港珠澳沉管隧道测量监理1

1、港珠澳沉管隧道测量监理1、港珠澳大桥沉管隧道测量监理工作1.1、测量监理工作管理港珠澳大桥沉管隧道测量监理工作管理根据其专业特点、标段划分及总监办组织结构形式，采取统分结合的“两级管理模式”，即总监办设立测量管理部门，各标段设置测量监理组。总监办测量管理部门负责管理合同范围内全部测量监理工作，标段测量监理组负责具体实施本标段的测量监理工作，并参予总监办测量部门组织的测量工作。各部门职责划分为：1.1.1总监办测量管理部门主要职责： 1）负责总监办测量监理的日常管理工作； 2）主持总监办测量监理实施细则的编制工作，制定测量检测计划和质量控制措施； 3）组织测量监理参加交接桩及控制网复测； 4）对

2、监理人员进行技术交底及培训工作； 5）审批测量方案、控制网复测成果； 6）组织测量监理对关键工序、重点部位的复测及相邻标段的联测工作； 7）组织、指导、监督本专业监理人员的工作，加强对测量监理施工放样复核工作的督促和管理； 8）收集汇总各标段测量监理资料，向总监及有关部门汇报。 9）主持测量协调工作；1.1.2标段测量监理组主要职责 1）负责本标段测量监理工作； 2）负责本标段测量监理实施细则的编制； 3）参加总监办测量负责人组织的各项测量工作； 4）审查承包商加密点布设方案、成果，并进行复测签认； 5）定期检查承包商的测量记录、仪器和人员资质证书； 6）复核承包商工序放样结果并予以签认； 7

3、）按规定频率进行监理复测和竣工测量抽测，填写相关测量检验表格，组织填写本标段专业质量抽检报告单、质量评定相关表格；8）负责本标段测量资料的收集、汇总及整理，做好本专业监理日志，参与编写本标段监理月报；1.2、测量监理人员、仪器配备 测量监理组人员应有合格的技术职称组成，各标段根据需要可配置两至三名测量监理，具体见“监理人员配置计划”章节； 测量仪器配置数量应能满足施工进度需要，仪器精度指标应能满足结构放样精度要求。具体见“测量仪器配置计划”章节。1.3、测量监理工作方式 测量监理以组为单位，采取独立复测和同步观测的方式，对各施工工序进行全过程、全方位的复测检查（监理复测频率及内容见第四节）。1

4、.4、测量监理的基本任务1）审查承包商质量保证体系以及测量技术人员组成结构、测量仪器配置情况等；2）督促承包人复测和加密施工控制网；3）审核承包人的施工测量方案、验算放样数据；4）复核并签认承包人的放样成果，督促承包人做好施工监控方面的测量工作；5）对已完工的分项、分部和单位工程按规范要求进行竣工验收；6）协调各相邻单位测量工作。2、沉管隧道测量沉管隧道施工从干坞内管节预制到隧址沉放对接各工序测量控制是一个系统工程，主要的测量工序包括：控制网测量、干坞内管节预制测量、海床挖除清理测量、管节浮运沉放对接测量、沉管基础桩测量、沉降观测测量以及人工岛上引道部、暗埋段及其它永久性工程测量。2.1、控制

5、网测量2.1.1、平面控制网测量沉管隧道控制网分首级网、施工加密网以及干坞内管节预制控制网。首级网为隧道控制的基准网，在设计交桩后，组织测量队伍进行同精度的交桩复测，复测方法可采用GPS静态观测，各项技术指标应满足公路全球定位系统（GPS）测量规范要求；加密网为施工过程中满足施工需要加密的控制点，测量方法同样可采用GPS静态测量，观测网形为边连式同步扩展图形，各项技术指标不低于GPS二级控制网要求；干坞内管节预制控制网主要用于管节结构尺寸检查、特征点及定位观测点标定（一般为独立坐标系），精度要求高，可采用全站仪按二等边角网技术要求进行观测。2.1.2高程测量 陆上高程控制点可采用精密水准仪进行

