港珠澳大桥沉管隧道导线布设方法研究

2015-03-30李冠青黄声享

测绘通报 2015年1期

李冠青，黄声享，2

(1．武汉大学测绘学院，湖北武汉430079;2．地球空间信息技术协同创新中心，湖北武汉430079)

一、引言

港珠澳大桥岛隧工程由沉管隧道、东西人工岛三大部分组成，其中沉管隧道是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一。岛隧工程起于伶仃洋粤港分界线，沿23DY锚地北侧向西，穿越珠江口铜鼓航道、伶仃西航道，止于西人工岛结合部非通航孔桥西端，全长7 440．546 m。沉管段长5664 m，由33个管节组成，标准管节长度180 m。截至2015年8月，港珠澳大桥沉管隧道已安装20节沉管。

沉管段管节横截面采用两孔单管廊，两侧为独立的行车孔，中间为综合管廊，从行车孔可经由安全门进入中管廊。管节两端安有端封门。施工过程中，出于安全考虑，隧道末端一直保留数道端封门。隧道导线测量站点布设在左右行车道，这样，为了确定末端沉管的位置，就必须从行车道转进中管廊，向前延伸，网型如图1所示。图中，A、B、C、D点表示行车道中的导线点，M表示转进中管廊后的测站点，导线边A5(D5)－A6(D6)和A6(D6)－A7(D7)少则1个标准管节，多则4个标准管节，长度180～720 m不等，而A6(D6)－M1和A7(D7)－M2只有十几米，边长相差悬殊。因此，本文针对这一情况，通过理论分析、模拟试验和现场实测等方式，对导线测量从行车道转中管廊及向前延伸部分的精度进行研究，重点分析其对管节安装横向偏差和隧道最终贯通横向误差的影响。

二、理论分析

1．行车道转中管廊的极坐标测量

当行车道双导线测设至端封门未拆除部分管节时，利用两行车道双导线末端相邻两测站点，分别采用边角测量方式向中管廊内引测一条支导线定向边，定向边成果取两车道测量的平均值。这时，就是通过一个角度和一个边长直接得到中管廊点的坐标，测量过程类似于极坐标放样。

图1 沉管隧道导线测量行车道转中管廊示意图

实际测量时是取两车道测量的平均值作为M1点的成果，两车道点位对称分布，按照测量误差理论，由式(1)可求得M1点x、y方向精度为

由于目前港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道导线测量测站点都建立观测墩，并设强制归心设备，因此，仪器的对中误差及目标偏心误差相对较小，可以忽略不计。结合实际网型，β接近于90°，由式(1)可知，从行车道转中管廊这一过程，影响中管廊点横向误差的因素主要是测距误差。

2．延伸支导线测量

如图1所示，往后延伸支导线测量是在M2点安置仪器，后视M1点，以等边直伸支导线的形式往前延伸，确定末端管节的平面位置。等边直伸支导线常用的精度估算公式为

式中，Mx是支导线终点的横向误差;s为导线边长;n为导线的边数。

考虑设站点M2点位误差和起始边M2M1的方位角误差，起始边M2M1的方位角为

M1、M2两点坐标是分别由极坐标测量得到，认为这两点相互独立。根据误差传播理论可得

式中，l是M2M1的距离;mx、my是M1、M2两点x和y方向的误差，测量条件相同时，两点同方向误差相等。

这时，式(2)变为

由式(2)可知，中管廊里的直伸导线主要受测角误差的影响;由式(4)可知，起始边M2M1的方位角误差mα主要受M1、M2两点横向坐标误差影响，即主要受行车道转中管廊极坐标测量时的测距误差影响。

三、模拟试验和现场实测

1．模拟试验

选择和现场近似1∶1的试验场地，对港珠澳大桥岛隧工程的贯通测量进行模拟试验，模拟导线网网型如图2所示。在模拟导线网中的两个位置，进行了行车道转中管廊的试验分析，第一个位置是在RN25、LS25测M25和在RN27-1、LS27-1测M27转入中廊道，再以M25、M27作为已知点往后延伸，经过M28点，测到贯通点RN29和LS29;第二个位置是在RN32、LS32测M32和在RN31、LS31测M31转入中廊道，再以M32、M31为起始点往后延伸，经过M30点，测到贯通点RN29和LS29。试验结果见表1，表中支导线终点的坐标较差是直接通过行车道导线网测量得到的坐标减去行车道导线网转中管廊支导线测量得到的坐标。

图2 模拟试验场地的导线网网型

表1 模拟试验结果 mm

根据模拟试验实测边长、测角误差和测距误差，按照前述的分析方法，两个位置行车道转中管廊并延伸到支导线终点，终点的x方向中误差分别为±9．30 mm和±8．16 mm。以两倍中误差作为限差，可知，两个位置模拟试验的结果都在限差范围内，表明本文的理论分析和模拟试验结果符合较好。

2．现场实测

每节沉管的安装都会进行单独的导线测量，从洞外开始，沿行车道测至隧道尾端，端封门切割完的最后一个管节，然后从行车道转至中管廊，往后延伸，直到隧道最末端。图1所示情况为切割到M2和M3之间的端封门，这时，M1和M2可以由行车道的导线点测得，而M5点只能由中管廊支导线测得。随着管节的不断安装，待M5点前的端封门全部切割完时，可从行车道直接得到M5点坐标。表2为现场实测结果，表中坐标差是两种方式得到的中管廊点横向坐标之差。