荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網測量

吳珍麗

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司,湖北武漢 430050)

荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網測量

吳珍麗?

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司,湖北武漢 430050)

大型橋梁工程由于兩岸通視困難,用傳統測量方法直接布設大橋工程控制網及進行大橋施工測量非常困難,因此GPS定位技術在大型橋梁工程的施工控制網測量中應用廣泛。本文詳細介紹了荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網的測量方案及實施情況,在測量中采用了GPS定位技術來建立施工控制網,整個施工控制網的測量包括施工平面控制網測量和施工高程控制網測量。結果表明獲得的平面和高程控制測量成果精度均優于二等精度,可滿足工程定測和施工測量應用的需要。

荊岳鐵路洞庭湖大橋;施工控制網;GPS;跨河水準測量

1　引 言

采用了GPS靜態測量和數字水準測量技術。

荊岳鐵路專線洞庭湖大橋是荊岳鐵路專線中的關鍵性控制工程之一,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。為了滿足大橋長周期精確施工放樣的需要,需要進行施工控制網測量。本文詳細介紹了荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網的設計及施測情況,整個施工控制網的測量包括施工平面控制網測量和施工高程控制網測量。

大型橋梁工程由于兩岸通視困難,用傳統測量方法直接布設大橋工程控制網及進行大橋施工測量是非常不容易的,因此GPS定位技術在大型橋梁工程的施工控制網測量中應用廣泛[1～3]。本文也采用了GPS定位技術來建立平面控制網和高程控制網,在測量中

2　施工平面控制網測量

(1)精度設計

根據工程特點和測區條件,按二等GPS網精度施測全橋平面控制網,要求最弱點的坐標中誤差(mx及my)不大于10 mm,最弱邊邊長相對中誤差不大于1/180000[4]。

(2)選點布網

選點時充分考慮本工程特點,要求點位分布合理,盡可能地布設在橋梁各控制工程區段;點位處應視野開闊,便于安置接收機和操作;附近不應有強烈反射衛星信號的物件,50 m以內不應有高壓電線和微波天線以及電信號通道等電磁干擾;交通方便,便于使用;地面基礎穩定,避開施工干擾,利于點的保護[5]。

圖1　平面控制網示意圖

共布設32個GPS平面控制點,即DQ1～DQ32。其中DQ1～DQ10、DQ12、DQ13、DQ15、DQ17、DQ19、DQ22、DQ23、DQ29、DQ30共19個控制點為強制歸心觀測墩,DQ32埋設房頂標石,其余12個控制點埋設地面普通標石。上述32個控制點和2個已知控制點共同構成GPS平面控制網?？刂凭W示意圖如圖1所示。

(3)造標埋石

控制點標石的穩定性是衡量控制網質量的關鍵因素之一。根據控制點不同位置分別采用不同方式埋設控制點標石,確?？刂泣c具有足夠的穩定性。對位于樓房屋頂牢固結構上的點,直接在混凝土表面埋設測量標志;對于設在土質地面上的點,采取開挖基礎和現場澆注混凝土標石的方法加固,點位開挖深度視具體情況而定,原則上應達硬質土層,一般情況下深度在1．5 m左右。

(4)GPS外業觀測

為了保證控制網成果的質量和可靠精度,外業觀測在控制點標石埋設足夠穩定后開始。根據測區條件及控制網特點,采用GPS靜態相對測量模式,對全橋平面控制網進行觀測。采用4臺Trimble R8 GPS接收機按技術規范中二等網要求進行同步觀測。為了確保平面控制網的測量精度,觀測中執行如下主要技術要求如下:衛星高度角≥15°,同時觀測有效衛星數≥4顆,時段觀測時間≥120 min,點位幾何圖形強度因子(GDOP)≤6,異步環構成邊數≤5,時段中任一衛星有效觀測時間≥30 min。

(5)數據處理

外業觀測結束后,對觀測成果進行基線解算和網平差。采用Trimble隨機軟件TGO1．63解算基線,使用武漢大學研制的GPS專用平差軟件COSA GPS進行網平差。基線解算時經過重復基線、同步環和異步環閉合差檢驗,剔除超限的基線觀測值,如表1所示。

