淺談跨江河大橋的測(cè)量控制

項(xiàng)君

【摘 要】近年來，大跨度跨江（河）大橋施工越來越多，測(cè)量控制是橋梁施工控制中一個(gè)相當(dāng)重要的部分。文章通過對(duì)南寧鐵路樞紐新南寧邕江四線特大橋跨邕江橋墩的測(cè)量控制的分析，重點(diǎn)對(duì)跨河測(cè)量的平面、高程及變形觀測(cè)控制進(jìn)行闡述，以達(dá)到提高測(cè)量精度的目的。

【關(guān)鍵詞】跨江（河）；GPS平面；三角高程；控制

【中圖分類號(hào)】U442 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）01-0085-03

0 引言

新南寧邕江四線特大橋梁全長(zhǎng)1 723.68 m，依次跨越江北大道、邕江、江南大道、五一路。邕江在本橋位處屬內(nèi)河Ⅱ級(jí)航道，橋位跨越邕江處江面寬約370 m，江面至軌面約33.5 m。連續(xù)梁主墩采用圓端形實(shí)體墩，邊墩及其余橋跨橋墩均采用矩形墩、鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)。本橋主跨（72+2×128+72）m連續(xù)梁20#～22#號(hào)橋墩基礎(chǔ)位于邕江水中，現(xiàn)施工常水位水深5.3～13.8 m，且河床覆蓋層較厚，30 m內(nèi)地質(zhì)大致情況是第一層覆蓋層黏土厚1.5 m，第二層細(xì)圓礫土厚10 m，第三層泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖夾褐煤厚20 m。當(dāng)路線跨越江河時(shí)，前后視距將相差很大，測(cè)量的精度將會(huì)降低，同時(shí)儀器i角誤差及大氣折光的影響也會(huì)急劇增大。為了滿足大橋施工放樣的需要，建立高精度、高可靠性的大橋施工測(cè)量控制網(wǎng)是十分必要的。

1 平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)

1.1 布網(wǎng)

GPS平面控制網(wǎng)的所有控制點(diǎn)與橋軸線的里程起算點(diǎn)及橋軸線方向存在著精密的相對(duì)關(guān)系。對(duì)大跨徑橋梁來說，GPS控制網(wǎng)一般應(yīng)由一個(gè)或若干個(gè)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)構(gòu)成，以三角形和大地四邊形組成的混合網(wǎng)的形式布設(shè)。由于大跨徑橋梁的實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)在投影面上的變形影響較大，因此應(yīng)采用工程獨(dú)立坐標(biāo)系，把投影的中央子午線設(shè)定在橋梁中軸線處，實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)歸算至測(cè)區(qū)的抵償高程面上。在選定這些控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意下列問題。

（1）GPS控制網(wǎng)的控制點(diǎn)必須能控制全橋及與之相關(guān)的重要附屬工程。

（2）橋軸線一般是控制網(wǎng)中的一條邊。

（3）所有控制點(diǎn)都必須選定在開闊、安全、穩(wěn)固的地方，以便于安置GPS接收機(jī)和接收衛(wèi)星信號(hào)，高度角15°以上不能有障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)，遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺(tái)和高壓輸電線。

（4）GPS控制網(wǎng)的圖形應(yīng)力求簡(jiǎn)單、剛強(qiáng)，以利于提高精度。同時(shí)，應(yīng)保證控制網(wǎng)的擴(kuò)展和墩臺(tái)定位的精度。此外，還應(yīng)注意邊長(zhǎng)要適中，各邊長(zhǎng)度不宜相差過大，且方便施工定位放樣和減少工作量。

利用GPS測(cè)量方法具有比傳統(tǒng)的三角網(wǎng)測(cè)量方法布網(wǎng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，我們?cè)跇蛑番F(xiàn)場(chǎng)通視不利的情況下，通過精心設(shè)計(jì)和比選，在沿邕江兩岸防洪大堤布設(shè)了如圖1所示的平面控制網(wǎng)，在控制點(diǎn)上埋設(shè)頂部為半球狀并刻有“十”字形的鋼筋頭，兼作高程控制點(diǎn)使用。

1.2 觀測(cè)

GPS獨(dú)立控制網(wǎng)觀測(cè)采用4臺(tái)Trimble雙頻5800ⅡGPS接收機(jī)（標(biāo)稱精度≤5 ppm+1 ppm）同時(shí)作業(yè)，按相對(duì)靜態(tài)定位模式觀測(cè)，每條基線均做2個(gè)時(shí)段的觀測(cè)，每個(gè)時(shí)段觀測(cè)時(shí)間≥60 min，接收機(jī)采樣間隔設(shè)置為15 s，衛(wèi)星截止高度角為15°，觀測(cè)PDOP≤8。觀測(cè)時(shí)，滿足GPS三等測(cè)量《全球定位系統(tǒng)（GPS）鐵路測(cè)量規(guī)程》（TB10054-97）作業(yè)的基本技術(shù)要求（見表1）。

1.3 平差計(jì)算

GPS基線數(shù)據(jù)處理軟件采用隨GPS接收機(jī)配置的TGO靜態(tài)后處理軟件，網(wǎng)平差軟件采用科傻平差軟件。

計(jì)算坐標(biāo)時(shí)，以橋左線中心為坐標(biāo)縱（X）軸，里程增加方向?yàn)檎?；與X軸垂直的方向?yàn)樽鴺?biāo)橫（Y）軸，X軸左側(cè)為負(fù)，右側(cè)為正，通過之前建立的獨(dú)立控制網(wǎng)得出加密點(diǎn)坐標(biāo)。

