上海长江大桥主桥施工测量.doc

上海崇明越江通道 主桥施工测量技术总结
上海长江大桥主桥施工测量技术总结
一、工程概况
崇明越江通道主桥工程为双塔独柱双索面斜拉桥，跨径组合92+258+730+258+92=1430m。工程桩号K14+558m～ K15+988m。整个工程位于崇明岛和长兴岛之间的长江中,距离两岸大堤测量控制点约5km,桥位处于长江入海口，常年风浪较大，测量条件差。桥梁设计中心线为直线，两侧对称布置2。5%的纵坡，中间以半径15000m的圆曲线连接。
二、采用的施工测量坐标系
1、 平面坐标系统
设计采用上海城市坐标系。为了施工上的方便与直观，具体施工中采用了主桥桥轴坐标系，用于施工放样和资料报验.
2、高程系统
采用吴凇高程系
三、采用主要仪器设备
四、控制网的建立和维护
控制网建立和维护的目的，一是方便施工测量放样，保证放样精度。二是使大桥从基础施工到钢箱架设以及后期营运阶段的健康观测，始终处于一个基准下进行，最大限度地保证测量资料的一致性和连续性。在本工程中,业主委托上海测绘院负责整网的建立和定期复测，由于江面宽约8公里，前期测绘院布设对B5标有价值的点有PG03、PM06、JY3、PM05、JY2五点平高控制点如下图
首级平面控制网的复测满足《全球定位系统(GPS）测量规范》(GB/T18314—2001）中的二等测量精度要求.复测时外业观测严格按照《全球定位系统(GPS）测量规范》(GB/T18314—2001）中的二等测量精度要求按静态作业模式进行操作,事先编制GPS卫星可见性预报表，依据预报表制定观测计划选择PDOP值小且在时段内稳定、卫星方位分布合理、卫星数多的时间段进行观测，如实作好GPS外业观测手簿的记录;外业观测结束后,及时进行观测数据的处理和质量分析及GPS控制网平差计算：首先,利用随机商用软件进行基线解算及对基线解结果进行校核(一般包括单条基线解的结果分析、同步和异步闭合环的校核及复测基线的校核等),当检查或数据处理时发现观测数据不能满足要求时，应对成果进行全面的分析，并对其中部分数据进行补测或重测,直至满足要求；其次,对GPS控制网进行三维无约束平差，平差时首先以一个点的WGS—84系坐标作为起算数据进行平差，用来检查GPS基线向量网本身的内符合精度、基线向量间有无明显的系统误差,并剔除含有粗差的基线边；最后,对GPS控制网进行二维约束平差并进行坐标转换（平差用的位置、方向和尺度基准要与原测网平差时用的完全相同。），计算出网中各点上海城市坐标系坐标.上述各项工作完成后，按规范有关要求，提供完整、详细的检测成果（成果主要包括:基线网平差的WGS—84坐标系大地坐标及其点位中误差，上海城市坐标系坐标及其点位中误差，相邻点的边长及其中误差和边长相对中误差、各边方位角等）.
业主提供的首级高程控制网、首级高程加密控制网及全桥高程贯通测量的精度不低于国家三等水准。由于各桥墩出水结构物在前期没有形成，在工程前期我们只检测岸上对本工程有利用价值的水准点。
随着优先墩工程的开展,先后在59、60、61、62、63、64承台顶布设了具有强制归心装置测量观测量墩，加密点做成稳固的、能够保存的，便于GPS观测的有强制归心装置的观测墩台。平面观测采用GPS静态相对定位和全站仪精密导线相结合的方式进行,特别一提的是，本桥的平面控制网有着先天的不足，100米约有1毫米的变形误差，这在主桥的施工控制中是不允许的，用上述做法,经评估，与南北相邻标段的接线误差在7毫米,而且变形量90％在顺桥向,最大限度地满足主桥的施工精度要求，又兼顾了相邻标段的顺接问题.此不足应在以后工程中刚开强烈要求业主进行索取，工时要的控制网布设中引起重视.高程采用双线对向EDM跨江，局部测量条件不好 的用单向EDM三角高程多时段观测进行，据本桥的施工实践，在300米以内,用单向EDM三角高程如果方法得当能达到三等水准精度要求，接近二等水准精度要求.如图：双线对向EDM。
四、基础施工
基础施工阶段主要工作内容为钢平台搭设、钢护筒下沉及钢套箱下放等,由于主桥开工时，江中没有其它已建构造物，加上本工程江面较宽达8公里,在基础施工时、主要采用GPS —RTK技术进行位置、标高的放样。
影响RTK作业距离和效果的两大关键因素是接收机和数据链在架设GPS— RTK参考站时考虑其作用距离12km，这样，前期直接利用首级或首级加密控制点。
在承台、墩身放样时，精度要求相对较高，需利用布设在套箱顶或已成桩钢护筒顶的加密控制点,用常规方法如全站仪三维坐标法等多种方法来进行放样，主塔塔身施工，可利用布设在各塔墩承台上的加密点进行。考虑高塔施工,塔自身的变形,可采用相对定位法进行.
