特大橋施工控制網測量技術

聶建省　千紹玉（.西安鐵路工程職工大學，陜西　西安　70065；.中鐵十五局第三工程有限公司，四川　成都　60079）

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·測量·

特大橋施工控制網測量技術

聶建省1千紹玉2
（1.西安鐵路工程職工大學，陜西西安710065；2.中鐵十五局第三工程有限公司，四川成都610079）

摘要：以北格太長高速公路特大橋為例，闡述了特大橋的施工控制網測量技術要點及作業流程，并介紹了不同的GPS網觀測作業方式，通過檢核分析，指出GPS技術應用于特大橋施工控制網測量，可提高橋梁平面控制網的精度。

關鍵詞：大橋控制網，測量技術，GPS技術

作為工程建造的重要基礎，大橋施工測量控制既是大橋設計的重要數據支持與依據，也是制定大橋施工方案的重要基礎。通過對工程的地理環境、地質條件、測繪工程條件水平的具體勘察，結合相關的測量技術標準，以制定具有實際操作意義的測繪技術方案，為工程施工提供了高精度的平面施工數據與高質量的高程測量控制網。GPS具有高精度、高效率，且操作簡單，被廣泛應用于交通、測繪等領域中。GPS導航定位技術主要分為靜態定位技術與動態定位技術，目前GPS靜態定位技術是建立特大橋梁施工平面控制網的主要技術，以其高度定位精度與觀測效率，大大提升了特大橋施工平面控制網的質量。

1　工程概況

北格太長高速公路特大橋的中心里程為DK24 + 008.16，起訖里程為DK21 +191.68～DK26 +826.14，橋梁全長5 634.46 m。大橋采用雙線橋法，線間距為5.3 m～5.58 m，并分別位于6‰，0‰，-1.6‰，0‰，10‰，0‰，10‰的坡道、直線及R =3 500，5 000曲線上，大橋通行速度為200 km/h，上跨太長高速公路、2條瀝青路及20條土路。

2　測量設計

2.1平面精度要求

施工平面控制網應嚴格按照《時速200—250公路有碴軌道鐵路工程測量指南（試行）》中的相關技術要求設定，并按照D級GPS控制網測量技術實施測量。GPS測量精度應滿足以下條件：基線邊方向中誤差不大于2.0″，相鄰點位坐標中的誤差不大于10 mm，最弱邊邊長相對中的誤差不小于1/6 000。

2.2高程精度要求

按照國家標準，施工高程控制網應符合國家三等水準測量精度要求，且每千米水準測量的誤差不應超過3.0 mm，往返測不符值限差為±12。

2.3基準設計

大橋平面應采用工程專用的獨立坐標系。初測控制點CPⅠ1015為平面控制網中坐標系的起算點，向CPⅠ1016的方向為起算方向，運用全站儀實測邊長推算出控制網的尺度。投影面高程采用路肩設計方式，投影高程為850 m，高程控制網以1985年國家頒發的高程基準為準。

2.4網形設計

GPS控制網與同步圖形之間的連接方式主要以點聯式、邊聯式、網聯式或混聯式為主。其中：點聯式以高效率與圖形擴展迅速著稱，但圖形強度低，若連接點中出現問題，將會影響到后面的測繪；邊聯式具有較好的圖形強度，很好的彌補點接式的不足；網聯式觀測方式是GPS控制網中圖形強度最好的，但其效率并不理想；而混聯式則綜合了以上所有方式的優點。

根據施工地區的實際環境與地理條件，在其間距為600 m～800 m的位置布點，結合上述觀測作業方式，故選用邊聯式三角形或大地四邊形布網。控制網以大地四邊形和三角形為基本圖形組成帶狀網，并可以利用部分控制點兼做水準點，構成高程控制網。

3　施工平面控制網測量

3.1觀測

通過GPS靜態測量方法，并用連點式的方式連接GPS網圖形，以實現對大橋平面控制網的觀測。使用5臺TOPCON HiPer雙頻GPS接收機（靜態測量精度H：3 mm + 0.5 ppm，V：5 mm + 0.5 ppm）并按D級GPS網精度進行觀測。觀測前，需制定詳細的計劃表和工作計劃，并嚴格執行。開機觀測前，檢測鉻機器設備是否連接正確并能正常施工，尤其是接收機電源電纜和天線等。將天線基底精密對中和整平，在觀測期間，要時刻檢測并保證天線的位置正確。在觀測前與觀測后都需要確認測記天線高度，即在三個方向量的天線高之間的誤差不超過2 mm。觀測期間，有效的衛星數量至少為4顆，衛星的高度角至少為15°，每間隔15 s收集一次數據，且GDOP值不大于10，每時段長度為60 min。

