應(yīng)用全球衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)建立橋梁施工控制網(wǎng)

——福州浦上大橋施工控制網(wǎng)的建立

高誠鵬

(福州市勘測院  350001)

一、工程概述

    福州浦上大橋坐落在閩江南港上，位于桔園洲大橋與灣邊大橋之間，是福州金山新區(qū)連接閩侯上街大學(xué)城片區(qū)的主要通道之一，浦上大橋及連接線工程全長3.1km，其中跨江(正橋)橋長l740m，金山新區(qū)岸引道lOOm，引橋350m，上街岸引橋長175m，引道144m，接線道路長度575m。全橋圖片如下圖：

    本施工控制網(wǎng)建立分初測和定測兩大部分，初測的目的是按城市規(guī)劃和設(shè)計要求測放橋位并進(jìn)行兩岸接線測量，由于浦上大橋主橋跨度大，施工方要求此施工控制網(wǎng)具有較高的精度，橋軸線決定按《公路勘測規(guī)范》中規(guī)定的四等網(wǎng)精度施測，即橋軸線相對比例誤差不大于l/40000，本施工平面控制網(wǎng)初測和定測均采用GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)，按邊聯(lián)接構(gòu)網(wǎng)方式建立平面施工控制網(wǎng)，為確保該平面施工控制網(wǎng)精度和可靠性，采用徠卡全站儀(2s級)對部分控制點按邊角網(wǎng)觀測方案進(jìn)行對照檢核，高程網(wǎng)部分采用三等水準(zhǔn)直接測量。

    初測平差后平面最弱點l的點位中誤差為--+6.9mm，最大基線相對誤差為基線Ac，相對中誤差為1/243082小于限差1/80000；定測平差后平面最弱點I的點位中誤差為±3.6mm，最大基線相對中誤差為基線Ac，相對中誤差為1/293948小于限差1/80000。

二、GPS平面控制網(wǎng)建立  

    1、初測

    在橋位線附近，共布設(shè)7個平面控制點(如附圖1所示)，GPS觀測使用6臺Trimble4600SL單頻接收機(jī)，采用靜態(tài)定位模式進(jìn)行施測。測區(qū)附近的三等點林如膏醫(yī)院、南江濱作為橋位平面控制網(wǎng)的起算點，繽紛園作為檢核點。平差計算后，獲取橋位線附近控制點的福州城市地方平面直角坐標(biāo)，為橋軸線放樣提供控制。

    2、定測

    (1)布網(wǎng)方案

    為保證全橋以及橋梁連接線的整體性，同時兼顧到施工  過程中主橋與引橋的放樣定位需要與精度要求，橋位控制網(wǎng)以橋軸線為中心，控制范圍包括主橋與南、北引橋、引道，一次性全面布網(wǎng)，橋位GPS平面控制網(wǎng)(如附圖2所示)，共設(shè)9個  平面控制點。施工控制網(wǎng)與城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)接方式如附圖3所示，其中林如膏醫(yī)院、南江濱為福卅I市城建三等GPS點。

    (2)橋軸線點的設(shè)計與測放

    根據(jù)設(shè)計院提供的橋軸線設(shè)計資料，在橋軸線方向上選取兩點(閩江南港為防洪墻中心點，新洲為岸邊水泥墩點)B和G，并計算出其坐標(biāo)。由初測的控制點坐標(biāo)實地精確放樣正橋橋中線點B、G，并實測其坐標(biāo)，精確測定(進(jìn)行大氣壓和溫  度改正)B和G兩點間的距離，以8點為固定點，8點至上街新洲岸邊橋軸線點G的方位角為固定方位角，B、G間激光測距邊長為固定邊長，重新計算G點坐標(biāo)，由此兩點投影到橋軸上的坐標(biāo)取代其實測坐標(biāo)，并將其視為B、G兩點的最終設(shè)計坐標(biāo)值。

    (3)點位標(biāo)志和埋設(shè)

    九個點均采用我院特制的GPS標(biāo)志(上部銅板，下部角鋼)，軸線點8、G埋設(shè)時，先把防洪墻和水泥墩中間割出一個適中的洞，標(biāo)志點待精確測放后固定。I、H兩點埋設(shè)在新洲防洪墻上，A、D兩點埋設(shè)在建新南港防洪墻上，E點埋設(shè)在新洲碼頭，F、C兩點埋設(shè)在固定房子上。

    (4)外業(yè)觀測

    GPS觀測使用6臺Trimble4600SL單頻接收機(jī)，采用靜態(tài)定位模式進(jìn)行施測，外業(yè)觀測主要技術(shù)如下：

    有效觀測衛(wèi)星數(shù)大于4個；幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP<6；觀測衛(wèi)星高度角大于l5。；

    每時段觀測時間為45分鐘；平均重復(fù)設(shè)站數(shù)大于l.61；與城市坐標(biāo)系統(tǒng)網(wǎng)聯(lián)測點數(shù)5個。

    (5)基線解算

    基線解算采用Trimble接收機(jī)隨機(jī)軟件GPSvery2.35，外業(yè)觀測結(jié)束后及時下載數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，所取同一時段觀測數(shù)據(jù)剔除率均小于l0％，rati0值均大于6，并進(jìn)行檢驗，檢驗項目包括同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差。兩種檢驗的位置相對閉合差精度統(tǒng)計如下：