6、观测，跨海段采用三角高程对向观测，观测图形为大地四边形，各项观测精度：首级网复测不低于设计等级，坞内控制点、加密网不低于二等水准技术规范要求。2.2、干坞预制测量 干坞预制施工测量内容包括：管节的长度、宽度、高度，前后端面的形状、平整度；对接端、尾端坐标的确定；对接端、尾端与管节中心轴线的夹角；测量塔安装及位置坐标的确定。由于管节预制及特征点标定精度要求高，因此，测量定位采用高精度的全站仪和水准仪按常规的测量方法观测，对同一管节特征点采集的数据应进行严密平差处理。 为了方便后期沉放对接定位，将采集的管节特征点坐标转换成管节坐标系。管段坐标系是与刚体固连的参考系，其原点定义在对接面中心点（即前中

7、点O），XX轴为后中点FO至前中点O的方向，YY轴在FO、O、R所在平面内并与XX轴垂直，HH轴与XX轴、YY轴相互垂直，构成左手系（如图1.3所示）。由管段设计资料可容易求得FO、O、R这3个点的管段坐标系设计值。2.2.1管节特征点的布置与测量节段特征点一般设在管顶及管内，管顶最少布设三点，可布设在管节制作轴线中点和测量塔基座十字线与管段轴线交点处，管内特征点一般为四点，分别设在对应的管段封门中线上。特征点平面位置用极坐标法直接测量，高程按四等水准精度要求测设。2.2.2管段两端面特征点测设管段端面四个角点的测量主要是为了评定管段的制作质量是否满足设计要求，以及管段沉放后准确计算相邻管段端

8、面的相对位置。导向装置（鼻托）的测量主要是为了管段的沉放对接测量，导向装置测量时要特别注意两个导向装置相对高差的测量，因为对于曲线管段，其三维扭曲的调整主要是通过调整导向装置的相对高差来确定。端面测量方法可采用在端面上贴测量标志，通过间接测量求得其坐标。2.2.3定位观测点测量 测量塔法（水下声纳测法、水下拉钢丝法）定位观测点通常要在管段沉放前才安装，干坞检测阶段无法观测。在进行定位观测点标定时，首先要测定管段顶面四个角点的相对高差，以便确定管段的纵倾和横倾。根据测得的特征点与测量塔定位观测点的相互关系坐标，先求出特征点的管段坐标和联测坐标之间的刚体转换关系，从而计算出定位观测点的管段坐标2.

9、2.4刚体转换模型在三维刚体转换中，两个坐标系的公共点坐标之间的关系可表示为： 式中，和是同一点在两个坐标系中的坐标，为平移量。旋转矩阵、为：注意，以上三个旋转矩阵中的旋转角均设定坐标系为左手系。当公共点个数大于3时，可以按最小二乘求定以上6个参数。对每个公共点，列出误差方程为： 式中，为转换残差（改正数）。对六个参数取近似值、，对上式线性化：式中，偏导数和常数项：, , , 2.3、沉管对接测量在沉管浮运和沉放时，实时测量定位观测点的工程坐标（首级控制网坐标系），求出其与管段坐标之间转换关系，便可将所有特征点的管段坐标转换至工程坐标，即得到管段的实时位置，比较其与设计坐标的差异，指导管段沉放

10、。按照刚体转换模型，需要观测3个或以上定位观测点才能求出转换关系。但在实际施工时，经常只能观测到2个或1个定位观测点。这时，在有倾斜仪测量数据或假设管段轴线方向已调整至设计方向的情况下仍能定位。具体情况列于表2.1。如图2.1所示，利用倾斜仪可测得横倾角，即管段绕XX轴的旋转角；还可测得纵倾角，即管段绕YY轴的旋转角。管段开始下沉前，通常先将管段轴线方向调整至设计方向，这时管段绕hh轴的旋转角也可计算得出。图2.1 坐标系转换旋转角示意图表2.1 可观测定位观测点数与可定位的条件可观测定位观测点个数附加条件3无2倾斜仪测得、角1a）倾斜仪测得、角b）管段已经处于设计轴线上，计算得到角；或采用电

