港珠澳大橋西人工島施工測量控制網(wǎng)測設(shè)技術(shù)

沈家海，劉明，劉保永

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

港珠澳大橋西人工島施工測量控制網(wǎng)測設(shè)技術(shù)

沈家海，劉明，劉保永

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

港珠澳大橋西人工島控制網(wǎng)采用分級布網(wǎng)、逐級控制、分期測設(shè)的方法建立，在首級控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密控制測量，按照施工需求分期在加密控制網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行放樣控制網(wǎng)測設(shè)。

港珠澳大橋；人工島；控制網(wǎng)；測量

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，主體工程總長約35 km（其中香港界內(nèi)約6 km），采用橋隧組合方案，隧道出口與橋梁相接處修建長625 m的東、西兩個人工島。西人工島起止位置為K12+548至K13+173，施工任務(wù)包括振沉22 m直徑鋼圓筒、島體地基處理、現(xiàn)澆沉管對接面隧道暗埋段以及現(xiàn)澆隧道光柵段、敞開段等。

2 已有測量條件

2.1 首級控制網(wǎng)

港珠澳大橋首級控制網(wǎng)共布設(shè)了16個GPS兼平面控制點(diǎn)，分布在香港、澳門、珠海三地，平面測量為B級GPS精度，高程測量為二等水準(zhǔn)精度[1-2]。首級控制點(diǎn)最近距離西人工島約7.8 km，最遠(yuǎn)距離西人工島約30.4 km。

2.2 測量基準(zhǔn)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用以測區(qū)平均經(jīng)度為中央子午線的抵償高程面高斯正形投影平面坐標(biāo)系統(tǒng)。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。

3 施工測量控制網(wǎng)測設(shè)

針對施工測量任務(wù)、精度要求和施工環(huán)境等條件，施工測量控制網(wǎng)按照分級布網(wǎng)、逐級控制的原則，分為以下3個步驟進(jìn)行測設(shè)：

1）對交樁的首級控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，驗(yàn)證其可靠性和內(nèi)符合精度，合理選取固定的若干點(diǎn)，作為西人工島施工測量控制網(wǎng)的測量基準(zhǔn)點(diǎn)。

2）在施工區(qū)域進(jìn)行首級加密控制網(wǎng)測量，滿足RTK GPS測量的需要，并作為西人工島施工放樣控制網(wǎng)的測量基準(zhǔn)點(diǎn)。

3）在首級加密控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行施工放樣控制網(wǎng)測量，為測量放樣提供測站或后視控制點(diǎn)。

3.1 首級控制網(wǎng)復(fù)測

首級平面控制網(wǎng)復(fù)測按照GPSB級網(wǎng)精度執(zhí)行，使用Trimble R7 GPS接收機(jī)完成平面外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。首級高程控制網(wǎng)復(fù)測按照二等水準(zhǔn)測量的精度執(zhí)行，使用Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀完成高程外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。

GPS網(wǎng)基線數(shù)據(jù)處理采用GAMIT及IGS精密星歷解算，GPS網(wǎng)平差采用商用軟件CosaGPS。基線解算完成后，首先在WGS-84橢球下，進(jìn)行空間基線無約束平差，檢查GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度，然后在平面坐標(biāo)系下對控制網(wǎng)進(jìn)行二維約束平差，得到復(fù)測點(diǎn)的坐標(biāo)成果。高程數(shù)據(jù)平差采用商用軟件Codaps平差。

經(jīng)計(jì)算，復(fù)測的首級控制點(diǎn)符合交樁書中的指標(biāo)要求，滿足施工測量需要，并選定首級加密測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

3.2 首級加密控制網(wǎng)測設(shè)

3.2.1 點(diǎn)位選址

西人工島處于開敞式外海海域，如果控制點(diǎn)選擇在人工島島體上，則無法滿足前期施工測量的需求，應(yīng)建造專用平臺設(shè)置控制點(diǎn)。在東、西人工島軸線北側(cè)350 m處（即上游）各建造1座測量平臺，并在平臺上各設(shè)置2個平面測量點(diǎn)和1個水準(zhǔn)測量點(diǎn)。

3.2.2 測量等級及精度等級

平面采用B級GPS測量精度施測。對于高程，前期采用高精度GPS大地高和區(qū)域精化大地水準(zhǔn)面模型獲得，后期采用測距三角高程測量從首級控制點(diǎn)引測。

3.3 施工放樣控制網(wǎng)測設(shè)

3.3.1 布設(shè)原則

1）東、西人工島測量平臺控制點(diǎn)是西人工島施工放樣控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。

2）西人工島結(jié)構(gòu)施工周期長，采用分期布網(wǎng)的辦法，滿足施工放樣需要，在島上永久結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)后，將控制點(diǎn)設(shè)置在結(jié)構(gòu)體上。

3）控制點(diǎn)的密度以能夠直接放樣或者一次轉(zhuǎn)點(diǎn)完成放樣為原則，以保證施工放樣的精度。

4）合理布設(shè)網(wǎng)形。由于施工期控制點(diǎn)處地基還在發(fā)生沉降位移，施工復(fù)測時應(yīng)保持同一網(wǎng)形和方法，以確保放樣基準(zhǔn)的連續(xù)性和一致性。

3.3.2 控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)

根據(jù)施工進(jìn)度和臨建安排，放樣控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖1所示，點(diǎn)名分別為X13-1、X53-1、X44-1、X38-1、X31-1、X22-1，相鄰點(diǎn)間距一般不大于300m。前期為西小島內(nèi)施工，控制網(wǎng)第一期主要測量X13-1、X22-1，為了增加網(wǎng)形強(qiáng)度，在島頭設(shè)置LSD*（臨時點(diǎn)）。

