特大橋跨河水準及控制測量方案
2013-08-24 17:05:46 來源: 測繪論壇
橋梁是公路最重要的組成部分之一，在橋位的控制測量中，一般精度要求較高，特別是特大橋的橋位控制網更是如此。建立特大橋的橋位控制網的傳統方法，一般是采用測角網，隨著電磁波測距儀的廣泛應用，又出現了測邊網。測角網有利于控制方向誤差，而測邊網有利于控制長度誤差。為了充分發揮二者的優點，現在一般布設同時測角和測邊的邊角網。
橋梁施工控制網是全橋施工測量的基準。控制網布置是否合理和能否達到預定精度要求，直接影響到工程的施工質量。測量施工控制網分為平面控制網和高程控制網兩種。建立施工平面控制網的目的是為了滿足施工中平面放樣的需要，并保證所放樣的平面點坐標滿足施工的精度要求。
一、特大橋控制網布設要求
特大橋的橋位控制網的布設除滿足三角測量本身的需要外，還要求控制點應選在不被水淹，不受施工干擾便于放線的地方，并且其中兩點應設在橋軸線上，橋軸線上的控制點間應實測距離，基線應盡量與橋軸線垂直。基線長度一般不小于橋軸線長度的0.7倍，困難地段不小于0.5倍。
橋位控制邊角網應根據地形情況以及橋梁長度進行布設，若橋位有一岸有障礙物或其它因素不宜測定基線的地形，可布設為雙三角形；若兩岸均有一側不宜測定基線的地形，可布設為四邊形；若兩岸是兩側均可測定基線的地形且長度>2000m時可布設雙四邊形。
由測量平差原理可知，如果三角形的所有邊和角都測了，無論采用條件平差還是采用間接平差，都會大量增加法方程式的解算工作。因此布設邊角網時，還需考慮計算的難易、繁簡，一般情況下，不一定觀測所有的邊長，盡可能采用較簡捷的方法進行布網和觀測，只要有足夠的多余觀測可作為檢核即可。
二、特大橋梁施工控制網的觀測方案
橋梁施工平面控制網觀測方案主要有測角網、測邊網和邊角網幾種。
（一）測角網是用經緯儀觀測控制網的所有內角，并在每岸各丈量一條基線
其它邊長根據基線及內角推算。測角網的精度主要由測角的中誤差控制，這種網的外業工作量較大，一般在測距工具受到限制時考慮采用。
（二）測邊網是用測距儀觀測控制網的所有邊長，但不觀測內角
測邊網的精度完全決定于測距的精度。由于當前測距儀（包括全站儀）已能達到相當高的測距精度，而且用測距儀測距勞動強度低，工效高。因此測邊網的外業工作量小，控制網也能達到較高的精度。但由于測邊網的多余觀測量小，相對其他兩種觀測方案而言其可靠性較差。
（三）邊角網是既用測距儀觀測控制網的邊長，又用經緯儀觀測控制網的內角
若所有的邊長和所有的內角均全部觀測，這種邊角網稱為完全邊角網，其精度最高，但外業工作量很大。其實，在觀測所有邊長的基礎上根據優化設計原理有選擇地觀測少量的幾個內角，既可使控制網的精度接近完全邊角網的精度，又可使外業工作量較少。
橋位控制邊角網的網形主要有雙三角形、四邊形、雙四邊形。
橋位控制邊角網應根據地形情況以及橋梁長度進行布設，若橋位有一岸有障礙物或其它因素不宜測定基線的地形，可布設為雙三角形。若兩岸均有一側不宜測定基線的地形，可布設為四邊形；若兩岸是兩側均可測定基線的地形且長度大于2000m時可布設雙四邊形。
橋位控制邊角網應根據地形情況以及橋梁長度進行布設，若橋位有一岸有障礙物或其它因素不宜測定基線的地形，可布設為雙三角形。若兩岸均有一側不宜測定基線的地形，可布設為四邊形；若兩岸是兩側均可測定基線的地形且長度大于2000m時可布設雙四邊形。 橋位控制邊角網應根據地形情況以及橋梁長度進行布設，若橋位有一岸有障礙物或其它因素不宜測定基線的地形，可布設為雙三角形。若兩岸均有一側不宜測定基線的地形，可布設為四邊形；若兩岸是兩側均可測定基線的地形且長度大于2000m時可布設雙四邊形。
由測量平差原理可知，如果三角形的所有邊和角都測了，無論采用條件平差還是采用間接平差，都會大量增加法方程式的解算工作。因此布設邊角網時，還需考慮計算的難易、繁簡，一般情況下，無須觀測所有的邊長，盡可能采用簡捷的方法進行布網和觀測，只要有足夠的多余觀測可作為檢核即可。
三、工程實例
（一）工程概況
某隧道全長10 490 m，隧道兩端從河兩岸掘進，穿越河底于河底中部對接貫通。由于受地形限制，沿線路走向測線跨河面寬度超過2.5 km，兩端陸上部分采用精密水準儀按照二等水準測量規范施測；跨越河面時，采用光電測距三角高程法進行施測，用GPS高程進行對比檢核。
（二）三角高程跨河水準測量
三角高程觀測采用徠卡全站儀對向觀測，東岸使用TC2003（標稱測角精度為0.5′，測距精度為1+1 ppm），西岸使用TCA1800（標稱測角精度為1′，測距精度為1+2 ppm）觀測。采用大地四邊形網型布網觀測。消除或減弱儀器高誤差、大氣垂直折射差、地球曲率誤差等多項誤差。觀測斜距時分別讀取儀站與鏡站的溫度、氣壓，取平均值后輸入全站儀，觀測值直接進行氣象溫度及加乘常數改正。豎直角采用中絲法照準讀數，儀器及覘標均采用遮陽。斜距往返觀測6測回，測回間同向較差小于6mm。豎直角測12測回，測回間同向互差小于3′。
（三）數據處理
數據處理采用南方平差易2005，采用經精密水準測得的C1點的高程做起點，總共進行了3個閉合環的計算，閉合差在國家三等水準規范允許之內，成果見表1，表2：
表1 水準路線計算表
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序號
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閉合水準路線
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路線長/km
