吴珍丽

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉 430050)

荆岳铁路洞庭湖大桥施工控制网测量

吴珍丽∗

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉 430050)

大型桥梁工程由于两岸通视困难,用传统测量方法直接布设大桥工程控制网及进行大桥施工测量非常困难,因此GPS定位技术在大型桥梁工程的施工控制网测量中应用广泛。本文详细介绍了荆岳铁路洞庭湖大桥施工控制网的测量方案及实施情况,在测量中采用了GPS定位技术来建立施工控制网,整个施工控制网的测量包括施工平面控制网测量和施工高程控制网测量。结果表明获得的平面和高程控制测量成果精度均优于二等精度,可满足工程定测和施工测量应用的需要。

荆岳铁路洞庭湖大桥;施工控制网;GPS;跨河水准测量

1　引 言

采用了GPS静态测量和数字水准测量技术。

荆岳铁路专线洞庭湖大桥是荆岳铁路专线中的关键性控制工程之一,主桥桥型拟采用钢箱钢桁叠合梁斜拉桥,主孔跨度2 m×406 m。桥址位于洞庭湖口,距下游城陵矶约1．5 km,距上游已建成通车的洞庭湖公路大桥约4．2 km。为了满足大桥长周期精确施工放样的需要,需要进行施工控制网测量。本文详细介绍了荆岳铁路洞庭湖大桥施工控制网的设计及施测情况,整个施工控制网的测量包括施工平面控制网测量和施工高程控制网测量。

大型桥梁工程由于两岸通视困难,用传统测量方法直接布设大桥工程控制网及进行大桥施工测量是非常不容易的,因此GPS定位技术在大型桥梁工程的施工控制网测量中应用广泛[1～3]。本文也采用了GPS定位技术来建立平面控制网和高程控制网,在测量中

2　施工平面控制网测量

(1)精度设计

根据工程特点和测区条件,按二等GPS网精度施测全桥平面控制网,要求最弱点的坐标中误差(mx及my)不大于10 mm,最弱边边长相对中误差不大于1/180000[4]。

(2)选点布网

选点时充分考虑本工程特点,要求点位分布合理,尽可能地布设在桥梁各控制工程区段;点位处应视野开阔,便于安置接收机和操作;附近不应有强烈反射卫星信号的物件,50 m以内不应有高压电线和微波天线以及电信号通道等电磁干扰;交通方便,便于使用;地面基础稳定,避开施工干扰,利于点的保护[5]。

图1　平面控制网示意图

共布设32个GPS平面控制点,即DQ1～DQ32。其中DQ1～DQ10、DQ12、DQ13、DQ15、DQ17、DQ19、DQ22、DQ23、DQ29、DQ30共19个控制点为强制归心观测墩,DQ32埋设房顶标石,其余12个控制点埋设地面普通标石。上述32个控制点和2个已知控制点共同构成GPS平面控制网。控制网示意图如图1所示。

(3)造标埋石

控制点标石的稳定性是衡量控制网质量的关键因素之一。根据控制点不同位置分别采用不同方式埋设控制点标石,确保控制点具有足够的稳定性。对位于楼房屋顶牢固结构上的点,直接在混凝土表面埋设测量标志;对于设在土质地面上的点,采取开挖基础和现场浇注混凝土标石的方法加固,点位开挖深度视具体情况而定,原则上应达硬质土层,一般情况下深度在1．5 m左右。

(4)GPS外业观测

为了保证控制网成果的质量和可靠精度,外业观测在控制点标石埋设足够稳定后开始。根据测区条件及控制网特点,采用GPS静态相对测量模式,对全桥平面控制网进行观测。采用4台Trimble R8 GPS接收机按技术规范中二等网要求进行同步观测。为了确保平面控制网的测量精度,观测中执行如下主要技术要求如下:卫星高度角≥15°,同时观测有效卫星数≥4颗,时段观测时间≥120 min,点位几何图形强度因子(GDOP)≤6,异步环构成边数≤5,时段中任一卫星有效观测时间≥30 min。

(5)数据处理

外业观测结束后,对观测成果进行基线解算和网平差。采用Trimble随机软件TGO1．63解算基线,使用武汉大学研制的GPS专用平差软件COSA GPS进行网平差。基线解算时经过重复基线、同步环和异步环闭合差检验,剔除超限的基线观测值,如表1所示。

GPS点点位中误差统计表　表1

经检验,所有基线均满足上述限差规定,说明观测值中不含粗差,所有基线可供内业平差之用。然后在WGS-84坐标系下对基线向量网进行三维无约束平差,再在桥梁施工坐标系中进行二维约束平差。

