基于gps的跨海大桥施工控制网的测量

基于gps的跨海大桥施工控制网的测量

一、主要系统测量随着社会经济的快速发展，海上桥梁建设逐渐增多。例如，东海大桥、杭州湾海上桥梁和青岛海湾大桥。海上施工,离陆地很远,远达数十千米,加之风浪和潮汐等不利因素的影响,施工测量不同于陆地上的常规测量,其方法受到很大的制约。杭州湾跨海大桥深海区上部结构采用70m预应力砼箱梁整体预制和海上运架技术,施工难度巨大,要求用非传统的工程测量方法作保障。本文在简单介绍杭州湾跨海大桥控制测量的基础上,重点讨论GPS和全站仪配合进行跨海大桥上部结构工程测量的技术和方法。希望对海上桥梁测量工作具有一定的参考价值。二、当前网络的状态1.gps控制网继续情况杭州湾跨海大桥首级GPS控制网测量由浙江省第一测绘院于2000年8—9月完成研究报告,2001年5月进行施测,2001年11月完成全部工作。首级GPS控制网共布设了21个控制点,其中北岸布设了10个控制点,南岸布设了11个控制点。2个大桥桥位轴线初步设计桩同时作为控制点。首级网3个点与国家控制网联测,2个点与IGS站联测。首级控制网GPS测量技术结果表明,GPS控制网的控制点点位的中误差全部满足±20mm的技术设计要求,并且有96.6%的控制点点位中误差在限差的1/3范围以内,精度较高。2.公共gps参考站的建立在杭州湾跨海大桥工程中,分别在南岸和北岸各建立一个公共的固定GPS参考站,在水域中间适当位置建立两个临时性的公共GPS参考站。其中固定参考站可以提供实时的RTK差分数据和事后的参考站静态观测数据,静态数据以事后文件方式提供。水域中间的参考站仅提供RTK差分数据,为施工单位提供了便利。参考站网的数据处理后获得了相对误差为10-6~10-7的高精度基线向量。3.gps加密控制点为满足两岸和近岸滩涂区施工平面控制的需要,以两岸参考站网点为起算坐标,在两岸布测了17个GPS加密控制点,其中南岸11个点、北岸6个点。平均边长约800m,任何一点与相邻两点通视。按《公路全球定位系统测量规范》一级精度施测。平差表明,最弱相邻点点位误差≤±10mm。4.gps控制点为满足海上施工平面控制的需要,在海上每隔1.8km左右的桥墩承台上布测19个GPS平面控制点,另外在海上平台上布测2个GPS控制点,共21个加密网点。海上加密网按《公路全球定位系统测量规范》GPS控制网一级精度施测,最弱相邻点点位中误差≤±10mm。三、优先墩控制点的再加密虽然,在岸上和海中已经建立了控制网和RTKGPS参考站,但是,随着工程的不断进展,墩身的安装,箱梁的架设等,原来做在承台上面的优先墩控制点,已经不能满足施工的需要,基于日常工程测量对控制点的要求,还需要用静态GPS对控制点再加密。1.箱梁顶面标志安装为方便以后施工的进行,每5~6跨(约400m左右)在上游或者下游做一个控制点,加密点布设在固定支座所对应的箱梁顶面湿接头位置,埋设一个测量标志,标志为长10cm、直径为15mm的铜棒,顶端刻十字标志,十字标志为平面位置,顶端为高程位置。标志埋设后,顶部高于箱梁顶面1~1.5㎝,在点位旁边,用红油漆标注点位的编号。直线段根据实际情况可布设上游或下游的位置,中引桥曲线段点位统一布设到下游位置,南引桥曲线段点位统一布设到上游位置。2.静态测量的优越性由于海上天气多变,容易起雾,经常引起成像不清晰,箱梁顶面距水面最低有十几米,最高达60多米,很容易受到太阳光的折射影响。用全站仪来进行控制点的加密,往往导致闭合差超限,不容易和海上承台上的优先墩进行复核;再者,海上箱梁的架设是利用大浮吊进行的,架设不连续,形成了不同的作业面,利用全站仪测量,十分耽误时间,大大增加了工作量,往往赶不上工程的进度;第三,利用全站仪测量还要投入大量的人力。