大跨徑橋梁平面控制網的研究與應用

周玖利

摘 要：文章以雙達臥龍溝特大橋為背景，對大跨徑橋梁平面控制網的布設測設和大跨徑橋梁平面控制網的精度進行了詳細的分析，尋求一種控制點密度適當、圖形結構穩定的平面控制網，且其布設形式和精度等級都能滿足大跨徑橋梁的精度要求，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：控制網 測量技術 平差計算

隨著西部大開發節奏的加快，高速公路的建設有了突飛猛進的發展。尤其在我國西部地區高速公路的建設中，跨谷、跨河類的大跨徑橋梁在公路建造中的應用也越來越廣，對西部大開發交通事業以及區域經濟的發展起到了至關重要的作用，因此，在大跨徑橋梁建設中，控制網平面坐標測定的工作就尤為重要，平面坐標與高程控制測量合成形成控制網，控制網的精準是工程施工中各項測量工作的基礎，其精度直接影響到工程進度和工程質量。由于雙達臥龍溝平面控制網布設難度高、效率低、地形復雜等特點，常規的導線測量方法滿足不了平面控制網的精度要求，并且當控制網的精度比較低時，而施工中對結構的控制要求精度比較高，由此怎么設法提高控制網的精度成為了工程中的一個重難點。基于此，文章對大跨徑橋梁的平面控制網作具體分析，以網形結構穩定、簡單為出發點，用“一點一方向”配合“大地四邊形”的方法解決了地形復雜大跨徑橋梁的平面控制網圖形強度、精度不高等問題。

1.項目背景

文章主要以甘肅雙城至達里加公路工程建設項目為例，項目中的臥龍溝3#特大橋為分離式橋梁，引橋采用裝配式預應力混凝土小箱梁，主橋采用預應力混凝土變截面連續剛構，下部結構采用分離式承臺、柱式墩、空心薄壁墩。橋址區地貌屬基巖中山區，位于臨夏縣麻尼寺溝鄉境內，橋址跨越S310省道及臥龍溝溝谷。橋址處溝谷呈寬“U”型。谷深相對高差較大，最大約190m。橋址處溝底較寬闊，溝底為采石場或林地；橋軸線與該溝基本正交。橋面平均高度為70m，最大高163m，橋長978m。

左線：2×40m+ （75+3×140+75） m+ 8×40m=970m ，全橋長978m；

右線：2×40m+ （75+3×140+75） m + 9×4 0 m =1 0 1 0 m，全橋長1018m。

2.大跨徑橋梁平面控制網的布設與數據采集

2.1控制網的選點與埋設

控制網中點位的選定是一項非常重要的工作，《公路勘測規范》（JTGC10-2007）規定：規定中指出平面控制網四等及四等以上相鄰控制點之間的距離不小于500m，一、二級平面控制網中相鄰控制點之間的點位距離在平原、微丘區不小于200m，山嶺、重丘區不小于100m，最大距離小于等于平均邊長的2倍；路線平面控制點距路線中心線的距離應大于50m，宜小于300m，每一個控制點位至少應有一相鄰點通視。特大型構造物每一端頭應埋設2個以上平面控制點。在符合規范要求的前提下，控制點位置的選擇可以從以下幾方面考慮：首先，能在保證控制點穩定性的前提下，直接就近選在施工現場四周，既保證施工應用過程中的方便性，又可以減少控制點的傳遞過程中造成的傳遞誤差，工程質量也容易控制。其次，由于施工時段長影響，控制點點位經常在施工過程中遭到破壞或位移。因此控制點的維護保養問題也是一個必須考慮的問題。另外，控制網不單單是為施工服務的，同時也是運營期間監測的依據。假如控制點點位在施工結束后都被破壞了，則又要重新布設一套監測控制網，增加控制網成本。

大跨徑橋梁的建設周期比較長，對控制點使用頻率較高，因此在進行控制網點的埋設時應充分考慮施工場地布設，結合控制網范圍的地形地質情況，臥龍溝特大橋的控制網布設為單大地四邊形結構，大地四邊形是三角網的一種，由4個控制點組成，由于橋梁墩位附近一般受施工環境影響較大，采用大地四邊形布網形式便于形成一個相對獨立的局部控制網，即兩面山腰各2個點，共4個點，均做成強制歸心觀測墩，便于控制點的使用，控制網的建立既保證了臥龍溝大橋測量控制精度，也實現了與兩側橋梁的順接。

2.2控制網的測設

在原有的全線導線點的基礎上增加控制點，布設成簡要的大地四邊形網，再按照大地四邊形網加測兩對角線以提高圖形強度，再按三角網施測。三角測量中三角形網布設成連續三角形，同時向各方向擴展而構成網狀，優點為點位分布均勻、各點之間牽制性強、圖形強度較高。

因臥龍溝特大橋墩柱高為154m，跨徑140m，對施工控制網精度的要求較高。相鄰橋墩、跨度的相對精度是橋梁施工過程中對測量施工放樣精度的主要要求。現今由于測量儀器的發展，橋梁放樣多數采用高精度全站儀在施工控制點上建站，利用儀器極坐標法直接放出位置，規范要求的橋梁允許偏差值可作為橋梁控制網精度確定的基礎。

本論文介紹了臥龍溝特大橋控制網采用局部加強 “一點一方向”配合“雙三角鎖”進行測量。SD4、SD5為全線控制網中的2個點，現以SD4為已知點，SD4-SD5的方位角已知（一點一方向）。根據四邊形的基本原理，增設SD4-1、SD5-1兩個點，與原有SD4、SD5構成大地四邊形。

3.大跨徑橋梁平面控制網的精度分析

3.1大跨徑橋梁測量技術要求

嚴格按照《公路勘測規范》（JTGC10-2007）中對橋梁跨徑長度要求進行控制網等級的選取及對三角測量規范要求進行選取，如表1和表2所示。

3.2大地四邊形的平差計算

滿足三個圖形條件（只有三個圖形條件是獨立的）及一個邊長條件（及條件））是大地四邊形的進本幾何條件，進行平差計算和精度評定。

通過輔助計算如下式：

由式（3）可看出，當控制點本身造成的誤差為總誤差的0.4倍時，由此會使得放樣點的總誤差可增加10%，這一誤差影響較小可忽略不計。由此在確定了所要求放樣點的的總誤差后，就可以用式（3）確定所需施工控制網的精度。

以規范規定的橋梁中軸線中心誤差為15mm作為確定施工控制網的精度。根據式（3）有：

按此方法計算，對于跨徑3×140m長的橋梁，三角網沿橋梁軸線方向的基線精度為5mm/570m=1/114000。

通過平差計算求得控制點的點位中誤差如下：SD5的點位中誤差為3mm；SD5-1的點位中誤差為4mm；SD4-1的點位中誤差為5mm。

因此，經過分析以上相關論證，得出結論，通過一點一方向配合大地四邊測的控制網的精度滿足規范要求，可以在地形復雜的大跨徑橋梁平面控制網中進行應用。

4.結束語

綜上所述，在大跨徑橋梁平面控制網的布設與測設中，通過在現有控制網的基礎上增設控制點點位，構成簡單的大地四邊形，用“一點一方向”配合“大地四邊形”，有效地提高了大跨徑橋梁的平面控制網圖形強度和精度，這種方法可行性強，且圖形強度和精度較高，能滿足規范對精度的要求，值得推廣應用。

參考文獻：

[1]GB/T18314-2009.全球定位系統（GPS）測量規范[S].中國標準出版社，2009.

[2]張正祿.工程測量學[M].武漢：武漢大學出版社，2013（11）.