程和偏移距離指導放樣工作，目前國內一些測量公司開發(fā)出的三星（GPS、GLONASS、北斗）解算的RTK，使得RTK的平面放樣精度達到毫米級，GPS-RTK完全可以滿足橋梁施工中一些結構物的放樣。

工程施工控制點的GPS擬合高程參數采用測控中心統一提供的擬合高程參數，應用公路GPS一級精度測設大地高，推算1985年國家高程。承臺及承臺以上上部結構平面控制必須以首級網及加密網為依據，采用經過復測加密的控制點。高程控制待海中測量平臺（或優(yōu)先墩）完工，通過跨海二等水準聯測后，根據二等水準結果作為高程控制依據。承臺以上上部結構施工測量定位，可以依據在承臺或附近透水結構物上加密的控制點，主要采用全站儀極坐標法進行施工控制。墩身高程控制擬采用全站儀三角高程法，結合徠卡NA2精密水準儀進行測量，確保滿足設計及規(guī)范的精度要求[6]。

鋼護筒定位的質量直接影響鉆孔樁的成樁質量。項目鋼護筒定位分為陸上施工定位和海中施工定位，其定位的原理及方法是相同的，都是使用測量儀器測定護筒中心坐標，利用輔助定位導向架來完成。陸上鋼護筒定位工作相對簡單，重點對海中鋼護筒定位施工進行說明。海中鋼護筒定位采用定位船固定鋼護筒，配以安置在起重船上的振動錘加以沉放。首先設流動站于定位船上用來固定鋼護筒的定位導向架中心測量，實時指揮定位船準確就位，使定位架中心準確定位于樁位設計中心上（GPS-RTK在動態(tài)差分能夠固定的情況下，定位精度達到厘米級，能夠滿足鋼護筒沉放定位要求），而后用架在先期施工的測量平臺上的全站儀進行校核，接著用起重船吊鋼護筒進入導向架，用全站儀免棱鏡功能檢查并控制垂直度后，再用振動錘振動鋼護筒沉放至設計標高。整個沉放過程中用全站儀監(jiān)控護筒位置和垂直度，確保施工質量。護筒沉放完畢后立即與先期形成的平臺聯結形成整體，增加鋼護筒的穩(wěn)定性。

直接在護筒頂口放出其設計縱橫軸線進行鋼護筒中心偏差測量，做好標記（以便鉆機初定位用），用弦線和鋼尺量出鋼護筒頂口偏位。鋼護筒垂直度采用錘球法結合經緯儀豎絲法測定。

7 結束語

通過GPS對橋梁施工控制網進行布設具有可操作性強、精度高、周期短等特點，相對于傳統控制網建設方法具有極大優(yōu)勢。不過這一工作中所涉及的內容較多，其難度都比較大，所以做好這項工作，不僅需要理論方面知識的支持，還要結合實際工作中做好實踐。在工程測量領域中，由于GPS定位技術自身獨特而強大的功能，充分顯示了它在該領域實際測量工作中比常規(guī)控制測量具有更大的優(yōu)越性和適應性，同時也存在一些不足，還有待于進一步研究改善來適應實際測量工作。隨著該技術的飛速發(fā)展和普及，以及相關技術的應用，GPS定位技術將在交通建設及工程測量中得到更加廣泛的應用。