特大桥跨河水准及控制测量方案
2013-08-24 17:05:46 来源: 测绘论坛
桥梁是公路最重要的组成部分之一，在桥位的控制测量中，一般精度要求较高，特别是特大桥的桥位控制网更是如此。建立特大桥的桥位控制网的传统方法，一般是采用测角网，随着电磁波测距仪的广泛应用，又出现了测边网。测角网有利于控制方向误差，而测边网有利于控制长度误差。为了充分发挥二者的优点，现在一般布设同时测角和测边的边角网。
桥梁施工控制网是全桥施工测量的基准。控制网布置是否合理和能否达到预定精度要求，直接影响到工程的施工质量。测量施工控制网分为平面控制网和高程控制网两种。建立施工平面控制网的目的是为了满足施工中平面放样的需要，并保证所放样的平面点坐标满足施工的精度要求。
一、特大桥控制网布设要求
特大桥的桥位控制网的布设除满足三角测量本身的需要外，还要求控制点应选在不被水淹，不受施工干扰便于放线的地方，并且其中两点应设在桥轴线上，桥轴线上的控制点间应实测距离，基线应尽量与桥轴线垂直。基线长度一般不小于桥轴线长度的0.7倍，困难地段不小于0.5倍。
桥位控制边角网应根据地形情况以及桥梁长度进行布设，若桥位有一岸有障碍物或其它因素不宜测定基线的地形，可布设为双三角形；若两岸均有一侧不宜测定基线的地形，可布设为四边形；若两岸是两侧均可测定基线的地形且长度>2000m时可布设双四边形。
由测量平差原理可知，如果三角形的所有边和角都测了，无论采用条件平差还是采用间接平差，都会大量增加法方程式的解算工作。因此布设边角网时，还需考虑计算的难易、繁简，一般情况下，不一定观测所有的边长，尽可能采用较简捷的方法进行布网和观测，只要有足够的多余观测可作为检核即可。
二、特大桥梁施工控制网的观测方案
桥梁施工平面控制网观测方案主要有测角网、测边网和边角网几种。
（一）测角网是用经纬仪观测控制网的所有内角，并在每岸各丈量一条基线
其它边长根据基线及内角推算。测角网的精度主要由测角的中误差控制，这种网的外业工作量较大，一般在测距工具受到限制时考虑采用。
（二）测边网是用测距仪观测控制网的所有边长，但不观测内角
测边网的精度完全决定于测距的精度。由于当前测距仪（包括全站仪）已能达到相当高的测距精度，而且用测距仪测距劳动强度低，工效高。因此测边网的外业工作量小，控制网也能达到较高的精度。但由于测边网的多余观测量小，相对其他两种观测方案而言其可靠性较差。
（三）边角网是既用测距仪观测控制网的边长，又用经纬仪观测控制网的内角
若所有的边长和所有的内角均全部观测，这种边角网称为完全边角网，其精度最高，但外业工作量很大。其实，在观测所有边长的基础上根据优化设计原理有选择地观测少量的几个内角，既可使控制网的精度接近完全边角网的精度，又可使外业工作量较少。
桥位控制边角网的网形主要有双三角形、四边形、双四边形。
桥位控制边角网应根据地形情况以及桥梁长度进行布设，若桥位有一岸有障碍物或其它因素不宜测定基线的地形，可布设为双三角形。若两岸均有一侧不宜测定基线的地形，可布设为四边形；若两岸是两侧均可测定基线的地形且长度大于2000m时可布设双四边形。
桥位控制边角网应根据地形情况以及桥梁长度进行布设，若桥位有一岸有障碍物或其它因素不宜测定基线的地形，可布设为双三角形。若两岸均有一侧不宜测定基线的地形，可布设为四边形；若两岸是两侧均可测定基线的地形且长度大于2000m时可布设双四边形。 桥位控制边角网应根据地形情况以及桥梁长度进行布设，若桥位有一岸有障碍物或其它因素不宜测定基线的地形，可布设为双三角形。若两岸均有一侧不宜测定基线的地形，可布设为四边形；若两岸是两侧均可测定基线的地形且长度大于2000m时可布设双四边形。
由测量平差原理可知，如果三角形的所有边和角都测了，无论采用条件平差还是采用间接平差，都会大量增加法方程式的解算工作。因此布设边角网时，还需考虑计算的难易、繁简，一般情况下，无须观测所有的边长，尽可能采用简捷的方法进行布网和观测，只要有足够的多余观测可作为检核即可。
三、工程实例
（一）工程概况