11、罗径测量角。定位观测点坐标的测量是沉放的关键，通常采用以下三种模式中的一种：l 测量塔方式沉放前，在管段上表面安装2个测量塔，34个定位观测点安装在测量塔顶部，固定棱镜或GPS天线。管段沉放到位时，塔顶仍保持露出水面，如图2.2所示。将定位观测点的GPS定位结果归算至工程坐标。图2.2 某隧道管段采用的测量塔方式示意图l 水下声纳测距方式定位观测点设置于管段上表面，其上安置水下发射机，用于定位观测点的水下定位。在水面设置4个GPS浮标，该浮标集成GPS定位和声纳测距设备，同时提供无线电通讯链路。GPS浮标通过工程CORS基准站提供的差分信号实现精密定位。同时，通过声纳测距设备测量水下发射机发出

12、的水声信号达到浮标的时间，并通过无线电台将数据发送至数据处理中心，可得到GPS浮标与定位观测点的相对位置。由于GPS浮标位置已精确测定，所以定位观测点在工程坐标系中的坐标即可求得。采用水下声纳方式的示意图如图2.3所示， CORS差分信号基准站基准站基准站 定位数据无线通讯数据处理中心图2.3 水下声纳测距方式示意图l 水下拉钢丝方式定位观测点设置于管段上表面，在船上设置测量点。船上测量点安置GPS接收机，其位置可实时测定。定位观测点与船上测量点之间拉钢丝，钢丝上做长度标记，可实时测量定位观测点与船上测量点之间的距离。水下拉钢丝测量方式如图2.4所示。图2.4 水下拉钢丝方式示意图采用测量塔方

13、式或水下声纳测距方式，都是通过确定定位观测点的坐标来推算特征点的坐标，二者在沉放定位的数学模型及软件实现上都是相同的。水下拉钢丝方式是通过测量钢丝长度直接求刚体转换参数。测量塔方式需要制作、安装和拆卸测量塔，对于较深、水流较复杂的水域有一定难度，优点是精度高、观测量直观，设备费用低。水下声纳测距定位的设备复杂、费用高，测距精度受水质影响难以提高，但不需要在管段上安装测量塔，使得施工简单。水下拉钢丝上式由于钢丝受水流影响，不能拉得很直，钢丝长度测量的误差可能很大，因此在对接前需要采用其它辅助方法（如传感器），优点是费用低、容易试试。三种方式间的比较如表2.2所示。表2.2 测量塔方式和水下声纳测

14、距方式比较内容测量塔方式水下声纳方式水下拉钢丝方式精度cm级dm级m级费用100万以内数百万低直观性好差好实时性秒级需要测试秒级可靠性高需要测试未知方便性不方便较方便方便自动性自动自动手动测量塔需要不需要不需要辅助手段不需要不需要需要2.4、海底基槽开挖换填测量 本工程海底基槽开挖具有线路长、断面宽、槽底标高低的特点，测量定位采用GPS-RTK技术配合超声波测深仪进行。现场测量作业时，GPS天线与测深仪换能器在同一垂线位置，即测深点与定位位置的平面坐标完全重合。如图所示。 h为测深仪探头吃水线到GPS天线的高度，Zo为设定吃水，Z为测得的水深值。Zm为测量点水深，H为RTK测得的高程，Hs为水

15、底高程。则：Zm=Z+Zo （1）Hs=H-Z-h （2）当水面由于潮水或者波浪升高时，测深仪探头吃水线到GPS天线的高度h不变，RTK测得的高程H增大，相应地测得的水深值Z也增加相同的值，根据（1）式，测量点水深Zm也增加相同的值，根据（2）式，测量的水底高程Hs将不变。一般的，采用GPS-RTK加声波测深仪进行水下定位，其平面定位精度较高，高程定位受RTK高程、动吃水、风浪造成的测深船起伏和摇摆等综合因素的影响，海底标高偏差较大（相对高程精度较高）。因此，测量前，应在已知点上对GPS-RTK高程进行检校，在不同水域条件校正测深仪的测速，保证水下测深值的正确性。有条件时可同步采用验潮站验潮数