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閉合差/mm
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限差/mm
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1
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S3-1-S3-2-C3-1
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4335
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-6.35
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24.99
|
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2
|
S3-1-S3-1-C3-1
|
4294
|
-2.2
|
24.87
|
|
3
|
S3-1-S3-2-C3-1
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4372
|
-10.2
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25.09
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表2 水準平差成果表
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點號
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平差后高程/m
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高程中誤差/mm
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C1
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47857
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已知點
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C2-1
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44474
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1.60
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C3-1
|
44678
|
1.60
|
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S3-1
|
54637
|
0.57
|
|
S3-2
|
59097
|
0.80
|
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S3
|
25192
|
1.65
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高程控制網等級:國家三等；
每千米高差中誤差=2.87 mm，規范允許每千米高差中誤差=6 mm；
最大高程中誤差[S3]=1.65 mm，最小高程中誤差[S3-1]=0.57 mm；
平均高程中誤差=1.33 mm；
C1到S3的高差：
ΔHC1-S3=HC1-HS3=4.7857-2.5192=2.2665m。
（四）采用三角高程測量的可行性
為了更好地消除儀器誤差和折光誤差對高差的影響，最好用兩臺同型號的儀器在兩岸同時觀測（若只有一臺儀器也可先后觀測）。為了解決跨河長視線照準讀數問題，在跨河讀數時應采用特制規牌。讀數時，測站指揮對岸人員將規牌沿著水準尺上下移動，直至規牌上的矩形標志線被望遠鏡的楔形夾住為止，此時規牌的指標線在水準標尺上的讀數，即為水平視線在水準標尺上的讀數。
隨著電磁波測距技術的發展，全站儀應用的普及，測距三角高程測量的應用越來越廣泛。這種方法簡便靈活，受地形條件限制少，勞動強度低，經濟指標優于幾何水準。
跨河三角高程測量應采用標稱精度3mm+2ppm、豎直角觀測精度在2 "級以上的全站儀。為了削弱大氣折光的影響，要求采用對向觀測法，并將測距長度限制在500m以內，以減少累積誤差。觀測時，在A點安置儀器，B點安置反光鏡，量出儀器高和反光鏡高。儀器高和反光鏡高一般在觀測前后各量一次，取平均值作為結果。觀測時還應進行氣象改正，應在大氣穩定、成像清晰的條件下進行觀測。測距和豎直角至少各觀測三測回，測回差與指標差互差均不得大于5"。
四、結語
總之，橋梁工程測量是勘測、設計、施工和養護的一個重要環節，是確保橋梁工程質量的關鍵因素之一，是橋梁施工控制中一個相當重要的部分，可以說施工控制得以全面實施必須通過各種測量手段和設備。
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