某隧道全长10 490 m，隧道两端从河两岸掘进，穿越河底于河底中部对接贯通。由于受地形限制，沿线路走向测线跨河面宽度超过2.5 km，两端陆上部分采用精密水准仪按照二等水准测量规范施测；跨越河面时，采用光电测距三角高程法进行施测，用GPS高程进行对比检核。
（二）三角高程跨河水准测量
三角高程观测采用徕卡全站仪对向观测，东岸使用TC2003（标称测角精度为0.5′，测距精度为1+1 ppm），西岸使用TCA1800（标称测角精度为1′，测距精度为1+2 ppm）观测。采用大地四边形网型布网观测。消除或减弱仪器高误差、大气垂直折射差、地球曲率误差等多项误差。观测斜距时分别读取仪站与镜站的温度、气压，取平均值后输入全站仪，观测值直接进行气象温度及加乘常数改正。竖直角采用中丝法照准读数，仪器及觇标均采用遮阳。斜距往返观测6测回，测回间同向较差小于6mm。竖直角测12测回，测回间同向互差小于3′。
（三）数据处理
数据处理采用南方平差易2005，采用经精密水准测得的C1点的高程做起点，总共进行了3个闭合环的计算，闭合差在国家三等水准规范允许之内，成果见表1，表2：
表1 水准路线计算表
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序号
|
闭合水准路线
|
路线长/km
|
闭合差/mm
|
限差/mm
|
|
1
|
S3-1-S3-2-C3-1
|
4335
|
-6.35
|
24.99
|
|
2
|
S3-1-S3-1-C3-1
|
4294
|
-2.2
|
24.87
|
|
3
|
S3-1-S3-2-C3-1
|
4372
|
-10.2
|
25.09
|
表2 水准平差成果表
|
点号
|
平差后高程/m
|
高程中误差/mm
|
|
C1
|
47857
|
已知点
|
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C2-1
|
44474
|
1.60
|
|
C3-1
|
44678
|
1.60
|
|
S3-1
|
54637
|
0.57
|
|
S3-2
|
59097
|
0.80
|
|
S3
|
25192
|
1.65
|
高程控制网等级:国家三等；
每千米高差中误差=2.87 mm，规范允许每千米高差中误差=6 mm；
最大高程中误差[S3]=1.65 mm，最小高程中误差[S3-1]=0.57 mm；
平均高程中误差=1.33 mm；
C1到S3的高差：
ΔHC1-S3=HC1-HS3=4.7857-2.5192=2.2665m。
（四）采用三角高程测量的可行性
为了更好地消除仪器误差和折光误差对高差的影响，最好用两台同型号的仪器在两岸同时观测（若只有一台仪器也可先后观测）。为了解决跨河长视线照准读数问题，在跨河读数时应采用特制规牌。读数时，测站指挥对岸人员将规牌沿着水准尺上下移动，直至规牌上的矩形标志线被望远镜的楔形夹住为止，此时规牌的指标线在水准标尺上的读数，即为水平视线在水准标尺上的读数。
随着电磁波测距技术的发展，全站仪应用的普及，测距三角高程测量的应用越来越广泛。这种方法简便灵活，受地形条件限制少，劳动强度低，经济指标优于几何水准。
跨河三角高程测量应采用标称精度3mm+2ppm、竖直角观测精度在2 "级以上的全站仪。为了削弱大气折光的影响，要求采用对向观测法，并将测距长度限制在500m以内，以减少累积误差。观测时，在A点安置仪器，B点安置反光镜，量出仪器高和反光镜高。仪器高和反光镜高一般在观测前后各量一次，取平均值作为结果。观测时还应进行气象改正，应在大气稳定、成像清晰的条件下进行观测。测距和竖直角至少各观测三测回，测回差与指标差互差均不得大于5"。
四、结语
总之，桥梁工程测量是勘测、设计、施工和养护的一个重要环节，是确保桥梁工程质量的关键因素之一，是桥梁施工控制中一个相当重要的部分，可以说施工控制得以全面实施必须通过各种测量手段和设备。
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