荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網(wǎng)測量

吳珍麗

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430050)

荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網(wǎng)測量

吳珍麗?

(中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430050)

大型橋梁工程由于兩岸通視困難,用傳統(tǒng)測量方法直接布設(shè)大橋工程控制網(wǎng)及進(jìn)行大橋施工測量非常困難,因此GPS定位技術(shù)在大型橋梁工程的施工控制網(wǎng)測量中應(yīng)用廣泛。本文詳細(xì)介紹了荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網(wǎng)的測量方案及實施情況,在測量中采用了GPS定位技術(shù)來建立施工控制網(wǎng),整個施工控制網(wǎng)的測量包括施工平面控制網(wǎng)測量和施工高程控制網(wǎng)測量。結(jié)果表明獲得的平面和高程控制測量成果精度均優(yōu)于二等精度,可滿足工程定測和施工測量應(yīng)用的需要。

荊岳鐵路洞庭湖大橋;施工控制網(wǎng);GPS;跨河水準(zhǔn)測量

1　引 言

采用了GPS靜態(tài)測量和數(shù)字水準(zhǔn)測量技術(shù)。

荊岳鐵路專線洞庭湖大橋是荊岳鐵路專線中的關(guān)鍵性控制工程之一,主橋橋型擬采用鋼箱鋼桁疊合梁斜拉橋,主孔跨度2 m×406 m。橋址位于洞庭湖口,距下游城陵磯約1．5 km,距上游已建成通車的洞庭湖公路大橋約4．2 km。為了滿足大橋長周期精確施工放樣的需要,需要進(jìn)行施工控制網(wǎng)測量。本文詳細(xì)介紹了荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網(wǎng)的設(shè)計及施測情況,整個施工控制網(wǎng)的測量包括施工平面控制網(wǎng)測量和施工高程控制網(wǎng)測量。

大型橋梁工程由于兩岸通視困難,用傳統(tǒng)測量方法直接布設(shè)大橋工程控制網(wǎng)及進(jìn)行大橋施工測量是非常不容易的,因此GPS定位技術(shù)在大型橋梁工程的施工控制網(wǎng)測量中應(yīng)用廣泛[1～3]。本文也采用了GPS定位技術(shù)來建立平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng),在測量中

2　施工平面控制網(wǎng)測量

(1)精度設(shè)計

根據(jù)工程特點和測區(qū)條件,按二等GPS網(wǎng)精度施測全橋平面控制網(wǎng),要求最弱點的坐標(biāo)中誤差(mx及my)不大于10 mm,最弱邊邊長相對中誤差不大于1/180000[4]。

(2)選點布網(wǎng)

選點時充分考慮本工程特點,要求點位分布合理,盡可能地布設(shè)在橋梁各控制工程區(qū)段;點位處應(yīng)視野開闊,便于安置接收機(jī)和操作;附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號的物件,50 m以內(nèi)不應(yīng)有高壓電線和微波天線以及電信號通道等電磁干擾;交通方便,便于使用;地面基礎(chǔ)穩(wěn)定,避開施工干擾,利于點的保護(hù)[5]。

圖1　平面控制網(wǎng)示意圖

共布設(shè)32個GPS平面控制點,即DQ1～DQ32。其中DQ1～DQ10、DQ12、DQ13、DQ15、DQ17、DQ19、DQ22、DQ23、DQ29、DQ30共19個控制點為強(qiáng)制歸心觀測墩,DQ32埋設(shè)房頂標(biāo)石,其余12個控制點埋設(shè)地面普通標(biāo)石。上述32個控制點和2個已知控制點共同構(gòu)成GPS平面控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)示意圖如圖1所示。