五、参考站的建立
参考站是提供GPS原始观测数据、RTK差分GPS改正信息的数据源.根据工程区域的范围与分布特点，在崇明岛建立一个固定式连续运行GPS参考站，离施工现场约5km,能够保证作业要求.具体的构建过程中，考虑到其它因素如进行重复点的校核等，考虑12km.
具体站址建设如下：
GPS连续运行参考站的正常运行是整个工程正常运作的基本保证.为了确保参考站的运行正常，在站址建设上应遵循以下原则：
① GPS连续运行参考站应选择地基坚实稳定、安全僻静、并有利测量标志长期保存和观测的地方。 站点位置各方向视线高度角5°以上应无阻挡物.同时应避开高压电线和变压器。
② 采用有效的防雷设备.采取必要的安全防护措施，如防盗、防人为或动物破坏，防自然灾害等.
2)电台天线高度的选择
RTK作业要求参考站每秒传送一次原始观测数据。由于要求传送的数据量较大,因此通讯波特率要在9600以上，故只能用UHF数传电台作为数据链。UHF数传电台是视距传播，其作用距离主要决定于参考站和流动站电台天线离地面的高度D，由于地球曲率的影响应用以下公式计算：
式中h1和 h2 分别是参考站和流动站电台的天线高，单位为米；D为数据链覆盖范围的半径,单位为公里。式中的系数4。24是理想条件下的值,一般情况均低于此值。本工程设定作用范围最大为12公里，设流动站的天线高为2米，则参考站电台天线的离地面高度不得低于2米。
五、钻孔桩水上钢平台辅助桩的施打
根据本工程距离岸较远（5km以上）的特点，采用GPS系统进行沉桩测量定位，沉桩平面偏位控制标准为：
水平定位精度：± 15 cm
垂直定位精度:± 15 cm
GPS RTK定位精度（平面位置和高程）已达到厘米级,可以满足沉桩精度要求;利用GPS RTK定位技术进行沉桩定位测量具有定位方便、速度快的特点，可实时提供放样点的三维坐标且不受天气影响，可全天候作业.利用该系统进行打桩定位,其控制过程如下:
① 系统设置和调试
打桩船到达新的施工区域后,首先对船用GPS定位系统接收崇明岛基准站发射的数据链的情况进行调试准备。将接收机、 流动站电台、 手薄按要求设置后，到本标段作业区域内不少于两个业主提供的控制点上进行检测，其采用RTK方式测量的成果与业主提供的点的三维坐标较差应在30mm限差要求范围内。如不满足要求，应检查出原因，重新检测，直到满足要求，才能用于打桩控制.
