山区高速公路施工控制测量技术研究

刘纪光

摘 要： 在进行坐标系的初步建立的过程中，需要结合不同的数据，对其平面进行较为精准的控制，然后做好控制网的相关布设工作，让GPS技术能够在控制测量中得到全方位的应用，最终达到良好的测量效果。

关键词： 山区高速公路;工程独立坐标系;GPS控制网

【中图分类号】U412.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）08-0044-01

引言：山区高速公路具有路线长、地形起伏大、通视条件差、桥隧占比大和施工精度要求高等突出特点，其施工控制测量难度显著增大。开展工程独立坐标系、控制网必要精度、选点布网、外业观测、数据处理等关键技术研究。

1 坐标系统的选择

在进行平面控制测量之前，首先应确定其平面直角坐标系，以保证测区内投影长度变形值小于2.5cm/km。在海拔高度小于160m的平坦地区，由于高程归化引起的长度变形值小于2.5cm/km，所以控制网长度变形只需考虑高斯正形投影就可以了。但在山岭重丘区，由于地形起伏较大，海拔较高，不仅高斯正形投影引起的长度变形可能会超限，而且高程归化引起的长度变形也会超限，因此在山区进行控制测量，选择适宜的坐标系统，对于提高勘测成果精度，减少繁琐的数据计算，显得尤为重要。根据规范要求和山区特点，结合山区经纬度、平均高程等因素，按照下列方法选择坐标系：1）当勘测路线距离国家统一的3°带中央子午线较近时，可建立投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3°带平面直角坐标系。2）当勘测路线偏离国家统一的3°带中央子午线较远时，可采用：①投影于抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。②投影于参考椭球面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系。③当采用一个投影带不能满足要求时，可分为几个投影带，但投影分带位置不能选择在大型构造物处。

2 平面控制测量设计

2.1 坐标系统设计

坐标系统设计的主要目的是将坐标投影长度变形值控制在合理的范围内，以满足工程施工的精度要求。《公路勘测规范》（JTGC10-2007）规定：选择路线平面控制测量坐标系时，应使测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km，且大型构造物的投影长度变形值不应大于1.0cm/km。大型构造物可界定为多孔跨径总长大于500m或者单孔跨径大于150m的大桥、特大桥，以及长度大于3000m的隧道。高速公路路线比较长，东西方向跨度较大，国家坐标系或城市坐标系通常不能满足工程建设对投影长度变形的限制要求。一般而言，当整个线路在东西方向上偏离国家坐标系3°（或6°）带中央子午线或某城市独立坐标系的中央子午线超过了50km时，须建立线路独立坐标系统。对山区高速公路而言，沿线地形起伏大，路面设计标高差异大，大型桥梁、隧道精度要求高，独立坐标系的设计变得更加复杂，很可能需要建立多个基于高斯投影的独立坐标系才能满足投影变形的要求，或者需采用斜轴墨卡托投影处理方法建立统一的独立坐标系。在我国公路工程测量实践中，目前主要采用任意带任意投影面的高斯投影抵偿坐标系统。山区高速公路工程独立坐标系的设计方法归结为中央子午线和抵偿高程面的确定，一般可首先选定工程中心处的子午线作为中央子午线，选取公路路面平均高程作为坐标投影面，并进行投影长度变形计算和分析，然后根据公路测区总体残余投影变形及大型构造物投影变形值的大小，适当调整中央子午线的位置和投影面的高度，使测区及大型构造物的残余投影变形值达到最小。

2.2 精度设计

高速公路施工控制网的精度等级主要根据工程结构施工精度要求进行设计，《公路勘测规范》（JTGC10-2007）规定了不同等级路基、桥梁、隧道的控制测量精度等级。山区高速公路中桥隧占比大，控制测量等级要求高，而路基施工精度要求较低，因此，全线施工控制网由多种不同精度等级的局部控制网交替组成，相邻局部网之间的精度等级可能相差1～3个级别。平面控制网宜按照“整体控制，分级布网”的原则分两级布设，即先布设全线首级控制网，再以首级控制网为基础布设不同精度等级的施工控制网。施工控制网的精度等级系根据构造物的规模及其复杂程度、施工精度要求选定。原则上首级控制网的精度等级应高于施工控制网的最高等级，但实际工作中，首级控制网也可采用施工控制网的最高等级施测。

2.3 选点布网设计

山区高速公路工程首级平面控制点可每隔5～10km沿线路中线两侧交叉布设。考虑到次级施工控制网一般采用GNSS测量方法施测，因此无需按传统的点对方式布网，只需按单点布设，可以节省将近一半的测量工作量。首级控制点应布设在稳定可靠的地基或结构上，并采取加固措施埋设标石，确保其在工程建设期间安全、稳定，以保持建设期间全线控制测量基准的稳定性和精确性。施工控制点点位的选择应分别符合桥梁、隧道或路线控制网选点的相应要求。

2.4 观测方案设计

各等级平面控制网一般采用GNSS静态测量技术进行观测。在山区高速公路GNSS控制网观测中，卫星信号受山体和树木遮挡严重，需要适当延长GNSS观测时间。尤其是三、四等网观测的时段长度比规范规定的最短观测时间大致需要延长30～50%左右，主要原因是三、四等点的位置选择受限造成其观测环境比首级控制点更差。

2.5 数据处理方法

第一步，进行首级GNSS控制网平差。平差前，应将已知点的国家坐标转换成本项目工程独立坐标系，并进行已知点兼容性检验;第二步，以首级GNSS控制点和已知点作为坐标起算点，按自高向低的等级顺序对各等级施工控制网进行分步平差，具体方法为：①先进行二等控制网平差;②再以首级控制点和二等施工控制点作为已知点，进行三等施工控制网平差;③最后以三等及以上高等級控制点作为已知点，进行四等施工控制网平差。

结语：山区高速公路平面控制测量中GPS定位技术的运用十分重要，需要结合多方面的因素确定公路平面测量精度。与此同时，还要对坐标系参数进行正确的选择，然后加强控制网控制点的均匀性，最后采用多种测量方式加强其测量的精确度，使GPS技术能够全面地应用到山区高速公路的测量中。

参考文献

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