青岛海域跨海高程控制测量的研究

青岛海域跨海高程控制测量的研究

0侧胶州湾高速公路李村河大桥青岛海湾大桥位于胶东半岛的胶州湾（北纬12004'12023，北纬3558'3618'）。大桥始于青岛侧胶州湾高速公路李村河大桥北200m处,终于黄岛侧胶州湾高速东1km处,顺接在建的南济青线;中间设立红岛互通立交与红岛连接线相接。大桥主线全长26.747km,其中跨海大桥长25.171km。为了满足施工需要,2007年11月～2008年4月在原有控制网的基础上进行了海中跨海高程贯通测量工作,其中包含海中跨海三角高程60跨,常规二等水准2.65km。1基于设备和工作的基础1.1电子水准仪2套投入LeicaTCA1800测量机器人2套,ZeissDiNi12电子水准仪2套。所投入仪器均经过国家认证机构鉴定,并在鉴定有效期内使用。1.2运营基础(1)《工程测量规范》(GB50026-93);(4)《青岛海湾大桥工程加密控制网实施方案》)《工)《国1.3高系统本网采用1985国家高程基准。2观测墩基础处理青岛海湾大桥首级高程控制网(见图1),通过一等水准往返观测组成闭合环线,在青岛、红岛、黄岛3岸各布设2对基岩水准点。水准路线由青岛的己知高程点开始,经红岛到黄岛红石崖镇,沿线联测大桥控制网的高程控制网点(观测墩基础上的水准标志)。然后由黄岛红石崖镇返回,经红岛到青岛,最后闭合至原起点。青岛海湾大桥首级施工控制网共埋设观测墩15座,水准基岩点6座,普通水准标石12座。QD01、QD05点位于海滩边,基础稳定性相对较差,进行了基础处理。基础处理过程由专业勘察单位进行基础处理,在每个点位钻4个钻孔,钻孔深度以钻至稳定的基础为止。然后放入4根规格为直径108mm的钢管,并在钢管内外灌入水泥砂浆。观测墩顶部埋设不锈钢强制对中基盘,基础上埋设由铸铁标盒和铜标芯组成的水准点标志。普通混凝土水准标志采用先预制再埋设的方式,普通混凝土水准标石由混凝土基础、柱石、防护井、标芯保护盖及指示盘组成。3高度计算加密3.1海中高程的测量海中高程加密控制点共54个,实际的测量工作量有60跨。青岛海湾大桥高程贯通测量利用红岛、黄岛和青岛三岸陆地区首级控制网高程点和海中加密控制点共同组成海中高程控制网。采用高程导线,分别从三岸陆地区起始,经海中平台加密点,用精密三角高程进行跨海水准高程传递,对全桥高程进行测量贯通,陆地区采用电子水准仪进行观测。陆地上点位为普通标石,埋设在稳定的且不宜被施工破坏的位置,为了消除对中误差,本项目岸上控制点采用高强度的钢筋混凝土观测墩。选定点位时特别考虑了点位附近的环境及地质情况,尽量选择基础好的位置,使点位处于丘陵或基岩上。墩顶部埋设不锈钢强制对中基盘,为便于未来施工放样,基盘上需带有标志,作墩面高程点;海中测量加密点全部布设在专用测量平台上,部分控制点为强制墩,海中观测平台及观测墩如图2所示。全部点位条件均能满足GPS观测及常规测量施工放样的需要,每个点至少与相邻两点通视。控制点点名编码规则为QD加合同段号加控制点编号,例如QDB01(其中QD为青岛,B代表二合同段,01为序号)。高程观测路线如图3所示。3.2角高程测量三角高程观测采用测回法,利用测量机器人自动测量两点间的正常高高差。作业中采用2台仪器同时对向观测以消除地球曲率的影响及削弱大气折光的影响;同一点上2台仪器交换进行观测以消除仪器系统误差的影响,测量过程中实时加入温度、气象改正。