大型桥梁高程控制网的布设和精度分析

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1、测绘信息与工程 Journal of Geo matics Aug. 2009 ; 34 (4)15文章编号 :100723817 (2009) 0420015202中图分类号 : P258文献标志码 :B大型桥梁高程控制网的布设和精度分析瞿云(上海市政工程勘察设计有限公司 ,上海市中山北二路 901 号 ,200092)摘 要 结合一个大型桥梁施工控制网测量项目 ,详细介绍了高程工程网的布设和测量等工作 ,精度分析结果表 明 ,控制网的布设和测量方案是合理的 。关键词 大型桥梁 ;高程控制网 ;精度分析 ;测量方案桥梁施工控制网建立的主要目的是进行桥梁各部位的 施工放样 ,另外 ,为保证桥梁

2、工程的安全运营 ,还需利用施工 控制网进行一定的变形监测 1 。对于大型桥梁高程控制必 须采用高精度的水准测量 。如果桥梁轴线长度非常大 ,高程 控制测量还必须采用跨河水准的方法联测两岸的控制点高 程 2 。结合一个大桥施工高程控制网项目 ,说明如何进行大 桥高程控制网布设 ,并对布设的控制网进行了精度分析 。1 桥址周围的自然地理条件拟建的江东大桥位于杭州市区的东北角 ,连接杭州市江 干区下沙街道与萧山区河庄镇 ,桥址处两岸地形平坦 ,地面 高程一般为 48 m ;桥址处江面宽约 2. 1 km ,河槽宽浅 。拟 建桥位西起德胜路与高教 11 号路交叉口 ,向东跨越钱塘江 , 接至江东工业园

3、区滨江二路 。桥址附近北岸临江海塘原为 乔司 3 号大堤 ,因下沙围垦和盐仓围垦形成目前现有的一线 海塘 。该段海塘堤顶高程按百年一遇标准设计 ,高程则为 10. 15 m ,挡浪墙顶高程为 10. 95 m 。桥址南岸防洪堤即为 萧围西线海塘 , 堤顶高程按 50 年一遇标准设计 , 高程为 10. 45 m ,挡浪墙顶高程为 11. 45 m。2 高程控制网布设与测量本次测量系设计阶段向大桥施工阶段提交高等级大桥 高程控制点 ,为大桥施工提供可靠高程依据 ,并作为日后施 工阶段的大桥控制网复测基础 1 ,3 。测量内容主要是采用水 准测量手段布设和测量大桥施工高程控制网点。工作从 2005

4、 年 11 月 21 日开始 ,至 2005 年 12 月 22 日完成 。杭州 江东大桥高程控制网测量采 用国 家一 、二 等水准测量规 范,设计为国家二等水准网 ,1985 国家高程基准 (复测) 。1) 高程控制网布设 。控制点的选点非常重要 ,其位置 的选取可从以下几个方面考虑 : 如能在保证稳定性的前 提下直接就近施工 ,既保证了施工放样的方便性 ,又减少了 控制点的传递误差 ,提高了工程质量 。 由于施工周期较 长 ,在施工过程中经常会发生控制点被破坏或点位位移等情 况 ,控制点的维护问题也就成了一个必须考虑的重要问题 。施工控制网不单单仅为施工服务 ,同时还担负着为运营 期间提供

5、监测依据的任务 ,如果施工结束后点位被破坏 ,则 需重新布设一套用于运营期间监控的控制网 ,为此既违反经 济性原则 ,也不利于后期大桥的运营监控 。 点位布设还需充分考虑水准测量施测的作业环境和控制网图形结构强 度 。布设江东大桥的高程控制网 ,水准线路如图 1 所示。图 1 水准线路图江东大桥高程控制网由 11 个点组成 ,钱塘江东西两岸 大堤上各 3 个工程用墙脚水准点 ( B1 、B2 、B3 、B4 、A 1 、A 2 ) , 两 侧大堤外各 2 个深桩水准点 ( J 1 、J 2 、J 3 、J 4 ) , 离大桥约 3 km 处岩质小山上埋设 1 个浅层基岩水准点 ( L) 。A

