光學測微法跨河水準測量應用及精度分析

徐良，孫陽陽

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程島隧工程起于粵港分界線，止于西人工島結合部非通航孔橋西端，全長約7 440 m。東人工島東邊緣距粵港分界線約366 m，西人工島東邊緣距伶仃西航道約2 000 m，兩島長度均為625 m，兩島最近邊緣間距約5 584 m。目前在東、西人工島北側各建設1座測量平臺，測量平臺到人工島的距離約300 m。

2 光學測微法跨河水準測量

跨河水準測量是由測量平臺上高程基準點傳遞到人工島，根據GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》[1]，按照二等水準測量標準施測，并定期對其成果進行檢測及復測，以確保施工質量。

西人工島測量平臺的位置如圖1所示。

圖1 測量平臺與人工島位置圖Fig.1 Location of survey platform and artificial island

光學測微法適用于視距小于500 m的跨河水準測量[1-2]，可以滿足本工程實際工作需要。

2.1 點位布設

東、西人工島跨海水準測量點位分別布設在人工島內及海中測量平臺上。以西島為例，西島測量平臺觀測點及立尺點點號分別為I1、XPT1（b1），在西人工島鋼圓筒位置的防臺圍堰上布置跨海水準測量點BX1、BX2以及設站點IX1，IX1同BX1、XPT1（b1）、I1構成等腰梯形，IX1同BX2、XPT1（b1）、I1構成平行四邊形，如圖2所示。

圖2 平臺與人工島間光學測微法跨河水準圖形Fig.2 River-crossing leveling between platform and artificial island by optical micrometry method

2.2 覘板制作

覘板的制作參照《國家一、二等水準測量規范》附錄C.1跨河水準測量覘板的制作規定，采用鋁材質制成，背部有專用夾具，可沿標尺側面滑動，并能穩定地固定于標尺的任意位置。覘板中央打開一小窗，小窗中央設一水平指標線，以指示覘板固定標尺的位置。

覘板標志的長度和寬度以及標志線的間距，依跨河視線長度S而定，中心標志線的大小依據規范如表1所示。

表1 覘板標志制作標準Table 1 Sign making standard of sighting board

本工程跨河水準測量跨海距離接近300 m，為統一起見，一律按照300 m距離計算覘板中心標志線的寬度規格a=12 mm；增加標志線長度對于測量作業及精度基本無影響，故標志線長度直接取覘板長度20 cm。使用的覘板如圖3所示。

圖3 覘板示意圖Fig.3 Schematic diagram of sighting board

2.3 外業測量注意措施

在海上鋼平臺上進行跨海水準測量觀測時，由于風力的影響，導致水準尺在水準儀中成像晃動較大，因此，測量時盡量選擇在無風或微風等成像晃動不大的情況下進行。

在晴天進行跨海水準測量時，考慮溫度及逆光的影響，實際觀測時盡量避免在日中前后進行測量。

跨海水準測量時，受水準儀氣泡晃動的影響較大，因此，在海上平臺測量時盡量避免人員來回走動，島內測量時，盡量選在島內施工震動不大的情況下測量。

跨海水準測量時，覘板中心線必須精確對準標尺上最臨近的基本分劃線，并固定，扶尺人員及時轉告對岸記錄員。

2.4 觀測流程

使用兩臺水準儀在兩岸同時進行觀測，對換儀器觀測1次組成1個雙測回，觀測流程如下：

1）在測站點上整平儀器后，按光學測微法，對本岸近標尺，先后5次照準基本分劃并讀數、記錄。

2）將儀器轉向對岸遠標尺，使測微器讀數居于全程的中央位置，指揮對岸扶尺員將覘板尺面上下移動，待標志線到望遠鏡楔形絲中央時，即通知扶尺員使覘板標志中心線精密對準標尺上最鄰近的基本分劃線，并固定，記下標志中心線在標尺上的讀數。再按光學測微法，轉動測微器精密照準覘板上的標志線，并讀、記測微器格值。同樣重復照準、讀數10次，即完成1組觀測。以后各組開始觀測之前，應將覘板較大地移動后，重新使標志中心線對準標尺基本分劃線，并固定。按相同的操作順序，逐個完成其余各組的觀測，共觀測3組。

上半測回結束后，立即謹慎地將儀器及標尺搬到對岸，進行下半測回的觀測。下半測回的觀測是先觀測對岸的遠標尺，觀測遠近標尺操作與上半測回相同。

參考《國家一、二等水準測量規范》中的規定，并綜合考慮現場實際情況，確定觀測的時間段數、測回數及組數。

2.5 數據處理

以某期觀測數據為例，西人工島跨河水準測量高差與中誤差計算成果如表2、表3所示。

表2 西人工島跨海水準點BX1成果Table 2 Results of river-crossing leveling point BX1 on the west island

表3 西人工島跨海水準點BX2成果Table 3 Resultsof river-crossing leveling point BX2 on the west island

根據《國家一、二等水準測量規范》中的規定，各雙測回的互差限差d H按下式計算：

式中：M△為每千米水準測量的偶然中誤差限差，mm；N為雙測回的測回數；S為跨海視線長度，km。

每千米水準測量的偶然中誤差M△和每千米水準測量的全中誤差MW不應超過規范規定的數值。

本次測量中西人工島S取值為0.28 km，西人工島各測回互差限差為4.23 mm，經檢查，各測回互差最大值均滿足限差要求。各高程傳遞點測回互差最大值如表4所示。

表4 各高程傳遞點測回互差最大值Table 4 Maximum valueof measuring-return mutual error at all elevation transmission points

2.6 平差結果及數據分析

數據處理采用武漢大學科傻地面控制測量數據處理系統（CODAPS）進行嚴密平差。平差后各點高程及其精度如表5所示。

表5 高差觀測值及其平差成果表Table 5 Elevation difference observed value and its adjustment results

平差完成后，對水準網中的環閉合差進行統計和分析，以評定高程控制測量的精度，如表6所示。

表6 高差閉合差計算結果Table6 Calculation resultsfor theclosureerror of elevation difference

跨海高程傳遞測量環閉合差應小于6×MW×，式中：S為跨海視線長度，km；MW為二等水準測量每千米全中誤差，取2.0 mm。本次測量西人工島S取值為0.28 km，實測環閉合差為1.57 mm，小于限差6.35 mm[3]。

3 結語

工程實踐表明，光學測微法應用于視距小于500 m的跨河水準測量，其精度滿足港珠澳大橋島隧工程施工需要，實現了高效率、高精度的測量目標。