圖1 西人工島施工放樣控制網(wǎng)布置圖Fig.1 Layout of construction lofting con trolnetw ork in thewest artificial island

3.3.3 控制點(diǎn)標(biāo)識

采用紅磚、塊石和混凝土澆筑成墩，平面尺寸1.8 m×1.8 m，標(biāo)高約+6.0 m，在墩中心埋設(shè)φ32 mm長度不小于800mm的螺紋鋼筋，中心刻十字絲作標(biāo)識。

3.3.4 測量等級及精度要求

平面按照C級GPS網(wǎng)觀測技術(shù)要求執(zhí)行。高程按照三等水準(zhǔn)[3]技術(shù)要求執(zhí)行。

3.3.5 測量平臺至島上控制點(diǎn)之間的三角高程跨海測量

1）場地布置及標(biāo)志線制作

測量平臺控制點(diǎn)PT01至X13-1視線跨越水面，PT01至X22-1視線跨越水面和島體堆載砂面。觀測垂直角的標(biāo)志線是在全站儀上自制的寬3 mm長20 mm的紅色帶，見圖2所示，并分別用水準(zhǔn)儀精細(xì)測量“垂直角觀測標(biāo)志線”到“全站儀儀高量取點(diǎn)”的距離Δi。

采用雙跨海線（PT01～X13-1、PT01～X22-1），將平臺控制點(diǎn)高程傳遞至島上2個控制點(diǎn)上，并進(jìn)行島上控制點(diǎn)之間的水準(zhǔn)測量，形成閉合路線，檢驗(yàn)閉合差。

2）儀器選擇

全站儀標(biāo)稱精度（不低于）：測角，1″；標(biāo)準(zhǔn)測距，2 mm+2×10-6D（即2 mm+2 ppm×D），D為測距。

圖2 垂直角觀測標(biāo)志線實(shí)物圖Fig.2 Theobservedmark line'sscene diagram of verticalangle

3）距離測量

距離測量由全站儀完成，實(shí)時輸入當(dāng)前溫度、氣壓值，記錄測量的水平距離；在垂直角觀測前，測量2個測回水平距離均值作為計(jì)算高差的距離值。距離要進(jìn)行往返觀測，往返觀測距離的互差應(yīng)不大于倍的儀器測距標(biāo)稱精度。

4）垂直角測量

如圖3所示，2臺全站儀同時觀測對向垂直角觀測標(biāo)志線，并把垂直角記錄在全站儀內(nèi)存中。每臺儀器先在盤左位置照準(zhǔn)對岸標(biāo)志線，觀測并記錄垂直角，然后倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡在盤右位置觀測并記錄垂直角，完成1組觀測值；連續(xù)觀測若干組，完成1臺儀器的半個測回觀測。2臺同時對向觀測各半個測回即構(gòu)成1個測回的垂直角觀測，總測回數(shù)不少于8個，應(yīng)均勻分布在上午、下午時段內(nèi)（陰天除外），觀測完總測回的一半后，兩岸儀器對調(diào)觀測。

圖3 全站儀對向觀測示意圖Fig.3 The schem atic diagram for total-station instrument's reciprocalobservation

5）高差計(jì)算

如圖3所示，每臺儀器觀測高差hAB1和hBA2按式（1）計(jì)算[4]，同理計(jì)算調(diào)岸后每臺儀器觀測高差值。

式中：hAB1為1號全站儀測量的A點(diǎn)至B點(diǎn)高差；hBA2為2號全站儀測量的B點(diǎn)至A點(diǎn)高差；S為經(jīng)過各項(xiàng)改正后全站儀測量的水平距離，m；α1，α2分別為垂直角，（°）；i1，i2分別為儀器高，m；Δ1，Δ2分別為垂直角觀測標(biāo)志線到全站儀儀高量取點(diǎn)的距離，m。

一測回觀測高差hAB按式（2）計(jì)算，同理計(jì)算調(diào)岸后各測回觀測高差值。

各測回所測高差的互差應(yīng)不大于式（3）計(jì)算的限差dH限。

式中：MΔ=3mm；N為測回數(shù)；s為視線長度，km。

4 結(jié)語

西人工島施工測量控制網(wǎng)測設(shè)技術(shù)，符合先整體后局部的控制測量原則，明確了不同施工階段測量工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有助于整合資源，克服施工中遇到的困難，順利地完成了各項(xiàng)施工測量任務(wù)，特別是精確地完成了暗埋段沉管對接面的施工放樣工作。

[1]GB 50026—2007，工程測量規(guī)范[S]. GB 50026—2007,Code forengineeringsurveying[S].

[2]GB/T 12897—2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]. GB/T 12897—2006,Specifications for the first and second order leveling[S].

[3]GB/T 12898—2009，國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]. GB/T 12898—2009,Specifications for the third and fourth order leveling[S].

[4] 許婭婭，雒應(yīng).測量學(xué)[M].3版.北京：人民交通出版社，2009. XU Ya-ya,LUOYing.Surveying[M].3rd ed.Beijing:China Communications Press,2009.

Survey design technology of construction control network for the Hongkong-Zhuhai-M acao Bridgewest artificial island

SHEN Jia-hai,LIUMing,LIUBao-yong
（No.1Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarborEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

The control network of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge west artificial island is established by following the methods of grading network,gradual control and measured by stages.Based on the first class control network,it adopted the refined controlmeasurement.By the demand of construction,itmeasures the lofting control network on the basis of the refined controlnetwork by stages.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge；artificial island；control network；survey

U652.62；U443.162

A

2095-7874（2015）11-0032-03

10.7640/zggw js201511009

2015-10-12

2015-10-30

沈家海（1980— ），男，河南信陽人，高級工程師，現(xiàn)主要從事工程測量工作。E-mail：sjh2218@163.com