同步環(huán)閉合差：均小于1PPm異步環(huán)閉合差：

    (6)平差計算    GPS網(wǎng)平差采用原武漢測繪科技大學(xué)編制的PowerADJ3.0網(wǎng)平差軟件，首先在WGS一84坐標(biāo)系中進(jìn)行三維無約束平差，所有三維基線改正數(shù)均滿足V≤3 0，并剔除基線向量的粗差后，在福州地方平面直角坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差。二維約束平差分兩次進(jìn)行，首先以三等平面控制點為固定點進(jìn)行二維約束平差，計算出各橋位控制點坐標(biāo)，再以B、G兩點的最終坐標(biāo)值，投影面高度取橋墩位置的54橢球高(66m)進(jìn)行二維約束平差。與城市控制網(wǎng)聯(lián)測時，求得橋軸線B-G點基線相對比例誤差為l/371885；以8、G兩點最終坐標(biāo)值進(jìn)行二維約束平差后點位誤差在0.O4cm-0.36cm，基線相對比例誤差在1/264649—1/2128948，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

三、橋位控制網(wǎng)測設(shè)精度及與GPS網(wǎng)的比較 

    (1)橋位控制網(wǎng)測設(shè)

    為確保橋梁施工控制網(wǎng)的精度與可靠性，采用測邊角網(wǎng)方式對施工控制網(wǎng)進(jìn)行檢測。采用徠卡全站儀(2s級)，觀測2測回，所有的觀測值均經(jīng)過大氣壓、溫度、棱鏡常數(shù)改正等必要的數(shù)據(jù)改正處理，按四等橋位三角網(wǎng)精度規(guī)定執(zhí)行，其主要精度指標(biāo)如下：

    測角中誤差±5”；橋軸線相對中誤差1/400001，基線相對中誤差l/0000；三角形最大閉合差9″；

    平差后邊角網(wǎng)的點位誤差0.8c11r0.7cm，相對比例誤差在1/2300—1/58900，橋軸線相對比例誤差為1/9200。

    (2)GPS網(wǎng)與測邊角網(wǎng)的比較

    GPS網(wǎng)與測邊網(wǎng)相比較，其邊長較差在O-1.cm，點位中誤差較差在0.2cm-0.7cm。由此可見，該工程中邊角網(wǎng)與 GPS網(wǎng)精度吻合較好，且GPS網(wǎng)精度明顯優(yōu)于測邊角網(wǎng)的精度。

四、橋位高程控制測量及與擬合水準(zhǔn)的比較   

    (1)高程控制網(wǎng)布設(shè)方案

    整個高程控制網(wǎng)擬由4個基本水準(zhǔn)點(PBMl一PBM4)與若干施工水準(zhǔn)點組成，在兩岸各設(shè)置一組基本水準(zhǔn)點，基本水準(zhǔn)  點設(shè)在離橋中線不遠(yuǎn)的四個高壓電塔墩柱上。施工水準(zhǔn)點埋  設(shè)混凝土方樁，有的設(shè)置在堅固的建筑物上，沿主橋、引橋、引道每300m一500m布設(shè)一個。

    (2)三等、四等水準(zhǔn)測量    在南北岸基本水準(zhǔn)點(PBMl—PBM4)與城建三等水準(zhǔn)點$319之間敷設(shè)閉合水準(zhǔn)線路(如附圖4所示)，進(jìn)行三等水準(zhǔn)測量。在基本水準(zhǔn)點與施工水準(zhǔn)點之間敷設(shè)四等水準(zhǔn)線路，進(jìn)行四等水準(zhǔn)聯(lián)測。三、四等水準(zhǔn)測量均采用蔡司DINlll電子水準(zhǔn)儀和與之配套條碼水準(zhǔn)尺，嚴(yán)格執(zhí)行《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》各項技術(shù)指標(biāo)。

    (3)高程控制網(wǎng)平差計算

    高程控制網(wǎng)平差計算采用清華山維NASEW95控制網(wǎng)平差軟件，以北岸三等水準(zhǔn)點$319為起算點，先進(jìn)行三等水準(zhǔn)線路的平差計算，每公里水準(zhǔn)測量高差中數(shù)的中誤差為1.1mm，最弱點高程中誤差為2.1mm，所有精度指標(biāo)均滿足三等水準(zhǔn)測量精度要求。然后再以基本水準(zhǔn)點為起算點，進(jìn)行四等水準(zhǔn)線路的平差計算，所有精度指標(biāo)均滿足四等水準(zhǔn)測量精度要求。   

    (4)與GPS擬合高程相比較

    把引測的A、D、E四等水準(zhǔn)高程作為起算數(shù)據(jù)，對其它橋位控制點進(jìn)行高程擬合計算，其中橋軸線B、G點的GPS擬合高程與水準(zhǔn)測量高程相比較，橋軸線B、G點的高差較差為0.9mm。說明GPS水準(zhǔn)精度與直接水準(zhǔn)測量結(jié)果比較吻合。

五、結(jié)束語

    1、GPS網(wǎng)的精度優(yōu)于測邊角網(wǎng)的精度，應(yīng)用GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)建立高精度的控制網(wǎng)是完全可行的，而且方便、省時。   

    2、為保證橋梁施工相接時不出現(xiàn)錯位，在施工控制網(wǎng)建立時要講究整體性，平面要以橋軸線上兩點最終坐標(biāo)設(shè)計值為起算數(shù)據(jù)，高程測量應(yīng)起閉于同一個點。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐紹銓，張海華，楊志強(qiáng)，王澤民．GPS測量原理及應(yīng)用[M]．武漢測繪科技大學(xué)出版社，1998．

[3]GB l2898—91，國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]．

（本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）