外海人工岛施工测量控制网使用与管理探讨

成益品

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

港珠澳大桥和深中通道两个跨海通道工程所处地域都在珠江口外，施工主体工程内容都包含人工岛和沉管隧道（简称“岛隧工程”）。其中，外海人工岛工程远离海岸，是连接跨海通道桥梁与隧道的纽带，基本功能是实现海上桥梁和隧道的顺利衔接，满足岛上建筑物布置需要，并提供基本掩护功能，保障主体建筑物（岛上隧道）的顺利建设和正常运营[1]。所以，外海人工岛施工具有施工周期长、施工空间狭窄、工序繁琐复杂、测量精度要求高、成岛后岛体很长一段时间处于沉降位移不稳定状态等显著特点。岛隧工程测量控制网作为岛隧各阶段工序施工衔接的定位控制基准，是保障工程施工顺利进展与决定工程建设质量的关键，在上述苛刻复杂的施工条件下，如何合理建立覆盖施工全周期的稳定施工控制网的重要性不言而喻，控制网的统筹规划尤为重要。

控制网如何满足施工定位精度需求是测量工作需要首先研究解决的问题，施工全过程控制点长期保存和合理使用也是测量工作管理的重难点。孙丕川等（2014）[2]研究了港珠澳大桥岛隧工程GPS控制点稳定性。沈家海等（2015）[3]总结了港珠澳大桥西人工岛施工测量控制网测设技术。成益品等（2016）[4]对港珠澳大桥岛隧工程东西人工岛精密跨海高程传递测量技术进行系统研究总结。张超等（2016）[5]对海中测量平台的主要功能进行阐述。张超等（2018）[6]对海中测量平台的稳定性进行监测与分析，提出测量平台可用于建立工程测量基准的观点。

当前，跨海通道岛隧工程控制网测量相关研究主要集中在控制网测量技术、人工岛施工定位与海上测量平台点位稳定性研究方面。本文贯通岛隧工程施工各个阶段对外海人工岛施工控制网从网形设计到规划选址与埋设，再到使用及维护等方面测量管理工作进行系统阐述，为后续跨海通道岛隧工程施工控制网的管理提供借鉴。

1 岛隧工程测量控制网布设总体思路

人工岛上建筑物精密施工测量放样和沉管隧道施工测量中管节安装定位、贯通测量、沉降位移监测都需要精确稳定的控制点，所以，岛隧工程测量控制网规划设计要覆盖人工岛与沉管隧道全周期的施工。结合岛隧工程施工组织总体安排，遵循“先整体后局部，分级布网，逐级控制”的原则，做到整体工程系统控制，局部分项工程精密测量[7-8]。总体来讲，岛隧工程施工测量控制网布设可划分为3个主要阶段。

1）人工岛成岛前

人工岛成岛前，选择在人工岛周边不影响施工的开阔区域建设海上测量平台，用于建立人工岛成岛施工测量定位控制基准。测量平台建设数量具体视工程实际需求而定。若有多个测量平台宜连续建设完成，便于建立统一的测量平台测量基准。

2）人工岛成岛后

人工岛成岛后，临时防台围堰施工完成，选择在沉降位移较为稳定的钢圆筒副格或防台围堰上均匀布设控制点，主要用于岛上隧道段和沉管安装前期贯通测量施工测量定位。控制点统一采用GNSS静态观测，提高观测精度。岛上隧道段沉管对接端施工可单独加密布设控制网点，采用导线测量形式观测成果。

3）人工岛主体建筑完工

待人工岛上隧道段主体结构施工完成且沉降稳定后，临时防台围堰逐步拆除，挡浪墙开始施工，根据现场测量放样需求，可选择在岛上隧道段结构顶、挡浪墙和非通航孔桥上布设控制点，用于局部施工放样和沉管隧道后期贯通测量。控制点保留直至工程验收测量完成。