(3)造標(biāo)埋石

控制點標(biāo)石的穩(wěn)定性是衡量控制網(wǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)控制點不同位置分別采用不同方式埋設(shè)控制點標(biāo)石,確?？刂泣c具有足夠的穩(wěn)定性。對位于樓房屋頂牢固結(jié)構(gòu)上的點,直接在混凝土表面埋設(shè)測量標(biāo)志;對于設(shè)在土質(zhì)地面上的點,采取開挖基礎(chǔ)和現(xiàn)場澆注混凝土標(biāo)石的方法加固,點位開挖深度視具體情況而定,原則上應(yīng)達(dá)硬質(zhì)土層,一般情況下深度在1．5 m左右。

(4)GPS外業(yè)觀測

為了保證控制網(wǎng)成果的質(zhì)量和可靠精度,外業(yè)觀測在控制點標(biāo)石埋設(shè)足夠穩(wěn)定后開始。根據(jù)測區(qū)條件及控制網(wǎng)特點,采用GPS靜態(tài)相對測量模式,對全橋平面控制網(wǎng)進(jìn)行觀測。采用4臺Trimble R8 GPS接收機(jī)按技術(shù)規(guī)范中二等網(wǎng)要求進(jìn)行同步觀測。為了確保平面控制網(wǎng)的測量精度,觀測中執(zhí)行如下主要技術(shù)要求如下:衛(wèi)星高度角≥15°,同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4顆,時段觀測時間≥120 min,點位幾何圖形強(qiáng)度因子(GDOP)≤6,異步環(huán)構(gòu)成邊數(shù)≤5,時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間≥30 min。

(5)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)觀測結(jié)束后,對觀測成果進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差。采用Trimble隨機(jī)軟件TGO1．63解算基線,使用武漢大學(xué)研制的GPS專用平差軟件COSA GPS進(jìn)行網(wǎng)平差。基線解算時經(jīng)過重復(fù)基線、同步環(huán)和異步環(huán)閉合差檢驗,剔除超限的基線觀測值,如表1所示。

GPS點點位中誤差統(tǒng)計表　表1

經(jīng)檢驗,所有基線均滿足上述限差規(guī)定,說明觀測值中不含粗差,所有基線可供內(nèi)業(yè)平差之用。然后在WGS-84坐標(biāo)系下對基線向量網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差,再在橋梁施工坐標(biāo)系中進(jìn)行二維約束平差。

平差后,各控制點的點位精度列于表1。其中,最弱點的點位中誤差為:±3．8 mm;最弱邊DQ24～DQ25的邊長中誤差為±0．8 mm,邊長相對中誤差為1/38．3萬;橋中線邊DQ1～DQ2的邊長相對中誤差為1/227．1萬。全部精度指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范及設(shè)計的要求,優(yōu)于二等GPS網(wǎng)精度。

(6)邊長檢測

為了檢核GPS控制網(wǎng)的外部精度,采用Leica TC2003全站儀精密測量了4條邊長,所測4條邊分布于洞庭湖兩岸。每條邊均往返觀測了各4個測回,并進(jìn)行了儀器加、乘常數(shù)改正,氣象改正,傾斜改正和投影改正(投影至正常高57 m)。全站儀測量邊長與GPS網(wǎng)平差邊長對比如表2所示,邊長互差最大值為6．1 mm,進(jìn)一步說明了GPS測量成果的可靠性,如表2所示。

GPS邊長與全站儀邊長對比表　表2

3　施工高程控制網(wǎng)測量

施工高程控制網(wǎng)整體按國家二等水準(zhǔn)測量精度[6]要求施測,其中跨河水準(zhǔn)采用經(jīng)緯儀傾角法進(jìn)行雙線測量。

(1)精度設(shè)計

本工程高程控制網(wǎng)按二等水準(zhǔn)測量精度施測,每公里水準(zhǔn)測量的偶然中誤差不大于1．0 mm。

(2)選點、布網(wǎng)及埋石

所有32個平面控制點(DQ32除外)同時兼作水準(zhǔn)點,點名與平面控制點相同。另外在橋中線附近的合適位置增設(shè)獨立標(biāo)石的水準(zhǔn)點4個(QBM0—QBM3),由上述水準(zhǔn)點及2個已知高程控制點(“ⅡCX1-1”、“JS”)共同構(gòu)成高程控制網(wǎng)。獨立水準(zhǔn)點的標(biāo)石按規(guī)定要求埋設(shè)。

