广东东莞虎门大桥施工测量技术

广东东莞虎门大桥施工测量技术

1主桥结构及施工难点分析车道大桥位于珠江三角洲的中部，东有东莞太平市，与广深高速路相连，西与番禺区南沙市相连，与广珠高速公路相连，横跨珠江海口。是广深珠高速公路的中心。虎门大桥主桥长4.58km,桥面宽31m,为双向六车道,昼夜交通量可达10万车次。主跨通航净空60m,可供5万吨巨轮通航。虎门大桥主桥由主航道悬索桥,辅航道预应力刚构桥以及东引桥、中引桥、西引桥和西岸引桥组成。虎门大桥桥型新、布置复杂、跨度大、施工工艺复杂、施工周期长,无论在桥型布置和施工难度方面都称得上是一座跨世纪的桥梁工程。为大桥施工服务并指导其施工的虎门大桥施工测量技术,在我国桥梁工程测量史上也称得上是前所未有的测量系统工程。2控制网模型的建立虎门大桥施工平面控制网设计为二等边角网(即水平方向观测的单位权中误差小于±0.707″,水平距离测量的相对中误差小于1/300000),测边测角比例系数K设计为0.97,K值大于0.5,对提高网的精度有利。平面控制网由10个控制点组成狭长的4个大地四边形锁(如图1所示)。控制网中最长边达2153m(S～N3),最短边只有54m(W1～W4),最长边与最短边相差约40倍,三角形最小内角为6°16′,最大内角为91°04′,小于30°的三角形内角达13个,由于受地形条件的严重限制,控制网网形对提高控制点点位的坐标精度相当不利。控制网中边长观测值为21个,水平方向观测值为42个,边角网按方向间接平差的必要观测数为27个,多余观测数为36个,控制网本身有较大的可靠性,对发现异常观测值和提高控制网的精度有利。3水平距离观测精度的确定水平方向观测采用瑞士WILD公司生产的高精度光学经纬仪T3(一测回水平方向观测的中误差为±1.0″),进行水平方向的外业观测,每测站的水平方向均观测12个测回,内业进行各测站方向平差后的水平方向值、一测回方向值和12个测回方向值中数之中误差的计算。边长观测采用瑞士LEICA公司生产的DIOR3002型测距仪,其标称精度为±(3mm+3×10-6D);竖角采用瑞士LEICA公司生产的T1600电子经纬仪,其标称精度:一测回水平和竖直方向观测的中误差为±1.5″。外业观测时进行了斜距,竖直角,仪器高,觇标高,温度,气压,湿度和加、乘常数改正,改正后的斜距再根据观测的竖直角进行平距和高差计算。先验精度评定是在外业观测后,平差数据处理之前对外业观测成果进行精度预先估计,观察外业观测成果是否符合设计精度要求。根据外业观测的水平方向并经测站平差后计算的各三角形、各大地四边形的内角和角度闭合差按菲列罗公式求得测角中误差为±1.21″。从角度闭合差的统计资料可以发现,ΔW3W1W4和ΔW2W3W1的闭合差分别为6.99″和5.82″,允许闭合差为3.5″,明显超限。分析超限的原因是因为W1点位于威远炮台旧城墙上,由于文物保护方面的原因未能建立观测墩和强制对中装置,同时W1～W4又为全网中的最短边,所以尽管在W1或与W1有关的方向,观测的测回数超过24个,这两个三角形闭合差仍达不到限差要求。独立三角形闭合差计算的测角中误差为±1.21″,略大于±1″的限差要求,没有完全达到二等边角网的测角精度要求。由测站平差后的水平方向值计算各大地四边形的极条件闭合差,4个大地四边形的极条件闭合差均未超过二等测角网极条件闭合差的允许值,可见极条件闭合差的允许值比三角形角度闭合差的允许值要宽容得多。边长的先验精度评定是利用同一条边往测和返测的距离均值及其较差,计算每公里测距的单位权先验中误差μ,观察其是否小于二等测边网的设计精度要求(±4mm/km)。内业资料中有4条边即X～N3、N1～N2、N3～S和W2～W1此项指标超限,其中N3～S超限达10.5mm,其它3条边略大于允许值。