特大桥施工控制网测量技术

聂建省　千绍玉（.西安铁路工程职工大学，陕西　西安　70065；.中铁十五局第三工程有限公司，四川　成都　60079）



·测量·

特大桥施工控制网测量技术

聂建省1千绍玉2
（1.西安铁路工程职工大学，陕西西安710065；2.中铁十五局第三工程有限公司，四川成都610079）

摘要：以北格太长高速公路特大桥为例，阐述了特大桥的施工控制网测量技术要点及作业流程，并介绍了不同的GPS网观测作业方式，通过检核分析，指出GPS技术应用于特大桥施工控制网测量，可提高桥梁平面控制网的精度。

关键词：大桥控制网，测量技术，GPS技术

作为工程建造的重要基础，大桥施工测量控制既是大桥设计的重要数据支持与依据，也是制定大桥施工方案的重要基础。通过对工程的地理环境、地质条件、测绘工程条件水平的具体勘察，结合相关的测量技术标准，以制定具有实际操作意义的测绘技术方案，为工程施工提供了高精度的平面施工数据与高质量的高程测量控制网。GPS具有高精度、高效率，且操作简单，被广泛应用于交通、测绘等领域中。GPS导航定位技术主要分为静态定位技术与动态定位技术，目前GPS静态定位技术是建立特大桥梁施工平面控制网的主要技术，以其高度定位精度与观测效率，大大提升了特大桥施工平面控制网的质量。

1　工程概况

北格太长高速公路特大桥的中心里程为DK24 + 008.16，起讫里程为DK21 +191.68～DK26 +826.14，桥梁全长5 634.46 m。大桥采用双线桥法，线间距为5.3 m～5.58 m，并分别位于6‰，0‰，-1.6‰，0‰，10‰，0‰，10‰的坡道、直线及R =3 500，5 000曲线上，大桥通行速度为200 km/h，上跨太长高速公路、2条沥青路及20条土路。

2　测量设计

2.1平面精度要求

施工平面控制网应严格按照《时速200—250公路有碴轨道铁路工程测量指南（试行）》中的相关技术要求设定，并按照D级GPS控制网测量技术实施测量。GPS测量精度应满足以下条件：基线边方向中误差不大于2.0″，相邻点位坐标中的误差不大于10 mm，最弱边边长相对中的误差不小于1/6 000。

2.2高程精度要求

按照国家标准，施工高程控制网应符合国家三等水准测量精度要求，且每千米水准测量的误差不应超过3.0 mm，往返测不符值限差为±12。

2.3基准设计

大桥平面应采用工程专用的独立坐标系。初测控制点CPⅠ1015为平面控制网中坐标系的起算点，向CPⅠ1016的方向为起算方向，运用全站仪实测边长推算出控制网的尺度。投影面高程采用路肩设计方式，投影高程为850 m，高程控制网以1985年国家颁发的高程基准为准。

2.4网形设计

GPS控制网与同步图形之间的连接方式主要以点联式、边联式、网联式或混联式为主。其中：点联式以高效率与图形扩展迅速著称，但图形强度低，若连接点中出现问题，将会影响到后面的测绘；边联式具有较好的图形强度，很好的弥补点接式的不足；网联式观测方式是GPS控制网中图形强度最好的，但其效率并不理想；而混联式则综合了以上所有方式的优点。

根据施工地区的实际环境与地理条件，在其间距为600 m～800 m的位置布点，结合上述观测作业方式，故选用边联式三角形或大地四边形布网。控制网以大地四边形和三角形为基本图形组成带状网，并可以利用部分控制点兼做水准点，构成高程控制网。