(3)陸地二等水準(zhǔn)測量

陸地水準(zhǔn)點間高差按二等水準(zhǔn)測量要求,采用一臺Trimble Dini數(shù)字水準(zhǔn)儀及配套條碼尺進(jìn)行往、返觀測。水準(zhǔn)測量中往、返測高差較差、附合或環(huán)閉合差限差為4 F(F為水準(zhǔn)測量的環(huán)線或路線長度)。經(jīng)驗算,水準(zhǔn)測量所有外業(yè)成果符合限差規(guī)定。

(4)跨河水準(zhǔn)測量

在橋中線上游約500 m的位置布設(shè)兩條跨河線,跨河長度約為1．2 km,跨河場地布設(shè)成平行四邊形。采用2臺TC 2003全站儀及因瓦水準(zhǔn)尺按經(jīng)緯儀傾角法測量。限差及操作按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行,其中過江視線離水面高度≥8．2 m。成果的取舍按照規(guī)范要求進(jìn)行,經(jīng)驗算,兩條跨河線各單測回高差的最大互差均≤17．5 mm(限差);兩條跨河線構(gòu)成的閉合環(huán)差為1．35 mm,均滿足規(guī)范要求。

(5)高程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理

采用武漢大學(xué)研制的CODAPS平差軟件對全橋高程控制網(wǎng)進(jìn)行了嚴(yán)密平差,以已知水準(zhǔn)點“ⅡCX1-1”的高程作為全網(wǎng)高程起算。平差后,最弱點的高程中誤差為±3．33 mm。各水準(zhǔn)點高程精度列入表3中。所有這些精度指標(biāo)表明:高程控制網(wǎng)測量精度達(dá)到了規(guī)定要求,優(yōu)于國家二等精度,完全能滿足施工測量應(yīng)用的需要,如表3所示。

4　結(jié) 語

荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)好,控制點選、埋規(guī)范,布網(wǎng)合理。測量中采用了GPS靜態(tài)測量和數(shù)字水準(zhǔn)測量技術(shù),所獲得的平面和高程控制測量成果精度均優(yōu)于鐵路二等精度,滿足了工程施工測量應(yīng)用的需要。

[1] 袁紹洪．GPS在施工控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用探討[J]．西部探礦工程,2008(4):141～142．

[2] 陳文通．GPS在特大橋施工控制網(wǎng)測量中的應(yīng)用[J]．福建建筑,2005(Z1):179～180,165．

[3] 來麗芳．GPS在大型橋梁工程控制測量中的應(yīng)用研究[D]．杭州:浙江大學(xué),2005．

[4] TB 10101-2009．鐵路工程測量規(guī)范[S]．

[5] GB/T 18314-2009．全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S]．

[6] GB/T 12897-2006．國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]．

Construction Control Network Survey for the Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway

Wu Zhenli

(China Railway Major Bridge Reconnaissance&Design Institute Co．,Ltd．Wuhan 430050,China)

It is very difficult to build bridge project control network and carry on the bridge construction survey using tradition measuring techniques directly for large bridges because of both banks intervisibility is extremely difficult．Therefore,the GPS technology is widely used in the survey of construction control network for large bridges．This paper introduces the design and the implementation of the construction control network for the Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway．In survey,the GPS technology is used to build the construction control network．The survey of construction control network consists of the survey of plane control network and the survey of elevation control network．Results indicate that both the accuracy of horizontal and the vertical results of the control network are better than the standards of the 2nd order national network,which can satisfy the demands for location survey and construction survey applications．

Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway;construction control network;GPS;river-crossing leveling; digital level

1672-8262(2016)01-31-03

P228

B

?2015—12—29

吳珍麗(1984-),女,工程師,博士,主要從事工程測量及攝影測量工作。

中國中鐵股份有限公司科技開發(fā)計劃(2013-重點-7)