2 港珠澳大桥东西人工岛测量控制网布设方法

2.1 测量基准建立

港珠澳大桥主体工程岛隧工程全长约7 440 m，由东、西人工岛和沉管隧道组成。在东、西人工岛北侧约350 m位置分别建设1座海上测量平台（钢管桩基础+钢结构平台形式），用于人工岛成岛和沉管安装施工测量控制。测量平台平面基准采用卫星定位测量控制网的形式，按照国家公路二等GPS测量技术要求与港珠澳大桥首级控制网联测建立。高程基准通过跨海水准测量方法由香港大屿山传递获取。

2.2 点位布设形式

东、西人工岛分别由59个和61个直径22 m，高度40.5～50.5 m的钢圆筒构成。岛体平面整体呈椭圆形，轴线长度均为625 m，横向最宽处约215 m。成岛后，选择钢圆筒内或钢圆筒副格内分别布设6个控制网点，控制网点布设位置见图1。

图1 港珠澳大桥东人工岛控制网点布设位置示意图Fig.1 Control points on the East Artificial Island for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

根据现场条件及控制点稳定性要求，控制点基础采用打设3根32.5 mm直径钢管桩，打设深度10 m，露出地面3 m，其上焊接观测平台和观测墩，埋设强制对中装置观测墩。待岛上隧道暗埋段建设完成后，在暗埋段顶布设控制点，采用高1.3 m钢结构三脚架形式，顶部焊接强制对中装置。

2.3 控制点稳定性对比分析

控制网平面按照公路二等GPS观测技术要求与测量平台基准联测，高程按照二等跨海水准测量要求从测量平台向人工岛传递获取。控制点布设前期每1个月进行1次稳定性检测，每3个月进行1次复测，将历次解算成果进行汇总对比，计算各点在平面坐标（X坐标分量表示岛体宽度方向，Y坐标分量表示岛体长度方向）、85高程（H表示岛体竖向）等各分量上的累计变化量，对点位的稳定性进行量化的分析。

钢圆筒内控制点2012年11月完成首期观测，统计截止2015年6月复测数据可知，控制点沉降位移变化不均匀，水平方向普遍向岛内方向位移（主要受岛内开挖和重载车辆频繁从控制点附近经过影响），个别点向岛外方向位移（主要受大型施工船舶停靠带缆影响）。高程受岛体自然沉降不可避免地发生沉降[9]。其中，布设在钢圆筒内控制点水平位移X分量最大达12.1 cm，沉降量最大39.6 cm，主要是因控制点布设在钢圆筒内，回填沙基础加上单个钢圆筒易发生水平位移的影响，导致控制点水平位移和沉降量增大。而布设在2个钢圆筒之间副格上的控制点，水平位移X、Y分量最大均不到2.8 cm，沉降量最大6.1 cm，这是由于控制点基础同时焊接在2个钢圆筒上，提高其整体抗震及抗位移能力。

岛上隧道段和非通航孔桥桥墩上控制点2014年11月完成首期观测，统计截止2015年6月复测数据可知，点位水平位移X、Y分量和高程最大均不到0.8 cm，说明PHC群桩基础和灌注桩基础相比钢圆筒基础，可以有效降低控制点的水平位移和沉降量。

3 深中通道西人工岛测量控制网布设方法

3.1 测量基准建立

深中通道主体工程岛隧工程由东、西人工岛和沉管隧道组成。东人工岛与陆地相连，西人工岛处于宽阔的海域。在西人工岛北侧约200 m位置建设1座海上测量平台（灌注桩基础+混凝土结构平台形式），用于人工岛成岛和沉管安装施工测量控制。测量平台平面基准采用卫星定位测量控制网的形式，按照国家公路二等GPS测量技术要求与深中通道首级控制网联测建立。高程基准通过跨海水准测量方法由东人工岛陆地传递获取。

3.2 点位布设形式

深中通道西人工岛由57个直径28 m、高度35.5～39.0 m的钢圆筒构成，岛体平面整体呈风筝形，轴线长度625 m，横向最宽处约456 m。结合岛体形状及特点，成岛后，在防台膜袋围堰形成后，选择在沉降位移稳定钢圆筒顶部的防台围堰上布设6个控制点，主要用于岛上隧道段和非通航孔桥的施工测量。控制网点布设位置见图2。