由21条边的较差和边长的权计算每公里测距的单位权先验中误差为μ=±3.25mm,相对中误差为1/308000,这两项主要精度指标达到预先设计的二等边角网测边精度要求。综上分析,尽管水平距离观测值的往返测较差有少量超限的情况,但其主要精度指标和各项验算均符合二等测边网的精度要求,因此没有足够理由剔除这4条边的观测值,可以认为边长的外业观测成果合格。由于虎门大桥主桥桥面的平均高程约为60m,因此可把60m的高程面作为施工投影面,投影面改正后的水平距离可用于后续的平差计算。4测定点为固定点虎门大桥施工平面控制网为独立控制网,它以S点为固定点,以S～N3为固定方向,为了比较测角网、测边网和边角网不同观测方案的坐标成果及其精度情况,平差分3种不同的方案进行。4.1最大误差的比m测角网平差采用测站平差后的方向观测值进行坐标间接平差,平差后,水平方向观测的单位权中误差为Mβ=±1.02″,未达到边角网预先设计为±0.7″的水平方向观测精度。最弱点为N1点,其MX=±31.7mm,MY=±27.5mm,MP=±42.0mm,E=±40.2mm,F=±12.0mm,平均点位中误差为±21.0mm;最弱边为W1～W4,其相对中误差仅为1/32000,平均相对中误差也只有1/95000。相对点位中误差最弱的是X～N2边,其MΔP=±34.9mm,方位角中误差最弱的是N3～N4,其Mα=±1.35″。验后精度评定说明:独立测角网的平差结果,不论是综合精度Mβ,还是最弱点的点位精度、最弱边的相对精度都不能满足二等平面控制网的精度要求,因而不能用于虎门大桥施工的平面控制。4.2检测精度指标采用投影改正后的各边水平距离,进行独立测边网的坐标间接平差,平差后每公里距离测量的单位权中误差为MS=±0.46mm,每公里距离测量的单位权相对中误差为1/2174000,这两个主要精度指标达到二等测边网的精度要求。最弱点为N1点,其MX=±7.6mm,MY=±7.9mm,MP=±10.9mm,E=±10.7mm,F=±2.0mm,平均点位中误差为±5.84mm;最弱边为W1～W4,其相对中误差为1/49000,所有21条边的平均相对中误差为1/516000,相对点位中误差最弱的是S～N2边,其MΔP=±9.4mm,方位角中误差最弱的是W1～W4边,其Mα=±7.87″。验后精度说明:独立测边网的平差结果不论是综合精度MS,还是最弱点的点位精度、最弱边的相对精度以及所有各边的平均相对中误差,都能满足二等平面控制网的精度要求。4.3测边精度评定边角网平差采用测站平差后的方向观测值和投影改正后的水平距离进行独立边角网的坐标间接平差,平差后,水平方向观测的单位权中误差μ=±0.84″,略大于二等边角网±0.7″的精度要求,每公里距离测量的单位权中误差为±2.72mm,每公里距离测量的单位权相对中误差为1/366000,均满足二等边角网的测边精度要求,最弱点为N1点,其MX=±5.5mm,MY=±5.8mm,MP=±7.9mm,E=±7.5mm,F=±2.6mm,平均点位中误差为±4.7mm,最弱边还是W1～W4边,其相对中误差为1/58000,全网平均相对中误差为1/432000,相对点位中误差最弱的是S～N2边,其MΔP=±7.0mm,方位角中误差最弱的是N4～N1边,其Mα=±1.09″。验后精度评定结果说明;独立边角网的平差结果,不论是综合精度μ,还是最弱点的点位精度、最弱边的相对精度以及所有各边的平均相对中误差,都能满足二等平面控制网的精度要求。5施工平面控制网最终成果确定的思路在平面控制网的3种方案中,边角网的方案最优,其次是测边网,而测角网则未达到二等平面控制网的精度要求,考虑到测边网与边角网的平差成果和精度都很相近,且都达到了二等平面控制网的精度要求,同时测边网外业观测的工作量比边角网少得多。因此,无论从效