长距离跨海大桥施工控制网测量
李剑坤
【摘要】介绍了平潭海峡公铁两用大桥施工控制网的设计方案与实现过程,并对解算指标和实测成果进行详细分析研究.结果表明,所采用的技术方法精度可靠,完全满足长距离跨海大桥施工测量的应用需要.
【期刊名称】《铁道勘察》
【年(卷),期】2013(039)002
【总页数】3页(P1-3)
【关键词】平潭海峡;公铁两用大桥;Gamit;跨海水准
【作者】李剑坤
【作者单位】中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉430050
【正文语种】中文
【中图分类】P221;P224
平潭海峡公铁两用大桥位于福建省中东部沿海，是合福铁路的延伸及京福通道的重要组成部分，全长约16.348 km。
该桥是上岛铁路的关键性控制工程。
与一般跨海大桥施工控制网的设计和实施相比，本项目具有以下特点：桥梁终点为四面环海的平潭岛，桥位途径4个岛屿，交通不便。
水准网的整网闭合必须10次跨越海域，且线路总长超过20 km。
可选择的控制测量手段少，且区域气象环境恶劣，台风频发，不利于跨海高程传递的实施。
借鉴现有大型桥梁施工控制网经验
[1]，根据本项目的特点，有针对性对其施工控制网进行设计与实施，并对成果进行分析。
1 施工控制网设计
1.1 平面控制网设计
施工平面控制网设计分为首级网和加密网两级，其中首级网、加密网的精度和技术指标参照GPS B级网和C级网[2]。
全网共布设18个GPS平面控制点，即
DQ1～DQ18。
其中DQ1、DQ3～DQ7、DQ9、DQ11、DQ12、DQ18共10个控制点构成GPS B级网，DQ2、DQ8、DQ10、DQ13～DQ17共8个控制点与部分GPS B级控制点共同构成GPS C级网，施工平面控制网见图1。
平面控制网精度设计：首级网相邻点间基线水平分量中误差≤5 mm，相邻点间基线垂直分量中误差≤10 mm；加密网相邻点间基线水平分量中误差≤10 mm，相邻点间基线垂直分量中误差≤20 mm。
1.2 高程控制网设计
采用平面控制点兼作高程控制网点，并设计10次跨越海域联测，形成5个水准闭合环，构成施工高程控制网(如图2)。
图1 施工平面控制网
施工高程控制网网按国家二等水准测量精度和技术指标施测。
其中跨海域部分根据规范[3]要求，按测距三角高程法双线跨海方式实施，每条跨海线路施测作业计划如表1。
图2 施工高程控制网
表1 跨海水准作业计划序号跨海距离/km最少时段/h双测回数半测回组数1号1 681242号1 781243号3 4142584号1 581245号1 361046号1 881447号1 881448号1 461049号1 068410号2 210188
陆地水准精度设计：往返测高差较差、附合或环闭合差限差为(F为水准测量的环
线或路线长度)；跨海水准限差要求：各测回垂直角观测的限差指标差互差≤8″，
同一标志垂直角互差≤4″。
各测回间高差互差限差为dH限环闭合差限差为分别为每千米水准测量偶然中误差限值、每千米水准测量的全中误差限值(mm)，N为单测回的测回数，S为跨海视线长度(km)。
2 外业观测
2.1 平面控制网观测
控制点均埋设至基岩的强制归心观测墩。
施工平面控制网中首级网和加密网均采用GPS静态相对测量模式观测，利用10台Trimble R8 GPS接收机，按静态相对测量模式同步观测4个时段。
外业观测按表2中技术指标严格执行。
2.2 高程控制网观测
施工高程控制网分陆地水准和跨海水准两部分，共计完成二等水准联测22.8 km，跨河(海)水准测量10处。
受当地亚热带海洋性气候的影响，跨海水准测量时水准
尺读数精度降低，另一方面水准仪i角误差及大气折光的影响也急剧增大。
按文献[4]中规定的三角高程法进行作业，合格率较低。
因此，按文献[3]中经过改进后的
二等测距三角高程法进行施测。
每条跨海线场地布设成平行四边形，四个角点均埋设水准标钉并刻“十”标记，采用2台Leica TS30全站仪及配套铟瓦水准尺同时对向观测，并自动记录，远标尺上均设立1个觇标灯。
每条跨海按双线跨海方式，严格按照表1中技术要求实施。
表2 GPS观测主要技术要求项目B级网C级网卫星截止高度角/(°)1015同时观
测有效卫星数≥4≥4有效观测卫星总数≥20≥6观测时段数≥4≥2时段长度/h≥23
5≥4采样间隔/s3015
3 解算与分析
3.1 施工平面控制网
(1)基线解算
首级网采用Gamit 10.4解算软件和IGS精密星历进行基线解算[5-6]，加密网采用商用软件TBC解算基线。
本项目位于沿海，我国所有的海洋负荷潮改正都是由东向西减少，沿海地区最大[7]。