GPS點點位中誤差統計表　表1

經檢驗,所有基線均滿足上述限差規定,說明觀測值中不含粗差,所有基線可供內業平差之用。然后在WGS-84坐標系下對基線向量網進行三維無約束平差,再在橋梁施工坐標系中進行二維約束平差。

平差后,各控制點的點位精度列于表1。其中,最弱點的點位中誤差為:±3．8 mm;最弱邊DQ24～DQ25的邊長中誤差為±0．8 mm,邊長相對中誤差為1/38．3萬;橋中線邊DQ1～DQ2的邊長相對中誤差為1/227．1萬。全部精度指標均達到規范及設計的要求,優于二等GPS網精度。

(6)邊長檢測

為了檢核GPS控制網的外部精度,采用Leica TC2003全站儀精密測量了4條邊長,所測4條邊分布于洞庭湖兩岸。每條邊均往返觀測了各4個測回,并進行了儀器加、乘常數改正,氣象改正,傾斜改正和投影改正(投影至正常高57 m)。全站儀測量邊長與GPS網平差邊長對比如表2所示,邊長互差最大值為6．1 mm,進一步說明了GPS測量成果的可靠性,如表2所示。

GPS邊長與全站儀邊長對比表　表2

3　施工高程控制網測量

施工高程控制網整體按國家二等水準測量精度[6]要求施測,其中跨河水準采用經緯儀傾角法進行雙線測量。

(1)精度設計

本工程高程控制網按二等水準測量精度施測,每公里水準測量的偶然中誤差不大于1．0 mm。

(2)選點、布網及埋石

所有32個平面控制點(DQ32除外)同時兼作水準點,點名與平面控制點相同。另外在橋中線附近的合適位置增設獨立標石的水準點4個(QBM0—QBM3),由上述水準點及2個已知高程控制點(“ⅡCX1-1”、“JS”)共同構成高程控制網。獨立水準點的標石按規定要求埋設。

(3)陸地二等水準測量

陸地水準點間高差按二等水準測量要求,采用一臺Trimble Dini數字水準儀及配套條碼尺進行往、返觀測。水準測量中往、返測高差較差、附合或環閉合差限差為4 F(F為水準測量的環線或路線長度)。經驗算,水準測量所有外業成果符合限差規定。

(4)跨河水準測量

在橋中線上游約500 m的位置布設兩條跨河線,跨河長度約為1．2 km,跨河場地布設成平行四邊形。采用2臺TC 2003全站儀及因瓦水準尺按經緯儀傾角法測量。限差及操作按《國家一、二等水準測量規范》中有關規定執行,其中過江視線離水面高度≥8．2 m。成果的取舍按照規范要求進行,經驗算,兩條跨河線各單測回高差的最大互差均≤17．5 mm(限差);兩條跨河線構成的閉合環差為1．35 mm,均滿足規范要求。

(5)高程控制網數據處理

采用武漢大學研制的CODAPS平差軟件對全橋高程控制網進行了嚴密平差,以已知水準點“ⅡCX1-1”的高程作為全網高程起算。平差后,最弱點的高程中誤差為±3．33 mm。各水準點高程精度列入表3中。所有這些精度指標表明:高程控制網測量精度達到了規定要求,優于國家二等精度,完全能滿足施工測量應用的需要,如表3所示。

4　結 語

荊岳鐵路洞庭湖大橋施工控制網的網形結構好,控制點選、埋規范,布網合理。測量中采用了GPS靜態測量和數字水準測量技術,所獲得的平面和高程控制測量成果精度均優于鐵路二等精度,滿足了工程施工測量應用的需要。

[1] 袁紹洪．GPS在施工控制網測量中的應用探討[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測量中的應用[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量中的應用研究[D]．杭州:浙江大學,2005．

[4] TB 10101-2009．鐵路工程測量規范[S]．

[5] GB/T 18314-2009．全球定位系統(GPS)測量規范[S]．

[6] GB/T 12897-2006．國家一、二等水準測量規范[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,主要從事工程測量及攝影測量工作。

中國中鐵股份有限公司科技開發計劃(2013-重點-7)