16、据进行校核。测量内容有海床地形测量、基槽开挖断面测量、基槽换填整平测量等。2.5、海上基础桩测量 沉管隧道基础桩有钻孔桩及PHC桩、水下挤密碎石桩（SCP），对近岛段的钻孔桩可采用岛上控制点用极坐标法放样，也可采用RTK或CORS系统技术放样，其定位精度均能满足施工规范要求。海上PHC桩及SCP桩定位采用打桩船施工时，打桩船一般都配有自动化的水上全球定位系统，在前期的沉桩施工中，应采用岛上控制点按常规测量方法对沉桩进行检查，确保打桩船沉桩系统运行正常。2.6、人工岛、引道段和暗埋段测量人工岛作为永久性结构，测量内容包括包括岛上基础处理、基坑开挖、引道段测量及暗埋段测量、人工岛及围堰沉降观测等。

17、岛上前期施工主要是地基处理，精度要求不是很高，可采用RTK技术进行现场放样，后期进入暗埋段及围堰等细部结构施工时，由于精度要求高、基坑槽深，RTK技术就无法使用。因此，在岛上基础处理完成，地基相对稳定后，在岛上设立至少三个测量控制点（控制点测量见前述），采用高精度的全站仪、水准仪按常规测量手段进行定位。岛上沉降观测基准点可设在地基加固处理后的测量控制点上（与平面控制点同位置，以减少投入成本），工作基准点可从基准点上按二等水准技术要求引测，并定期进行复测。人工岛沉降观测工作点可沿岛四周布设，密度根据岛上施工场地布置情况确定，应能对岛上局部及整体沉降观测有效控制为宜；围堰沉降观测工作点设计有要求的

18、，按设计图布设，设计无要求的，应沿围堰四周对称布置。沉降观测采用一级水准仪按二等沉降观测精度要求实施。暗埋段施工完成后，应将控制点引测进暗埋段受施工影响小的位置，作为后期管内测量的控制基准点。2.7、管内测量 管段沉放结束，打开水封门后，应进行管内测量，测量分为轴线、高程测量和沉降观测。由于管段从沉放结束到回填覆盖之前是处于亚稳定状态，特别是在基础灌砂期间，有可能出现管段上浮，这是非常危险的，因此在管段灌砂期间，要在管内进行连续的水准监测，确保管段处于受控状态。测量方法可采用从暗埋段设置的控制点，根据沉管的施工进度，采用导线的形式联测管内特征点，并进行平差计算。该结果是评价管段沉放质量的重要依

19、据。2.8、沉管隧道沉降观测 管底基础处理结束后，主要是进行沉降观测，观测基准点可选择设在暗埋段受施工影响小的部位，工作点可在每一管节两侧对称布置。沉降观测宜采用精密水准仪，按二等沉降观测精度要求（设计有要求的，按设计要求执行），组成闭合环进行观测，观测结果应进行严密平差计算处理。2.9、其它附属结构测量 沉管隧道施工中附属结构工程包括干坞施工场地布置测量、管节预制底座测量、坞内沉降变形观测、航道水域地形测量等，观测方法结合各施工控制点，采用上述测量方法进行施测监控。3、关建工序测量监理3.1、测量监理工序控制内容及抽检计划施工过程中，测量监理应加强落实“两级”复核制度，即施工单位放样、复核，