图2 深中通道西人工岛控制网点布设位置示意图Fig.2 Schematic diagram of location of the control survey points on the West Artificial Island for Shenzhen-Zhongshan Link

为保证控制点稳定性及使用要求，结合港珠澳大桥东西人工岛布设经验，选择在防台膜袋围堰顶浇筑混凝土观测平台。观测平台为底座设计高度0.4 m，长宽1.2 m×1.2 m的混凝土结构，平台中间设置直径350 mm的PVC管，内设钢筋笼，浇筑混凝土，作为观测墩，墩顶部设置强制归心装置，用混凝土浇筑。

人工岛施工高程的基准点采用PHC桩基础和灌注桩基础分别在西小岛和西大岛内建立，保证了不同施工阶段施工高程基准的稳定传递与精准衔接。

3.3 控制点稳定性对比分析

控制网平面按照公路二等GPS观测技术要求与测量平台基准联测，高程按照二等跨海水准测量要求从测量平台向人工岛传递获取。控制点布设前期每1个月进行1次稳定性检测，每3个月进行1次复测，将历次解算成果进行汇总对比，计算各点在平面坐标、85高程等各分量上的累计变化量，对点位的稳定性进行量化的分析。

防台膜袋围堰上控制点2018年11月首期观测，统计截至2021年6月复测数据可知，控制点水平位移X、Y、H分量最大分别为1.30 cm、1.11 cm、5.19 cm（为同一个点），主要是因控制点靠近临时码头，施工船舶频繁靠船影响，导致控制点水平位移和沉降量增大。其它控制点水平方向位移均在0.5 cm左右，沉降量在4 cm之内，控制点水平方向未发生较大位移，沉降受钢圆筒整体自然沉降影响。灌注桩基础高程基准点未发现沉降现象。

岛上隧道段上布设控制点2020年5月首期观测，统计截至2021年6月复测数据可知，点位水平位移X、Y分量和高程最大均不到0.2 cm。

4 结语

跨海通道外海人工岛上每个阶段开展的控制网测量工作，对于建立岛隧工程统一的测量基准具有重要意义，为岛上结构施工和沉管安装贯通测量等提供稳定可靠的保障。通过深中通道与港珠澳大桥人工岛布设控制网点稳定性对比分析，深中通道人工岛控制点稳定性有较为明显改善。结合跨海通道岛隧工程测量实践经验，提出以下外海人工岛施工测量控制网布设思路及稳定性保障措施：

1）人工岛成岛后，钢圆筒很长一段时间处于沉降位移不稳定状态。而人工岛临时防台围堰膜袋混凝土搭接多个钢圆筒，一定程度上提高钢圆筒整体抗震及抗位移能力，所以，控制点尽可能多选择在人工岛防台围堰膜袋混凝土顶布设。待岛上主体建筑施工完成，沉降稳定后可以将控制点转移至其结构上，做好测量基准衔接。

2）人工岛测量空间受限，控制网布设规划结合施工组织总体安排，尽可能避开临时便道、施工码头或经常靠泊区域。高程基准点要结合工程运营阶段健康监测设计规划，在人工岛岛内选址建立永久性灌注桩基础观测平台，保障工程建设全周期施工测量基准的稳定和统一。

3）人工岛附近建立的海上测量平台控制点，受风浪流影响不可避免地会产生震动，在进行人工岛建筑物或沉管隧道平面位置精密测量时，一般只用作后视定向，不建议架设全站仪直接进行测量放样。

4）人工岛控制网建立初期，应加强岛内控制点稳定性监测，根据监测结果实时更新成果，后期待控制点稳定后制定复测周期，并视现场施工情况决定是否变更控制网成果，保证各阶段历次控制网成果之间平稳顺接与过渡。