3　施工平面控制网测量

3.1观测

通过GPS静态测量方法，并用连点式的方式连接GPS网图形，以实现对大桥平面控制网的观测。使用5台TOPCON HiPer双频GPS接收机（静态测量精度H：3 mm + 0.5 ppm，V：5 mm + 0.5 ppm）并按D级GPS网精度进行观测。观测前，需制定详细的计划表和工作计划，并严格执行。开机观测前，检测铬机器设备是否连接正确并能正常施工，尤其是接收机电源电缆和天线等。将天线基底精密对中和整平，在观测期间，要时刻检测并保证天线的位置正确。在观测前与观测后都需要确认测记天线高度，即在三个方向量的天线高之间的误差不超过2 mm。观测期间，有效的卫星数量至少为4颗，卫星的高度角至少为15°，每间隔15 s收集一次数据，且GDOP值不大于10，每时段长度为60 min。

3.2GPS数据预处理和质量评价

户外作业结束后，需通过TOPCON自带软件Pinnacle V7.0中文版对各点检基线向量进行计算，之后再运用ESGPS software软件进行平差计算，所有数据经同步环、异步环以及重复基线检验后全部显示为合格，则表示该施工平面控制网测量数据精准，内外符合精度非常理想。

3.3平差及精度评定

在WGS-84坐标系进行三维无约束平差，然后在北京54坐标系里进行二维约束平差。平差后，最弱点TD08的点位中误差为3.7 mm，最弱边边长相对中误差为1/150 124。符合大桥施工控制网精度的要求。各施工控制点的坐标精度详见表1。

表1　控制点的坐标精度　cm

3.4平面成果校核

运用Leica TCR1201全站仪精密测量4条边，4条边均要进行4个回测的往返观测，并更正一起的加乘常数数据、气象数据、倾斜数据和投影数据。所得出的结果与GPS平差后的反算边长成果对比见表2。表2显示，GPS网平差边长与Leica TCR1201全站仪实测边长的较差不超过-3.3 mm，由此可见GPS网观测数据的准确性，符合大桥施工控制网精度的规范和设计要求，具有良好的可靠性。

表2　边长比较

4　施工高程控制网测量

4.1水准观测

水准按三等水准测量要求，采用一台索佳SDL30M（使用RAB码玻璃钢水准标尺每千米往返测高差中数标准差为±1.0 mm）数字水准仪及配套3 m玻璃钢水准标尺采用两次仪器高法观测。每测站观测顺序为：后视标尺→前视标尺→前视标尺→后视标尺。测站的视线长度、视线高度等按表3规定执行。

表3　视线长度、高度　m

闭合差按照下式进行计算：

水准线路全长6.801 km，附合水准路线允许闭合差fh= ±12=±31.3 mm。实测闭合差fh= - 2.25 mm，水准测量所有外业成果符合限差规定。

4.2平差依据

水准路线按附合路线计算，每千米水准测量偶然中误差，依据下式进行计算：

其中，MΔ为高差偶然中误差，mm；Δ为测段往返测（或左右路线）高差不符值，mm；R为测段长度，km；n为往返测水准路线的测段数。

4.3平差计算

将设计院移交的高等级水准点作为高程起算点，并使用无碴轨道平面高程控制网平差软件（BTHVA Software）计算严密平差，计算结果为每千米水准测量的误差为±0.119 mm，说明水准网精度满足国家标准。

5　结语

先进的GPS技术应用于特大桥施工控制网测量中，能有效保证测量成果完全符合特大桥的施工要求与设计规范。将特大桥控制网设计为大地四边形网形或三角形网形，以保证控制网结构具有足够的稳固性。通过检核，证明上述测量方式能建立高质量的特大桥梁平面控制网，值得在特大桥梁测绘中广泛应用。

参考文献：

［1］刘大杰.全球定位系统（GPS）与数据处理［M］.上海：同济大学出版社，2003.

［2］徐绍铨.GPS测量原理及应用［M］.武汉：武汉测绘科技大学出版社，2000.

［3］孔祥元，郭际明.控制测量学（上）［M］.武汉：武汉大学出版社，2006.

［4］刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法［M］.北京：科学出版社，2005.

［5］GB 12898—91，国家三、四等水准测量规范［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

中图分类号：TU198

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0207-02

收稿日期：2015-12-11

作者简介：聂建省（1979-），男，讲师；千绍玉（1978-），男，高级工程师