1.4 精度情況

邕江四線特大橋獨(dú)立控制網(wǎng)以邕江橋左線中心線為基線軸，里程增加方向?yàn)檎颍肈1K3+220、D1K3+904作為約束平差的固定點(diǎn)進(jìn)行平差。

按GPS二維約束平差法得到點(diǎn)位精度及最弱邊精度。二維約束平差點(diǎn)位中誤差最大為0.08 cm，最小為0.06 cm。盡管圖形條件較為簡(jiǎn)單，誤差卻很小，說明GPS作業(yè)精度是相當(dāng)高的。二維約束平差最弱邊變長(zhǎng)相對(duì)中誤差的精度為YJQ-1～D1K3+904=1/265 000<1/100 000，滿足規(guī)范要求。

通過上述數(shù)據(jù)的分析可知，該獨(dú)立控制網(wǎng)的精度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，滿足邕江四線特大橋的施工要求。

2 高程控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)

2.1 布網(wǎng)

根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，本項(xiàng)目跨河水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)選用國(guó)家二等，采用測(cè)距三角高程法并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)施方案主要有以下幾個(gè)方面。

如圖2所示，在河邊兩岸分別選取4個(gè)點(diǎn)YJQ-1、YJQ-2、YJQ-3、YJQ-4，距離河道15～20 m，4個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成大地四邊形，跨河視線長(zhǎng)度為500 m，同岸點(diǎn)間距離50 m?？绾犹巸砂兜添敻邽?7～83 m（國(guó)家84高程系統(tǒng)，以下相同），河床水面標(biāo)高為61～68 m，兩岸地形及觀測(cè)場(chǎng)地條件基本相似，觀測(cè)時(shí)視線高度為78～83 m，視線離水面（最高潮水位）高約10 m，跨河視線垂直角在±1°范圍內(nèi)。

2.2 儀器設(shè)備

選用1臺(tái)徠卡TC402全站儀，其方向觀測(cè)精度為2''，測(cè)角最小顯示為1''，測(cè)距精度為in=±（2 mm+2 ppm），測(cè)距顯示1 mm；1臺(tái)天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀和1條銦鋼精密條碼水準(zhǔn)尺，儀器標(biāo)稱精度為±0.3 mm/km。

2.3 觀測(cè)方法

距離測(cè)量與垂直角觀測(cè)分開進(jìn)行，但需保證各測(cè)回?cái)?shù)量平均分布于各時(shí)間段。

（1）本岸測(cè)站點(diǎn)間高差測(cè)定。本岸測(cè)站點(diǎn)間高差采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法直接測(cè)定，將YJQ-1、YJQ-3和YJQ-2、YJQ-4作為一個(gè)測(cè)站，按三等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行往返觀測(cè)，取往返測(cè)高差中數(shù)作為測(cè)站點(diǎn)間高差的正式成果。

（2）距離觀測(cè)。各測(cè)站點(diǎn)間距離采用全站儀測(cè)定，平距直接采用全站儀輸入各項(xiàng)參數(shù)后的改平平距。每照準(zhǔn)一次，讀4次數(shù)為一測(cè)回，共測(cè)6組，取其均值為最終水平距離。

（3）垂直角觀測(cè)。在YJQ-1、YJQ-3兩點(diǎn)分別架設(shè)全站儀，YJQ-2、YJQ-4兩點(diǎn)豎立對(duì)中桿加棱鏡，同時(shí)觀測(cè)本岸近標(biāo)尺（與儀器在同岸的棱鏡為近標(biāo)尺，在對(duì)岸的為遠(yuǎn)標(biāo)尺），觀測(cè)完畢后再同時(shí)觀測(cè)對(duì)岸遠(yuǎn)標(biāo)尺，觀測(cè)步驟、順序見表2。觀測(cè)結(jié)束，共完成8個(gè)單測(cè)回。重復(fù)表2中的步驟，共測(cè)5組。

（4）復(fù)核測(cè)量。使用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測(cè)量作為檢驗(yàn)。

對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，垂直角觀測(cè)時(shí)的同一標(biāo)志4次照準(zhǔn)讀數(shù)差小于4''，同一標(biāo)志垂直角互差小于5''；高差間的互差最大為16 mm，小于限差；以上觀測(cè)計(jì)算結(jié)果見表2。

2.5 精度分析

由觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，觀測(cè)數(shù)據(jù)高差間互差最大為16 mm，小于限差為24 mm；按照國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，其精度達(dá)到三等水準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

通過對(duì)邕江四線特大橋控制網(wǎng)測(cè)量控制的實(shí)踐可知，GPS應(yīng)用于跨越河道橋梁工程測(cè)量是切實(shí)可行的。GPS測(cè)量相比傳統(tǒng)測(cè)量具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)控制點(diǎn)的埋設(shè)位置、氣候均有極高的要求。因此，在視野開闊、障礙物較少的區(qū)域，采用GPS測(cè)量比傳統(tǒng)的測(cè)量更具有優(yōu)勢(shì)。

在高程測(cè)量方面，在觀測(cè)合理、處理方法得當(dāng)?shù)那闆r下，精密三角高程測(cè)量可以很容易地實(shí)現(xiàn)國(guó)家三等水準(zhǔn)測(cè)量，顯著地縮短了水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)工作周期，降低了測(cè)量成本。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]