3.2GPS數據預處理和質量評價

戶外作業結束后，需通過TOPCON自帶軟件Pinnacle V7.0中文版對各點檢基線向量進行計算，之后再運用ESGPS software軟件進行平差計算，所有數據經同步環、異步環以及重復基線檢驗后全部顯示為合格，則表示該施工平面控制網測量數據精準，內外符合精度非常理想。

3.3平差及精度評定

在WGS-84坐標系進行三維無約束平差，然后在北京54坐標系里進行二維約束平差。平差后，最弱點TD08的點位中誤差為3.7 mm，最弱邊邊長相對中誤差為1/150 124。符合大橋施工控制網精度的要求。各施工控制點的坐標精度詳見表1。

表1　控制點的坐標精度　cm

3.4平面成果校核

運用Leica TCR1201全站儀精密測量4條邊，4條邊均要進行4個回測的往返觀測，并更正一起的加乘常數數據、氣象數據、傾斜數據和投影數據。所得出的結果與GPS平差后的反算邊長成果對比見表2。表2顯示，GPS網平差邊長與Leica TCR1201全站儀實測邊長的較差不超過-3.3 mm，由此可見GPS網觀測數據的準確性，符合大橋施工控制網精度的規范和設計要求，具有良好的可靠性。

表2　邊長比較

4　施工高程控制網測量

4.1水準觀測

水準按三等水準測量要求，采用一臺索佳SDL30M（使用RAB碼玻璃鋼水準標尺每千米往返測高差中數標準差為±1.0 mm）數字水準儀及配套3 m玻璃鋼水準標尺采用兩次儀器高法觀測。每測站觀測順序為：后視標尺→前視標尺→前視標尺→后視標尺。測站的視線長度、視線高度等按表3規定執行。

表3　視線長度、高度　m

閉合差按照下式進行計算：

水準線路全長6.801 km，附合水準路線允許閉合差fh= ±12=±31.3 mm。實測閉合差fh= - 2.25 mm，水準測量所有外業成果符合限差規定。

4.2平差依據

水準路線按附合路線計算，每千米水準測量偶然中誤差，依據下式進行計算：

其中，MΔ為高差偶然中誤差，mm；Δ為測段往返測（或左右路線）高差不符值，mm；R為測段長度，km；n為往返測水準路線的測段數。

4.3平差計算

將設計院移交的高等級水準點作為高程起算點，并使用無碴軌道平面高程控制網平差軟件（BTHVA Software）計算嚴密平差，計算結果為每千米水準測量的誤差為±0.119 mm，說明水準網精度滿足國家標準。

5　結語

先進的GPS技術應用于特大橋施工控制網測量中，能有效保證測量成果完全符合特大橋的施工要求與設計規范。將特大橋控制網設計為大地四邊形網形或三角形網形，以保證控制網結構具有足夠的穩固性。通過檢核，證明上述測量方式能建立高質量的特大橋梁平面控制網，值得在特大橋梁測繪中廣泛應用。

參考文獻：

［1］劉大杰.全球定位系統（GPS）與數據處理［M］.上海：同濟大學出版社，2003.

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［3］孔祥元，郭際明.控制測量學（上）［M］.武漢：武漢大學出版社，2006.

［4］劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法［M］.北京：科學出版社，2005.

［5］GB 12898—91，國家三、四等水準測量規范［S］.

Measurement technology of large bridge construction control network

Nie Jiansheng1Qian Shaoyu2
（1.Xi’an Staff University of Railway Engineering，Xi’an 710065，China；
2.China Railway 15th Bureau 3rd Engineering Co.，Ltd，610079，China）

Abstract：Taking Beige Tai-Chang highway bridge as an example，the paper illustrates the extra-large bridge construction control network measurement technology points and working procedures，and introduces detection methods of different GPS network.Through examination analysis，it points out that：applying GPS technology into extra-large bridge construction control will improve the bridge control accuracy.

Key words：bridge control network，measurement technology，GPS technique

中圖分類號：TU198

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0207-02

收稿日期：2015-12-11

作者簡介：聶建省（1979-），男，講師；千紹玉（1978-），男，高級工程師