②　定位数据的计算准备
打桩前，根据设计图纸计算出每个墩的所有桩在设计桩顶标高处的平面坐标，桩的方位角等定位数据.并根据打桩船预定的抛锚位置，计算出桩船各锚的锚位坐标,以作桩船抛锚定位使用。所有定位数据计算后都必须有专人复核，确认无误后，方可使用。
③ 打桩船就位
为了打桩时,打桩船上各锚缆互不干扰，合理分布，同时保证船体的稳定性，桩船到达打桩的墩位时,根据各锚的锚位坐标,在抛锚艇上以RTK测量方式进行各个锚的定位抛锚。
④ 桩的定位下沉
将先前计算好的各桩的桩号、X坐标值、Y坐标值、船位角度、桩倾斜度和Z坐标值输入Microsoft Access数据库，打桩时从该数据库中调用所打桩的定位数据,经核对,确认无误后，启动监测程序，开始监测船位，屏幕上显示出桩的偏位图,移船方向和移动的量值,按照监测显示的图形和数据移动桩船向预定船位靠拢,直到当前船位与预定船位的横向和纵向差值小于5cm,同时扭角小于0.5度时,下桩，压锤。开锤前，记录并打印开锤前的数据，然后开始打桩。打桩过程中,该系统自动记录锤击数，桩顶标高并显示最新50锤的平均贯入度。当桩顶标高达到设计标高后，停锤，记录并打印此时的偏位情况。
六、钻孔平台施工测量放样
利用打入桩施工时采取的夹桩和稳桩措施，用GPS 动态测量方法，由GPS 流动站测出各打入桩的位置和标高，安设桩间联系梁及桩顶承重梁、轨道梁和钻孔平台面板
七、钢护筒下沉定位测量
在已形成的起始平台上,采用GPS静态作业模式测量,加密二个平高控制点。采用GPS—RTK与常规测量方法结合放样定出各个桩位的钢护筒基线（十字线).在下沉钢护筒时，根据钢护筒基线定位导向架，确定各个钢护筒的平面位置，在插入基点或加密点上布二台经纬仪，监测钢护筒各个方向上的倾斜度，达到钢护筒的下沉定位测量和检测的目的.
八、钻机定位
检测加密的二个平高控制点，采用全站仪三维坐标放样法或GPS—RTK法进行钻机测量放样.
九、钢套箱下放定位测量
在钢套箱的两条轴线与钢套箱外壁板的交点或四个远角点上布设四个GPS 流动站定位点，在钢套箱下放过程中，实时测量四个定位点的位置和高程,经过计算机程序计算出钢套箱下放过程中的平面位置、倾斜度、平面扭角等下放定位参数，控制钢套箱的下放定位。
十、水下地形测量
水下地形测量采用中海达HD—27数字测深仪结合GPS—RTK进行。另外在岸边设立水位尺，用以校核GPS水准,防止错误的发生。
十一、TCA2003全站仪三维坐标放样法精度分析
TCA2003全站仪三维坐标放样法，即用TCA2003全站仪在控制点上直接测出待定点的三维坐标。由于仪器本身具有自动补偿、自动照准、自动进行大气折光系数改正等功能，其施工测量放样能达到很高的精度。
三维坐标计算公式为:
xp=x0+s×sinz×cosα
yp=y0+s×sinz×sinα
Hp=H0+s×cosz+（s×sinz）2+i—v
相应的xp、yp、Hp中误差计算公式为：
m2xp=（sinz×cosα×ms)2+ {s×cosz×cosα×mz″/ρ″}2+{s×sinz×sinα×mα″/ρ″}2
m2yp=(sinz×sinα×ms)2+ {s×cosz×sinα×mz″/ρ″}2+{s×sinz×cosα×mα″/ρ″}2
不顾及大气垂直折光系数K值误差影响时，
m2Hp=（cosz×ms）2 + {s×sinzmz″/ρ″}2 +m2i+m2t
顾及TCA2003全站仪内置的K=0.13与观测时的K值不符。根据有关文献资料可知K的变化范围为0。10～0.19,其对高程的影响为 δHP=△C×Sin2z×S2
根据实际情况取ma= mz = ±1。3″,ms=±1+1ppm，α=400,z=560，mj=mv=±1mm,在不同放样视线长度下计算放样点点位误差见下表：
不同放样视线长度下放样点点位误差表
视线长度
200m
300m
400m
500m
600m
700m
800m
mxp（mm）
1。2
1.5
1。9
2.4
2.8
3。2
3.6
myp（mm）
1。1
1。5
2。0
2。4
2。9
3。4
3。8
MHp(mm）
1.9
2。2
2。6
3.1
3.6
4。1
4。5
δHP（mm)
0。1
0.3
0.5
0。8
1。2
1.6
2.1
结论：用TCA2003进行三维坐标放样，依据不同的施工精度要求，选择不同的放样视线长度，其精度能够满足施工要求.
十二:其它
1．严格执行各项技术规程和质量管理制度。
2. 建立测量人员培训制度、仪器专检制度，加强仪器自检频率，发现问题及时送检国家计量部门检测。
3. 制定本部门的测量管理办法，实行内业200%、外业100％校核制度.
4。 采用先进的测量仪器，使测量工作的外业数据采集自动化，内业数据处理电算化,减少人为误差。
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中港第二航务工程局、上海城建集团联合体