某海湾大桥长距离跨河高程测量技术

王 我

(成都大西南铁路监理公司， 四川成都 610031)

某海湾大桥长距离跨河高程测量技术

王 我

(成都大西南铁路监理公司， 四川成都 610031)

文章以某跨海大桥为载体，介绍了同时对向观测跨河三角高程测量方法的原理及其过程，并应用该方法进行跨河高程控制网建立的成功案例。通过多种检核与对比，四边形跨河三角高程水准测量方法使用双测站同时对向观测，既消除了大气折光的影响，还增加了检核条件。理论分析和工程实践证明，该方法不但可以达到二等高程控制测量的精度，而且测量效率优于传统的水准测量。

跨河水准； 高程控制网； 同时对向

某跨海湾大桥为跨海长度4.038 km，主桥为五跨连续H型双塔双索面叠合梁斜拉桥，主塔塔高171.5 m，主跨跨径为488 m，为了进行该桥的施工，根据施工组织设计，应该在设计院提供的水准点的基础上建立控制该桥施工的高程控制网，并对设计院提供的两岸水准点间的高差进行复核测量。为了确保该大桥施工测量的精度，根据相关规范的规定，本次该大桥高程跨河测量的精度设计为国家二等高程控制测量。

随着智能型全站仪的发展，三角高程越来越多使用在水准不方便测量的地界[1]。根据GB /T 12897-2006《国家一、二等水准测量规范》规定，大于2 km的跨河属于规范规定的最高级别，故在某跨海湾大桥采用同时对向观测跨河三角高程测量方法进行高程控制网的测设、建立。

1 跨河高程测量技术方案设计

1.1 跨河场地布设及其高差测量路线

为了实现海湾大桥高程跨河测量，选择在海湾水域相对比较窄的江段，布设了如图1所示的跨河高程测量场地。图1中A、B、C、D为进行本次高程跨河测量用的临时水准点，准备采用大地四边形进行高程跨河测量；E、F为大桥施工用的水准点，BM8、BMG为设计院交桩的水准点；其中A、B、F和BMG位于南岸，C、D、E和BM8位于北岸。

图1 跨河高程测量示意

此外，图1中的带箭头实线部分为用全站仪三角高程间接高差测量方法测量的测段，即AC、BD、AD和BC测段的高差采用全站仪三角高程间接高差测量方法测量，所采用的仪器为莱卡TS30，虚线为用电子水准仪水准测量方法测量的测段，所采用的电子水准仪为天宝DINI03。

如图1所示，本次跨河高程测量以及两岸设计院水准点间高差复核测量，需要采用两种完全不同的测量方法：一种是两岸水准点间的二等高差跨河测量，将采用两台智能型全站仪进行同时对向间接高差测量；另一种是同岸水准点间的高差测量，将采用普通二等水准测量的方法。前者采用的是两台智能型全站仪及其配套棱镜，后者采用的是一台电子水准仪及其两把配套的条码水准尺。下面分别介绍这两种测量方法的测量过程。

1.2 同时对向跨河间接高差测量

同时对向跨河间接高差测量场地布置如图1所示。图1中，A、B、C、D为4个跨河高程测量的临时水准点，测量时在这4个临时水准点上用脚架摆放三棱镜；2台智能型全站仪分别设站在距AB和CD连线约20 m的后方，整平后同时对4个三棱镜进行斜距和天顶距测量，之后首先计算全站仪至各个棱镜间的直接高差，再利用南岸的直接高差计算AC、AD、BC、BD的间接高差，利用北岸的直接高差计算CA、CB、DA、DB的间接高差，最后计算同时段的南北两岸的间接高差的均值，作为跨河测段该时段的测量高差。由于该跨河测段的跨河距离为2.2 km，根据规范的规定应该观测18个以上时段，为了确保本次测量外业观测数据的质量，本次跨河高程测量外业计划观测20个时段。当全部20个时段各个时段间的最大最小高差较差小于以下限差时，可以认为20个时段的观测高差全部合格[2-3]。

(1)

式中：N为时段数;S为跨河距离，以km为单位。

同时对向跨河间接高差测量时，斜距和天顶距的外业测量应该满足表1的要求。

表1 跨河间接高差斜距和天顶距外业测量的技术要求[4]