20、监理验收复核。对关键工序放样的测量复核工作，监理复测频率不低于公路工程施工监理规范要求。3.1.1干坞施工监理 1）坞内场地布置测量（监理同步检查）； 2）管节预制底座轴线、标高、尺寸、平整度检查(监理全断面100%检查)； 3）预制底座沉降位移观测（监理同步检查）； 4）临时码头施工、变形观测（监理同步检查）5）坞口海底断面标高、宽度等检查（监理抽检30%）；3.1.2管节预制施工监理 1）管节预制模板轴线、尺寸、垂直度、标高以及预埋件位置检查（监理抽检100%）； 2）管节内外尺寸、轴线偏位、垂直度、平整度竣工检查（监理抽检30%）； 3）管节顶面、内部、端面等特征点坐标测量（监理抽检10

21、0%）； 4）管节定位观测点坐标测量（监理抽检100%）； 5）坐标系转换计算（监理抽检100%）；3.1.3沉管地基与基础施工监理 1）隧址处海底地形测量（监理抽检30%）； 2）海底沉管位置定位、开挖标高、断面宽检查（监理抽检30%）； 3）海底基槽开挖断面底标高、宽度、轴线竣工测量（监理抽检30%）； 4）海底换填标高、平整度以及临时支撑位置及顶面标高检查（监理抽检30%）； 5）水下挤密碎石桩定位、标高测量（监理抽检30%）； 6）PHC桩定位、标高、垂直度检查（监理抽检100%）； 7）钻孔桩定位、标高、垂直度检查（监理抽检100%）； 8）PHC桩、钻孔桩竣工检查（监理抽检30%）

22、；3.1.4管节浮运施工监理 1）临时航道海床地形测量（监理抽检30%）； 2）浮运路线及管节底部水位标高检查（监理同步检查）； 3.1.5管节沉放、对接施工监理 1）管节隧址附近抛锚定位测量（监理同步检查）； 2）沉放前测量仪器、控制点、节段定位数据检查（监理同步检查）； 3）沉放过程中管节定位观测点适时三维坐标数据采集、根据沉放软件计算当前时刻管节的对接参数，管节对接端中心坐标、尾端中心坐标，对接端相对对接面中心的横向差、高差、纵向差，尾端中心相对对接面中心的横向差、高差，尾端横倾检查（监理同步检查）； 4）沉放结束管节定位观测点三维坐标精确测量，计算各特征点数据（监理100%检查）。 5

23、）管内平面位置、标高检查（监理抽检30%）； 6）管内沉降观测检查（监理抽检30%）； 7）沉管四周回填覆盖断面标高测量（监理抽检30%）；3.1.6人工岛施工监理 1）人工岛堤身断面尺寸、附属结构放样检查（监理抽检30%）； 2）挤密砂桩位置、标高检查，换填标高测量（监理抽检30%）； 3）基槽开挖位置、标高、尺寸检查（监理抽检30%）； 4）人工岛岛内沉降观测检查（监理抽检30%）； 3.1.7暗埋段施工监理 1）围堰定位、标高、垂直度检查（监理同步检查）； 2）围堰沉降变形观测（监理抽检30%）； 3）暗埋段各施工段模板轴线、标高、垂直度、尺寸以及预埋件位置检查（监理抽检100%）； 4

24、）暗埋段内外尺寸、管内净空、标高、轴线偏位竣工检查（监理抽检30%）；3.2、工序质量技术指标 工序质量控制精度应满足设计及公路工程质量检验评定标准、公路桥涵施工技术规范要求。施工放样精度指标见下表。施工放样精度指标项 目允 许 偏 差依据1钻孔灌注桩桩位群桩100mm公路工程质量检验评定标准排架桩50mm桩底高程不小于设计钻孔桩倾斜度1%桩长，且不大于5002沉桩群桩中间桩平面偏差d/2且不大于250mm公路工程质量检验评定标准外缘桩平面偏差d/4排架桩顺桥方向40mm垂直桥轴方向50mm桩尖高程不高于设计规定1%倾斜度直桩1%斜桩15%tan3管节预制高度+5，-10mm公路工程质量检验评