平差后,各控制点的点位精度列于表1。其中,最弱点的点位中误差为:±3．8 mm;最弱边DQ24～DQ25的边长中误差为±0．8 mm,边长相对中误差为1/38．3万;桥中线边DQ1～DQ2的边长相对中误差为1/227．1万。全部精度指标均达到规范及设计的要求,优于二等GPS网精度。

(6)边长检测

为了检核GPS控制网的外部精度,采用Leica TC2003全站仪精密测量了4条边长,所测4条边分布于洞庭湖两岸。每条边均往返观测了各4个测回,并进行了仪器加、乘常数改正,气象改正,倾斜改正和投影改正(投影至正常高57 m)。全站仪测量边长与GPS网平差边长对比如表2所示,边长互差最大值为6．1 mm,进一步说明了GPS测量成果的可靠性,如表2所示。

GPS边长与全站仪边长对比表　表2

3　施工高程控制网测量

施工高程控制网整体按国家二等水准测量精度[6]要求施测,其中跨河水准采用经纬仪倾角法进行双线测量。

(1)精度设计

本工程高程控制网按二等水准测量精度施测,每公里水准测量的偶然中误差不大于1．0 mm。

(2)选点、布网及埋石

所有32个平面控制点(DQ32除外)同时兼作水准点,点名与平面控制点相同。另外在桥中线附近的合适位置增设独立标石的水准点4个(QBM0—QBM3),由上述水准点及2个已知高程控制点(“ⅡCX1-1”、“JS”)共同构成高程控制网。独立水准点的标石按规定要求埋设。

(3)陆地二等水准测量

陆地水准点间高差按二等水准测量要求,采用一台Trimble Dini数字水准仪及配套条码尺进行往、返观测。水准测量中往、返测高差较差、附合或环闭合差限差为4 F(F为水准测量的环线或路线长度)。经验算,水准测量所有外业成果符合限差规定。

(4)跨河水准测量

在桥中线上游约500 m的位置布设两条跨河线,跨河长度约为1．2 km,跨河场地布设成平行四边形。采用2台TC 2003全站仪及因瓦水准尺按经纬仪倾角法测量。限差及操作按《国家一、二等水准测量规范》中有关规定执行,其中过江视线离水面高度≥8．2 m。成果的取舍按照规范要求进行,经验算,两条跨河线各单测回高差的最大互差均≤17．5 mm(限差);两条跨河线构成的闭合环差为1．35 mm,均满足规范要求。

(5)高程控制网数据处理

采用武汉大学研制的CODAPS平差软件对全桥高程控制网进行了严密平差,以已知水准点“ⅡCX1-1”的高程作为全网高程起算。平差后,最弱点的高程中误差为±3．33 mm。各水准点高程精度列入表3中。所有这些精度指标表明:高程控制网测量精度达到了规定要求,优于国家二等精度,完全能满足施工测量应用的需要,如表3所示。

4　结 语

荆岳铁路洞庭湖大桥施工控制网的网形结构好,控制点选、埋规范,布网合理。测量中采用了GPS静态测量和数字水准测量技术,所获得的平面和高程控制测量成果精度均优于铁路二等精度,满足了工程施工测量应用的需要。

[1] 袁绍洪．GPS在施工控制网测量中的应用探讨[J]．西部探矿工程,2008(4):141～142．

[2] 陈文通．GPS在特大桥施工控制网测量中的应用[J]．福建建筑,2005(Z1):179～180,165．

[3] 来丽芳．GPS在大型桥梁工程控制测量中的应用研究[D]．杭州:浙江大学,2005．

[4] TB 10101-2009．铁路工程测量规范[S]．

[5] GB/T 18314-2009．全球定位系统(GPS)测量规范[S]．

[6] GB/T 12897-2006．国家一、二等水准测量规范[S]．

Construction Control Network Survey for the Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway

Wu Zhenli

(China Railway Major Bridge Reconnaissance&Design Institute Co．,Ltd．Wuhan 430050,China)

It is very difficult to build bridge project control network and carry on the bridge construction survey using tradition measuring techniques directly for large bridges because of both banks intervisibility is extremely difficult．Therefore,the GPS technology is widely used in the survey of construction control network for large bridges．This paper introduces the design and the implementation of the construction control network for the Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway．In survey,the GPS technology is used to build the construction control network．The survey of construction control network consists of the survey of plane control network and the survey of elevation control network．Results indicate that both the accuracy of horizontal and the vertical results of the control network are better than the standards of the 2nd order national network,which can satisfy the demands for location survey and construction survey applications．

Dongting Lake Bridge of Jing Yue Railway;construction control network;GPS;river-crossing leveling; digital level

1672-8262(2016)01-31-03

P228

B

∗2015—12—29

吴珍丽(1984-),女,工程师,博士,主要从事工程测量及摄影测量工作。

中国中铁股份有限公司科技开发计划(2013-重点-7)