同时对向跨河间接高差测量使用的全站仪，其测距的标称精度应该≤(2mm+2ppm)，其测角的标称精度应该≤1″；外业测量时应该使用多测回自动测量软件控制全站仪进行外业的自动照准、自动观测和测量数据的自动记录；此外，在每个时段的测量时，需要控制两套全站仪同步进行每个时段的测量；在每个时段的测量之前，还要通过温度计和气压计量测环境温度和气压，之后输入到全站仪中以便对观测数据进行气象改正。

1.3 普通二等水准测量

岸上测段高差采用电子水准仪进行往返测量，往测时单数测站观测程序为后-前-前-后，往测时双数测站观测程序为前- 后- 后-前；返测时单数测站观测程序为前- 后- 后-前，返测时双数测站观测程序为后-前-前-后。二等水准测量时，使用的水准仪高差测量的标称精度应该满足≤1mm/km。为了确保岸上高差测量的精度达到二等的要求，应该使水准测量的测站数据和路线数据满足表2和表3的技术要求。

表2 测站水准测量的主要技术要求[4] m

表3 路线水准测量限差要求[4] mm

2 数据分析与整理

全部20个时段跨河测段的往返测间接高差实测数据测量完成后。由于地球曲率和大气折光对单向高差的影响相对地大，因此各个时段的间接高差应该计算同时段的往返测高差的均值，然后统计各个时段间的高差较差。

跨河测段20个时段的往返测间接高差均值的最大值、最小值及其较差等情况，统计在表4中。从表4中的统计数据可以看出，4个跨河测段高差的最大值与最小值之差全部小于其对应的限差要求，因此可以认为本次跨河测段高差测量的精度满足规范要求。

桥梁两岸岸上6个测段水准测量的实测往返测高差及其较差数据，统计在表4中。从表4中的统计数据可以看出，6个测段的往返测高差较差全部满足其对应的限差要求，因此可以认为岸上测段的实测高差全部满足二等水准测量的精度要求。

表4 跨河测段高差最大值最小值差值统计

实测4个跨河测段的高差均值和表5中岸上AB、CD测段往返测高差的均值，可以计算图1中5个闭合路线的高差闭合差，计算结果统计在表6中。从表6中的实测闭合差及其允许闭合差可以看出，本次跨河测段高差和岸上测段高差测量的闭合差全部小于其允许误差，因此可以说明本次高程测量的外业数据满足二等高程控制测量的精度要求。

表5 岸上测段高差二等水准测量成果统计

表6 跨河测段高差闭合差统计

3 结论

综上所分析，本文所采用的四边形方法，由于采用了测量机器人和双测站同时对向观测，既消除了大气折光的影响，还增加了检核条件。理论分析和工程实践证明，该方法不但可以达到二等高程控制测量的精度，而且测量效率相对于传统的水准测量高得多。

综合实验以及数据分析可得出以下主要结论：

(1)采用此方法进行跨河水准测量，可实现同时对向观测，每一双测站的高差均是由对向观测高差计算获得，有效地消除了大气折光的影响；

(2)在岸边的水准测量高差的加入，可以防止由于三角高程组成闭合环的高差是自相关的问题，从而可以得到独立的闭合环闭合差；

(3)采用该方法对于在2km距离进行大跨度的跨河水准可以达到二等水准测量的精度。对于更长距离的跨河水准，相信随着智能型全站仪的发展，可以进行更多的尝试。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB10601-2009高速铁路工程测量规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2009.

[2] 孔祥元.控制测量学[M].武汉大学出版社，2002.

[3] 刘成龙,杨雪峰,张阅川,等.基于测量机器人的二等高程控制测量新方法[J].西南交通大学学报,2013,48(1):69-74.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T12897-2006 国家一、二等水准测量规范[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

[5] 陶元洲，王凤艳，庞贺民，等.全站仪垂距测量代替二、三、四等水准测量的研究[J].吉林大学学报: 地球科学版， 2004，34(2).

王我(1987～)，男，本科，助理工程师，从事工程监理工作。

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[定稿日期]2017-01-09