吳珍麗

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)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(cè)量

吳珍麗?

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量方案及實(shí)施情況,在測(cè)量中采用了GPS定位技術(shù)來建立施工控制網(wǎng),整個(gè)施工控制網(wǎng)的測(cè)量包括施工平面控制網(wǎng)測(cè)量和施工高程控制網(wǎng)測(cè)量。結(jié)果表明獲得的平面和高程控制測(cè)量成果精度均優(yōu)于二等精度,可滿足工程定測(cè)和施工測(cè)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(cè)量

1　引 言

采用了GPS靜態(tài)測(cè)量和數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)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(zhǎng)周期精確施工放樣的需要,需要進(jìn)行施工控制網(wǎng)測(cè)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(jì)及施測(cè)情況,整個(gè)施工控制網(wǎng)的測(cè)量包括施工平面控制網(wǎng)測(cè)量和施工高程控制網(wǎng)測(cè)量。

大型橋梁工程由于兩岸通視困難,用傳統(tǒng)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量中

2　施工平面控制網(wǎng)測(cè)量

(1)精度設(shè)計(jì)

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

(2)選點(diǎn)布網(wǎng)

選點(diǎn)時(shí)充分考慮本工程特點(diǎn),要求點(diǎn)位分布合理,盡可能地布設(shè)在橋梁各控制工程區(qū)段;點(diǎn)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(hào)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(hào)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(diǎn)的保護(hù)[5]。

圖1　平面控制網(wǎng)示意圖

共布設(shè)32個(gè)GPS平面控制點(diǎn),即DQ1～DQ32。其中DQ1～DQ10、DQ12、DQ13、DQ15、DQ17、DQ19、DQ22、DQ23、DQ29、DQ30共19個(gè)控制點(diǎn)為強(qiáng)制歸心觀測(cè)墩,DQ32埋設(shè)房頂標(biāo)石,其余12個(gè)控制點(diǎn)埋設(shè)地面普通標(biāo)石。上述32個(gè)控制點(diǎn)和2個(gè)已知控制點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)不同位置分別采用不同方式埋設(shè)控制點(diǎn)標(biāo)石,確保控制點(diǎn)具有足夠的穩(wěn)定性。對(duì)位于樓房屋頂牢固結(jié)構(gòu)上的點(diǎn),直接在混凝土表面埋設(shè)測(cè)量標(biāo)志;對(duì)于設(shè)在土質(zhì)地面上的點(diǎn),采取開挖基礎(chǔ)和現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土標(biāo)石的方法加固,點(diǎn)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(cè)

為了保證控制網(wǎng)成果的質(zhì)量和可靠精度,外業(yè)觀測(cè)在控制點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)足夠穩(wěn)定后開始。根據(jù)測(cè)區(qū)條件及控制網(wǎng)特點(diǎn),采用GPS靜態(tài)相對(duì)測(cè)量模式,對(duì)全橋平面控制網(wǎng)進(jìn)行觀測(cè)。采用4臺(tái)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(cè)。為了確保平面控制網(wǎng)的測(cè)量精度,觀測(cè)中執(zhí)行如下主要技術(shù)要求如下:衛(wèi)星高度角≥15°,同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4顆,時(shí)段觀測(cè)時(shí)間≥120 min,點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子(GDOP)≤6,異步環(huán)構(gòu)成邊數(shù)≤5,時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥30 min。

(5)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后,對(duì)觀測(cè)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?；€解算時(shí)經(jīng)過重復(fù)基線、同步環(huán)和異步環(huán)閉合差檢驗(yàn),剔除超限的基線觀測(cè)值,如表1所示。

GPS點(diǎn)點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表　表1

經(jīng)檢驗(yàn),所有基線均滿足上述限差規(guī)定,說明觀測(cè)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(duì)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(diǎn)的點(diǎn)位精度列于表1。其中,最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為:±3．8 mm;最弱邊DQ24～DQ25的邊長(zhǎng)中誤差為±0．8 mm,邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/38．3萬;橋中線邊DQ1～DQ2的邊長(zhǎng)相對(duì)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(jì)的要求,優(yōu)于二等GPS網(wǎng)精度。

(6)邊長(zhǎng)檢測(cè)

為了檢核GPS控制網(wǎng)的外部精度,采用Leica TC2003全站儀精密測(cè)量了4條邊長(zhǎng),所測(cè)4條邊分布于洞庭湖兩岸。每條邊均往返觀測(cè)了各4個(gè)測(cè)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(cè)量邊長(zhǎng)與GPS網(wǎng)平差邊長(zhǎng)對(duì)比如表2所示,邊長(zhǎng)互差最大值為6．1 mm,進(jìn)一步說明了GPS測(cè)量成果的可靠性,如表2所示。

GPS邊長(zhǎng)與全站儀邊長(zhǎng)對(duì)比表　表2

3　施工高程控制網(wǎng)測(cè)量

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

(1)精度設(shè)計(jì)

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

(2)選點(diǎn)、布網(wǎng)及埋石

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

(3)陸地二等水準(zhǔn)測(cè)量

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

(4)跨河水準(zhǔn)測(cè)量

在橋中線上游約500 m的位置布設(shè)兩條跨河線,跨河長(zhǎng)度約為1．2 km,跨河場(chǎng)地布設(shè)成平行四邊形。采用2臺(tái)TC 2003全站儀及因瓦水準(zhǔn)尺按經(jīng)緯儀傾角法測(cè)量。限差及操作按《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)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(yàn)算,兩條跨河線各單測(cè)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(duì)全橋高程控制網(wǎng)進(jìn)行了嚴(yán)密平差,以已知水準(zhǔn)點(diǎn)“ⅡCX1-1”的高程作為全網(wǎng)高程起算。平差后,最弱點(diǎn)的高程中誤差為±3．33 mm。各水準(zhǔn)點(diǎn)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(cè)量精度達(dá)到了規(guī)定要求,優(yōu)于國(guó)家二等精度,完全能滿足施工測(cè)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(diǎn)選、埋規(guī)范,布網(wǎng)合理。測(cè)量中采用了GPS靜態(tài)測(cè)量和數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù),所獲得的平面和高程控制測(cè)量成果精度均優(yōu)于鐵路二等精度,滿足了工程施工測(cè)量應(yīng)用的需要。

[1] 袁紹洪．GPS在施工控制網(wǎng)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量規(guī)范[S]．

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

[6] GB/T 12897-2006．國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)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(cè)量及攝影測(cè)量工作。

中國(guó)中鐵股份有限公司科技開發(fā)計(jì)劃(2013-重點(diǎn)-7)