由于海上三角高程观测受测量平台尺寸大小的限制,观测时无法一次将水准传递到主水准点上,因此在进行三角高程测量时,在平台上选取合适的位置作为副水准点来进行高程贯通测量,然后再将副水准点高程传递至主水准点上。为了满足了高精度超长跨海高程传递的需要。三角高程测量中需要遵守以下原则:(1)视线距水面的高度原则上应≥3.5m。(2)观测开始前30min,先将仪器置于露天阴影下,使仪器与外界气温趋于一致。每个组观测前,应量取两次仪器高和觇标高,应保证每次量取精度不低于1mm,取两次观测的均值为其结果。(3)取剔除粗差后各次高差读数的均值为这一组高差的观测值,取正、倒镜组观测值的均值为半测回观测值,每跨两侧仪器半测回观测值的均值为一个单测回高差观测值。(4)两台仪器每跨两侧对向观测称上单测回观测,对换仪器后每跨两侧进行的单测回观测称下单测回观测,取上、下单测回观测均值为一个双测回观测值。(5)每一台仪器均应进行正、倒镜观测;且观测16次高差称为一组观测;每次观测均应重新照准目标。二等水准观测,青岛侧以QD11为起算点,按二等水准精度引测至距二标段QDB01平台最近的陆地区QDBZD点,红岛侧以QD10为起算,按二等水准精度引测至三标段栈桥头QDCZD点,黄岛测以QD01点为起算点。由于青岛侧和红岛侧测量平台控制点距首级控制网点较远,采用常规二等水准精度将高程引测至距控制点最近的海边,青岛侧由QD11(首级网一等水准点)引侧至QDBZD点,红岛侧引由QD10(首级网一等水准点)引侧至QDCZD点,采用电子水准仪进行往返观测,外业观测过程严格执行二等水准规范相关要求。3.3角高程测量的计算海中跨海高程观测采用测量机器人全站仪自动存储数据,内业将数据下载到计算机。首先对一组正镜或倒镜观测值进行粗差检验,剔除不合格的数据,以保证数据准确可靠,以两台仪器同时观测的正倒镜平均值作为一个单测回,与另一组调换仪器所观测的单测回组成一组双测回,将所有双测回取平均值即得出一跨两控制点高差。为了保证跨海三角高程的精度,必须采取严密的三角高程计算的模型,已经有许多文献[4～6]讨论了测距三角高程的计算问题,我们认为采用由参考文献的公式才能满足要求。由文献得斜距单向观测三角高测量计算正常高高差的严密公式为:正、反双向观测的高差严密公式为:式(1)和式(2)中,h′1,h′2分别为p1、p2点的正常高高程,D为p1、p2点的倾斜观测距离;Z′为观测天顶距,i为仪器高;v为棱镜高K为大气折光系数,R为测点地球曲率半径,S椭球面上两点的距离,l为平均高程面上的平距,可用椭球近似来估算的值,ε是照准方向的垂线偏差分量,(ε2-ε1)为地面p1,p2点相对垂线偏差在测线方向上的分量,可以用地面测量值计算。公式(2)对于几千米的三角高程测量其函数模型误差小于0.5mm,满足高精度三角高程测量的应用。当由它们组成高精度三角高程测量闭合或附合线路时,应考虑水准面不平行改正。根据跨海高程观测线路,利用所有观测高差共同组成高程网,高程起算点采用首级控制网QD01、QD10、QD11三个高程点的首期观测成果为起算数据,按距离定权进行严密平差,求出各海中加密控制点的85高程。水准网平差采用清华山维平差软件进行严密平差。数据处理得知,任何一跨用三角高程测量跨间高差的偶然中误差小于3mm/km,达到三等水准测量的精度要求。具体观测质量如表1、表2所示。4加密方案在复杂的海水淡化工程中的应用由分析知,青岛海湾大桥采用独特的高程控制网加密方案