25、定标准宽度±30mm平整度5mm轴线偏位±10mm竖向偏差±10mm4暗埋段车行道宽度±10mm公路工程质量检验评定标准隧道实测项净总宽不小于设计隧道净高不小于设计轴线偏位20mm5管节沉放轴线偏差±50mm公路工程质量检验评定标准高程偏差±30mm注：管节沉放施工控制偏差由于没有具体的规范要求，本表中数据参照上海外环沉管隧道施工以及相应的规范要求，施工过程中以设计要求为准。4、沉管隧道施工监理控制重点及难点4.1、测量方案的审核 各工序施工时，应坚持先方案，后施工的原则。对方案审核中提出的审核意见，应要求承包商进行修改完善；施工工艺

26、改变时，应要求承包商同步完成对测量方案的修改，确保其对工程施工的有效控制。方案审核重点：1） 质量保障体系的审查。承包商应建立建全测量仪器、设备的保管和使用制度；测量放样数据的检验、校核制度；测量资料的收集、整理、汇总和保管制度；测量人员与其他专业工程师及施工技术人员协调沟通及放样交底的制度。 2）测量人员构成及仪器设备的审查检查测量人员结构中测量工程师、测量技术人员、测量工的构成比例，投入的测量仪器数量、精度、有效期等。 3）施工方法及验收标准、技术指标的审核验收标准应符合招投标文件要求；方案中采用的施工方法，应结合投入的测量仪器，进入精度估算，确保放样精度满足设计规范要求； 4）安全措施审

27、查 海上施工，应有建全的人员、测量仪器安全防护措施，确保各项工作安全高效运转。4.2、工序控制重点、难点 1） 首级控制网分布三地，受交通、观测条件等限制，控制网复测工作量大、技术复杂。复测原则是同等精度观测，作为承包商从设备、技术力量、进度按排等因素考虑，复测都比较困难，因此，能否快速高精度的完成复测工作是整个沉管施工控制的关键； 人工岛上各结构部位施工放样，需设置永久性控制点，由于人工岛前期基础的不稳定性，对控制点需采取加固处理和保护措施，一次性投入比较大。控制点使用过程中，前期复测频率应加大，稳定后频率可定为一个季度复测一次。 2）干坞预制厂管节特征点标定测量应有较高的精度，各坐标系间数

28、学转换模型应严密，计算准确。各管段特征点测量完成后，建立三维数字模型，并进行软件拼装，以检验在当前浇筑误差情况下，沉放对接后的偏差情况。管段拼接误差也可通过数学计算求得。对于暗埋段（已沉管段），在隧道内精密测量管段内部的管内监测点，从而求出尾段四个角点的实际坐标，算出尾段面平面方程，将角点沿平面法线方向移动橡胶压缩的设计距离，便得到下一管段对接面角点的理论坐标。由该理论坐标和下一管段对接面角点的管段坐标求出转换关系，由此转换关系求得上鼻托坐标，将上鼻托和已沉管段的下鼻托投影至对接面，根据其差异，将管段在对接面内沿水平方向和高程方向移动，使得上下鼻托投影点坐标完全一致，再求得尾段角点坐标，逐节计

29、算，便得到理想沉放状态下的沉放误差。软件拼装结果将有助于矫正沉放误差。3）除指挥部建有CORS系统除外，水上施工GPS-RTK技术参考站与流动站间直线距离不宜过大（<15km）， 因此，建议在人工岛基础稳定后，在上面建立施工用参考站。4）管节沉放对接施工中，定位观测点数据采集应同步，数据处理结果应及时，因此，应采用专业计算软件，建立计算机与观测仪器间的通讯连接，实现统一观测命令发出、数据采集及计算全自动化，为管节适时姿态调整提供正确指令。定位数据采集设备1定位数据采集设备2定位数据采集设备n实时通信数据传输数据处理中心（沉管实时定位）指挥参观参观沉管沉放测量系统示意图 5）海底基槽开挖换填测量，由于一般采用的是RTK加测深仪法，受各种因素的综合影响，定位精度不是很高（相对精度较高），因此，使用前应