因此，采用gamit解算B级网基线时考虑了海潮对基线结果的影响，设置了相关合理的海潮改正模型，并在解算过程中进行修正，确保了基线解算的质量。
文献[8]指出，对于Gamit软件基线解的同步环检核，可以把基线解算精度指标nrms值作为同步环优劣检核的一个指标，一般认为nrms 值0.12～0.5是合理的。
根据国内外GPS数据处理经验[8-10]，nrms值在0.25左右为最优。
B级网基线解算nrms为0.19左右，接近0.25，说明GPS首级网的整体外业观测质量较高，基线解的精度较理想。
(2)二维平差点位中误差
采用CosaGPS对首级网和加密网分别进行平差。
平差后点位精度见表3，其中首级网最弱点(DQ4)的点位中误差为±1.8 mm，平均点位中误差为±1.6 mm，最弱边DQ4—DQ6边长相对中误差为1/124.1万；加密网最弱点(DQ8)的点位中误差为±1.8 mm，最弱边DQ13—DQ14边长相对中误差为1/41万。
平面控制网精度满足相关规范和设计的要求。
表3 GPS点位中误差统计mm点名DQ3DQ4DQ5DQ6DQ7DQ9DQ11DQ12点位精度1 51 81 71 41 51 41 51 7点名
DQ2DQ8DQ10DQ13DQ14DQ15DQ16DQ17点位精度1 71 811 11 11 21 41 4首级网加密网
3.2 施工高程控制网
(1)环闭合差统计
陆地水准和跨海水准外业观测各项指标满足规范和上述设计要求，表4为高程控制网环闭合差精度统计。
表4 高程控制网环闭合差精度统计mm环编号12345环闭合差0 526 590 031 352 91限差15 6118 738 578 869 79
(2)高程精度统计
由表4可知，高程外业观测数据精度满足要求，采用CODAPS平差软件对全桥高程控制网进行整体严密平差，已知控制点DQ1的高程作起算数据。
平差后，每公里水准测量的偶然中误差为±0.90 mm，最弱点(DQ18)的高程中误差为±2.90 mm。
表5为高程控制网精度统计，高程控制网精度满足相关规范和设计的要求。
表5 高程控制网精度统计mm点名
SDQ1DQ2DQ3DQ4DQ5DQ6DQ7DQ8DQ9精度01 401 631 742 441 932 182 512 51点名DQ10DQ11DQ12DQ13DQ14DQ15DQ16DQ17DQ18精度2 472 452 602 602 652 732 752 882 90
4 结束语
平面控制网采用分级布网的设计方案施测，其中首级控制网按基准站建设要求进行设计和观测，可满足长距离跨海桥梁施工期间建立GNSS连续运行参考站系统的实际需求，还可求定施工区域精确的GPS高程拟合参数，供施工放样使用。
高程控制网跨越多个岛屿，跨海测量线路多，跨海高程测量难度较大，通过水准路线的优化设计和合理组织，采用经改进的全站仪三角高程跨海水准测量方法，有效地解决了复杂气候条件下长距离跨海高程测量的技术难题。
本文采用的测量方法适用于类似的长距离跨海大桥施工控制网测量。
参考文献
[1] 吴迪军，张建军，李书银.复杂特大型桥梁施工控制网的建立与复测[J].工程勘察，2007(3):45-47
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 18314—2009 全球定位系统(GPS)测量规范[S].北京:中国标准出版社，
2009
[3] 中华人民共和国铁道部.TB 10101—2009，J961—2009 铁路工程测量规范[S].北京:中国铁道出版社，2009
[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员
会.GB/T 12897—2006 国家一二等水准测量规范[S].北京:中国标准出版社，2006
[5] 武瑞宏.GAMIT软件的安装与使用[J].铁道勘察，2008(6):44-46
[6] 匡团结，王兵海.GAMIT软件在高速铁路高精度GPS网基线解算中的应用[J].铁道勘察，2008(6):31-32
[7] 周旭华，吴斌，李军.高精度大地测量中的海潮位移改正[J].测绘学报，2001，30(4):327-330
[8] 郭际明，周命瑞，吴迪军,等.高精度GPS大型桥梁工程控制网数据处理与质
量评估方法研究[J].测绘通报，2012(2):18-22
[9] 熊伟，吴迪军.GAMIT在高精度桥梁平面控制网中的应用[J].地理空间信息，2012，10(2):79-81
[10] 李剑坤，吴迪军.火箭橇滑轨基准线高精度GPS测量数据处理[J].工程勘察，2012(2):81-83。