6、1 - A 2 为 2 km 的过江水准 , B2 - B4 为 2. 1 km 的过江水准 。点位全部 位于施工影响范围外稳定位置 , 周围视野开阔无障碍物 , 便 于使用 。本工程采用已有的二等水准控制点 H1 作为起算 点 , H2 作为校核点 ,用于检验起算点的可靠性 。2) 高程控制网测量 。测量选择 A 1 - A 2 、B2 - B4 两处所 在的江面作跨河水准测量 ,根据现场的有利条件将水准尺固 定在岸边防汛墙侧壁并使水准尺圆气泡居中 ,固定仪器站点 在岸边防汛墙顶 ,两岸站点到近尺点距离尽量相等 ,根据水 平视线将对岸觇标固定在适当高度的位置 ,并测量站点到对 岸觇标点的水平

7、距离 。为了保证测量精度 ,结合以往经验 , 分别针对陆地水准和跨河水准制定测量方案 。陆地水准采用 1 台 Topcon DL 101C 型电子水准仪 (0. 5 mm) 及配套条码水准尺按二等水准测量要求进行 。测前进 行水准仪的 i 角检验和校正 ,观测选择气温变化不大和成像 条件较好的天气 ,往返观测各一次 ,前后视距采用皮尺量距 定位 ,地面打入水准钉作临时转点 ,视距基本相等 ,视线长度50 m ,前后视距差 1 m ,任一测站上前后视距累积差 3 m ,视线高度 (下丝读数) 0. 3 m 。数据由仪器自动记录 ,内 业输出打印电子水准观测手簿 。跨河水准采用经纬仪倾角法 ,选用

8、 2 台 TCA2003 全站 仪同时对向观测 。测前进行全站仪和水准尺检定 ,制作 60 cm 80 cm 的觇标 ,精确测量觇标上下标线的间距 。外业施 测选择气象条件较好的上午日出后 1 h 和下午日落前 1 h 。 在具体测量时 ,结合实际情况和精度要求 ,制定观测程序 : 近尺观测 ,盘左 : 读取离水平视线最近的刻画线的读 数 ,照准该刻画线的上下沿各 1 次并读数 ;盘右 :照准该刻画 线的上下沿各 1 次并读数 ; 1 次盘左和盘右观测组成近尺 1 组 ,每测回近尺观测 1 组。 远尺觇标观测 ,盘左 :照准上下16测绘信息与工程 Journal of Geo matics A

9、ug. 2009 ; 34 (4)标志线各 2 次并读数 ;盘右 :照准上下标志线各 2 次并读数 ; 1 次盘左和盘右同时对向观测组成 1 组远尺观测 ,每测回远 尺观测 8 组 。一测回内 ,第一次照准对岸觇标调焦清晰后再 读数 ,本测回内物镜不得再次调焦 。 每测回观测完成后 , 间歇 15 min ,重新整平仪器进行下一测回观测 。 一个时 段结束后 ,两岸仪器及水准尺相互对调 ; 若各项观测限差超 限及时重测或补测 。3 数据处理和精度分析1) 数据处理 。对于二等水准数据处理 ,由电子水准外 业手簿摘录测段观测高差和测程 ,绘制水准计算略图 ,各测 段按往返测高差不符值 4 K1/

10、 2 ( K 为测段 、区段或路线长 度 ,单位 km) 评定结果 。评定结果如表 1 所示 。从表 1 中可 表 1 评定结果 序号 起点 终点 往返差/ mm 测段长/ k m限差/ mm 1H1A 10. 460 . 050 . 892B1A 1- 0. 300 . 553 . 003A 1J 1- 1. 600 . 833 . 644J 1J 2- 1. 100 . 201 . 795B1B 2- 0. 300 . 563 . 006B2J 20. 200 . 623 . 157B3A 2- 0. 600 . 633 . 178A 2J 30. 400 . 522 . 889B3B 4

11、- 0. 030 . 583 . 0610J 3J 4- 1. 600 . 603 . 10 11B 4J 40 . 800 . 282 . 12 见 ,全部满足限差要求 ,其中 55 %小于限差的 1/ 3 ,100 %小 于限差的 2/ 3 ,水准观测质量良好 ,可以平差计算。对于跨河水准数据处理 ,根据 6 天的观测数据计算得到 两处过江点 ( F1 2F2 、F3 2F4 ) 高差有效数据各 17 组 。 F1 2F2 高 差有效数据如表 2 所示 。F1 2 F2 中 , 20 05 年 1 2 月 15 日数表 2F1 2F2 高差有效数据/ mm测回序号 日期 123456 1