对于GPS来说,只需要把仪器架在控制点上,静态测量外业比传统方法和全站仪加密有很大的优越性。图1是海上加密控制点的一种布设形式。3.仪器质量检测一级GPS网施测采用最先进的双频测量型GPS接收机,仪器平面标称精度均为±(5mm+0.5×10-6D),仪器全部按规范要求进行了鉴定,持有有效的鉴定证书,各项指标均符合要求。4.外业计划管理外业观测前对GPS仪器按规程进行了严格的检查和编号,并进行了卫星可见性预报,GPS作业具体要求如表1所示。施测时应选择卫星几何图形的强度强,即GDOP值小的时段观测。除此之外,根据观测作业量,综合交通条件、仪器设备、运输工具以及点位的地理位置,制定好外业计划,是组织实施GPS测量的一项关键工作。外业实施所采集到的数据是内业进行数据处理的依据,其数据量的多少,质量的好坏都直接影响到成果的精度,为此,在作业中还要注意以下几点:1.作业前要对GPS接收机进行性能检测;2.外业观测必须按命令统一调度,按作业步骤进行操作;3.外业观测中,天线安置一定要严格对中,天线基座圆水准仪气泡必须居中,天线定北标志线应指向正北,定向误差一般应不超过±(3°~5°);4.天线高的量取应精确,测前、测后量取两次,后取平均值,并记录在测量手簿上;5.进行GPS观测作业及记录。5.goad&wellman采用TGO1.62版本,平差采用统一的点位坐标、GPS广播星历等基准数据。对流层延迟修正基线解算时采用Goad&Goodman对流层模型,使用缺省气象参数;采用自动模式进行处理,基线处理时对存在的周跳、残差较大等质量较差的观测数据进行了修复、剔除和处理,以保证数据正确、可靠。6.基线处理验证利用严格的平差理论进行网平差,平差前对各基线向量进行解算并严格质量控制,对不符合质量要求的数据应进行筛选。GPS观测数据的截止角用15°,共同历元数小于10%即舍去。基线处理结果显示基线相对精度一般小于等于10-5,各分量相对精度一般小于等于10-6量级。满足《公路全球定位系统(GPS)测量规范》(JTJ/T066—1998)一级GPS精度的有关规定的要求,可以采用。四、这座桥的上部结构测量1.精细化放样和定位对于杭州湾跨海大桥上部结构的细部测量来说,精度要求比较高,用GPS动态测量的精度虽然达厘米级,但杭州湾跨海大桥对于细部放样要求在毫米级。故利用GPS动态测量不能满足工程的需要,必须借助全站仪来进行细部放样。用全站仪来进行放样,可根据桥梁的走向分段建立独立坐标系。施工中可以根据式(1)和式(2)进行工程坐标和独立坐标的转换。为方便计算,现场可以借助编程计算器,随时用全站仪完成放样点标定。Yp′=(Yp-Y0)cosα-(Xp-X0)sinα(1)Xp′=(Xp-X0)cosα+(Yp-Y0)sinα(2)式中,Xp,Yp为工程坐标;Xp′,Yp′为独立坐标;X0,Y0为独立坐标原点在工程坐标系中的坐标;α为独立坐标系与工程坐标系之间的夹角。2.测量放样及放样箱梁架设测量控制的关键阶段包括:①复核墩身支撑垫石的平面尺寸及支撑垫石顶高程;②墩顶临时支座平面位置放样,临时支座顶高程测量;③箱梁架设纵、横向控制线的放样;④箱梁架设初步定位时的测量;⑤箱梁落梁后精确定位时的测量工作;⑥永久支座的安装放样及其竣工测量;⑦箱梁的竣工测量。这些项目采用全站仪进行,实践表明测量精度不但满足国家规范要求,而且还满足杭州湾跨海大桥专用技术规范要求,如表2所示。五、桥位区之海况杭州湾跨