徐弘

安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊馬鞍山測繪技術(shù)院 安徽馬鞍山 243000

跨河水準測量是指在道路、橋梁工程中，當因為工程需求，需要跨越大的江面、河面、谷地等實現(xiàn)水準測量時，因為江面、河面、谷地過寬，常規(guī)的水準測量方法難以保證其有效精度，從而采用的一種高程測量方法。與常規(guī)水準測量方法相比，跨河水準測量在保證每次高程測量精度的情況下，采用高程傳遞的方法，將本岸高程控制點的高程以指定精度范圍，有效傳遞到河對面。此外，因為常規(guī)水準測量方法每次測量視線跨度過短，需要多次架設(shè)儀器，非常容易造成人工操作誤差。因此，其局限性非常大。

1 三角高程水準測量的原理及方法

三角高程水準測量指的是在需要測量高程的某地點架設(shè)儀器，通過架設(shè)的經(jīng)緯儀或全站儀來測量選定的某兩個控制點的水平距離以及高度角。然后通過推導(dǎo)公式，求解該選定的兩個控制點之間的高程和高差的方法。

2 工程概況及三角高程控制網(wǎng)的布設(shè)

2.1 工程概況

馬鞍山長江公路大橋主橋位于馬鞍山市雨山區(qū)、當涂縣及和縣交界處，大橋中心地處東經(jīng)118°23′，北緯31°36′，沿長江與南京、蕪湖相鄰。大橋全長36.14千米，跨江主體部分長11.209千米。安徽省交通控股集團有限公司于2019年對大橋01標段開展橋梁控制網(wǎng)布設(shè)及測量工作，項目的目的是為了馬鞍山長江公路大橋的養(yǎng)護。

2.2 高程測量技術(shù)難點

馬鞍山長江公路大橋全場36.14千米，寬33米，為多跨公路橋，其中左汊橋為多跨公路懸索橋，右汊橋為多跨雙索面斜拉橋。在對該長江公路大橋01標段養(yǎng)護過程中，因為江面寬度過大的原因，在跨河水準測量中，具有非常大的難度。為保證水準測量的精度，需要采用三角高程測量的方法，將河岸一側(cè)的基準控制點“武寧93”高程傳遞到江對岸。為此，需要進行相應(yīng)的橋梁控制網(wǎng)布設(shè)，其相關(guān)首級平面橋梁控制網(wǎng)，以及高程控制網(wǎng)要求如下：

（1）橋梁控制網(wǎng)等級的確定：因為橋梁結(jié)構(gòu)的原因，該公路大橋為多跨公路搶，根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2009）、《工程測量規(guī)范》（GB50026-2016）、《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T12897-2006）、《公路勘測規(guī)范》（JTGC10-2018）等有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，以及企業(yè)測量精度要求，首先需要對即將建立的橋梁控制網(wǎng)的等級進行確定。本次對馬鞍山長江公路大橋01標段首級平面控制網(wǎng)級別確定為C級GPS布設(shè)網(wǎng)；對該公路大橋的高程控制網(wǎng)等級確定二等水準布設(shè)網(wǎng)。通過相應(yīng)的C級GPS平面布設(shè)網(wǎng)，以及二等高程水準布設(shè)網(wǎng)的施測，實現(xiàn)本項目的三角高程測量。

（2）高程測量方法的確定：因為本工程的目的是為了對馬鞍山長江公路大橋01標段的橋梁路段實施養(yǎng)護，且由于該路段長江大橋又早已完成通車。因此，本次水準測量的實施，工程條件非常復(fù)雜。不僅橋梁長度過大，并且受橋梁主體結(jié)構(gòu)、以及周圍其它障礙物的影響，視線通視條件非常差。同時受周圍地形條件的限制、以及行人與車輛的影響，很難對該路段的跨河水準測量實施一次性，或分幾次完成測量。因此，如果采取常規(guī)水準測量的方法，完成本次跨河測量，其誤差會非常大。所以，為了控制本項目工程測量的精度，保證水準測量的質(zhì)量，需要采取三角高程測量的方法，完成本次水準測量的實施。通過布設(shè)高程控制網(wǎng)，計算出兩次水準測量之間的高差與高程，然后通過高程傳遞的方法，計算出江面另一側(cè)水準控制點的高差，求出其高程。

2.3 水準控制網(wǎng)的布設(shè)