12、12. 13 0. 191 08 0. 192 18 0. 185 51 0. 188 74 0. 189 812 12. 15 0. 177 63 0. 191 87 0. 184 69 0. 187 08 0. 187 97 0. 187 46 3 12. 17 0. 193 20 0. 193 15 0. 185 98 0. 188 24 0. 188 73 0. 187 36据 0. 177 63 偏离算术平均值较大 ,不予采用 ;余下 16 组数据 求算术平均值得过江点 ( F1 2F2 ) ,高差为 0. 189 05 m , n - 1 标准差为 0. 002 7 mm ,显示精

13、度良好 。F3 2F4 高差有效数据如表 3 所示 。 F3 2F4 中 , 2005 年12 月 14 日数据 0. 134 54 偏离算术平均值较大 , 不予采用 ;余下 16 组数据求算术平均值得过江点 ( F3 2 F4 ) , 高差为表 3F3 2F4 高差有效数据/ mm 测回 序号 日期 123456 1 12. 14 0. 146 10 0. 138 06 0. 141 75 0. 143 17 0. 144 02 0. 134 542 12. 16 0. 139 96 0. 138 04 0. 148 66 0. 143 85 0. 144 113 12. 18 0. 145

14、 98 0. 138 06 0. 140 74 0. 143 49 0. 142 53 0. 136 940. 142 23 m , n - 1 标准差为 0. 003 3 mm ,显示精度良好 。以 上数据显示跨河水准测量成果是可靠的 ,可以进行整网平差 计算 。2) 精度分析 。杭州江东大桥高程控制网采用南方平差 易 2002 进行严密平差计算 。平差以 H1 为起算点 , 推算得 H2 的标高 8. 383 ,与真值之差为 5 mm ,表明起算点是可靠 的 。为确保起算点在整个施工期间相对稳定 ,以 J 1 (深桩点) 为基准点 ,经过平差精度较好 ,高差中误差为 0. 46 mm/ k

15、m , 水准闭合环精度如表 4所示 。由于测量采用了优化线路及表 4 水准闭合环精度精度 闭和环路径 闭合差/ mm 限差/ mm 路线长度/ k m B 2 2J 2 2J 1 2A 1 2B 10 . 706. 702. 77B 3 2B 4 2B 2 2B 1 2A 1 2A 21 . 1010 . 206. 47 B 4 2J 4 2J 3 2A 2 2B 30 . 806 . 502 . 63 严密平差方法 ,最终平差成果精度较好 ,达到了预期的要求 。 4 结束语跨河大桥施工高程控制网最后实际达到的精度指标可 以说明 ,该大桥施工高程控制网的布设和测量方法是合理 的 ,对于基本建设

16、迅速发展的今天 ,为跨越江河的大型工程 提供高程控制的水准测量工作日益增多 ,因此本文所提供的 高程控制网布设及有关测量方法具有现实意义 。 参考文献 1 武汉测绘学院控制测量教研室 , 同济大学大地测量教研室. 控 制测量学 M . 北京 : 测绘出版社 , 1995 2 范百兴 , 裴辉 , 陈小龙. 含有跨河水准测量的大型桥梁高程控制 网精度分析J . 测绘通报 , 2006 (2)628 3 李青岳. 工程测量学 M . 北京 : 测绘出版社 , 1984 4 刘大伟 ,黄声享. GPS 桥梁控制网精度估算方法的探讨 J . 测 绘信息与工程 ,2004 ,29 (1) :15216收

17、稿日期 :2009202225 。作者简介 :瞿云 ,工程师 ,现主要从事市政工程测绘研究 。E2ma il :qu_yun. cl smedi. comEL EVATION CONTROL NETWORK LAYOUT AND ACCURACYANAL YSIS FOR BIG BRID GEQU Yun( Shanghai Municipal Engineering Investigation and Design Co. Ltd. , 901 North Zhongshan 2nd Road , Shanghai 200092 , China)ABS TRACT Based on ele

18、vation control network surveying project , we introduced the methods of elevation control network layout , surveying , etc. Accuracy analysis indicates that the schemes for elevation control network layout and surveying are justified.KEYWORDS big bridge ; elevation control network ; accuracy analysis ; surveying scheme