馬鞍山長江公路大橋工程中，高程控制測量以國家一等水準點為起算點，按二等水準精度布設(shè)二等水準網(wǎng)及跨河三角高程網(wǎng)，作為本次高程基本控制網(wǎng)。其高程控制網(wǎng)由2個一等水準點作為起算點，24個待定點，1條附合路線，4個閉合環(huán)組成，水準路線總長93.3千米（不含跨江）。其水準觀測的主要技術(shù)要求為：二等水準網(wǎng)施測的儀器全部采用數(shù)字水準儀施測，高程控制網(wǎng)的施測和加密一次完成。

3 跨河三角高程的測量

3.1 跨河水準觀測的要求

a.跨河水準觀測在風力微和、氣溫變化小的陰天進行，氣象條件不符合觀測要求時，均不觀測。

b.觀測開始前30分鐘，先將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致。觀測時遮蔽陽光。

c.晴天觀測，上午在日出后1小時起至太陽中天前2小時止；下午自中天后2小時起至日落前1小時止。陰天只要呈像清晰、穩(wěn)定均進行觀測。

d.目標點（鏡站）使用腳架撐穩(wěn)，并應(yīng)適時保證圓氣泡和管氣泡的居中。

e.一測回的觀測完成后，間歇15-20分鐘再開始下一測回的觀測。

f.兩臺儀器對向觀測時，并使用通訊工具，使得兩岸同一測回的觀測能做到同時開始與結(jié)束。

g.跨河水準取用的全部測回數(shù)，上、下午應(yīng)各占一半。

h.跨河觀測開始時對兩岸的固定點與目標點（鏡站）間，進行一次往返測，作為檢測目標點（鏡站）有無變動的基準。

3.2 跨河三角高程的測量

采用兩臺測量機器人進行對向觀測，測定偏離水平視線標志的傾角，并測量測站至鏡站的距離，計算兩點間的高差。為了達到高程精密傳遞的目的，在圖形設(shè)計時，增加兩條觀測視線，測量6條邊，增加了多余觀測。

a.距離測量。采用測距精度為（1mm+1×10ppm×D，測角精度±0.5秒的全站儀施測。

距離測量技術(shù)要求和觀測限差按表1規(guī)定執(zhí)行。

表1 跨河距離測量技術(shù)要求和觀測限差

如圖1所示，為測距三角高程法的圖形布置圖，按圖中所示，分別測定AB、CD、AC、AD、BC、BD各邊的距離，往返測2個測回，往返測距差不大于3毫米。測距儀每照準反射鏡1次，讀4次數(shù)為1測回。儀器高和反射鏡高量至1毫米，兩次高差測量之差應(yīng)小于3毫米。距離按規(guī)范要求進行氣象元素的測定，并進行氣象改正和儀器常數(shù)改正，將邊長歸算到A、B、C、D各點的平均高程面上。

圖1 測距三角高程法的圖形布置

b.垂直角測量。垂直角測量采用測距精度為（1mm+1× 10ppm×D，測角精度±0.5秒的全站儀施測。觀測近標尺垂直角時，以標尺上最接近儀器水平視線的1個標尺分劃線為目標，采用盤左盤右的方法，對分化的上下邊緣分別照準讀數(shù)2次，同一位置的讀數(shù)差值應(yīng)小于3秒，然后取平均值。觀測遠標尺垂直角時，以標尺上的覘板標志進行測量。每組觀測中在盤左盤右位置對每個照準標志讀取4次讀數(shù)，同一標志的讀數(shù)差值應(yīng)小于3秒。垂直角指標差互查符合表2要求。

表2 垂直角測量指標差互差精度要求（單位：秒）

4 三角高程跨河水準的精度分析

馬鞍山長江公路大橋左汊、右汊跨江三角高程測量路線。通常實施測量，其三角高程閉合環(huán)差統(tǒng)計表如下表3、表4所示：

表3 馬鞍山公路大橋左汊跨江三角高程測量閉合環(huán)差統(tǒng)計表

表4 馬鞍山公路大橋右汊跨江三角高程測量閉合環(huán)差統(tǒng)計表

由上表可以看出，表中各閉合環(huán)均小于對應(yīng)限差，即滿足二等水準測量要求；與橋梁控制網(wǎng)進行平差后，其高差中誤差為±0.5㎜，小于精度要求±1㎜，滿足二等水準測量的精度要求。

5 結(jié)語

文章闡述了三角高程水準測量的原理及方法；然后以馬鞍山長江公路大橋01標段的橋梁控制網(wǎng)布設(shè)項目為例，介紹了馬鞍山長江公路大橋01標段工程概況；分析了該大橋01標段高程測量技術(shù)難點及其三角高程控制網(wǎng)的布設(shè)情況；探討了該路段三角高程水準測量的主要方法。通過實例，證明了對于跨河水準測量，三角高程測量方法的可行性與可靠性。