王 我

(成都大西南鐵路監(jiān)理公司， 四川成都 610031)

某海灣大橋長距離跨河高程測量技術(shù)

王 我

(成都大西南鐵路監(jiān)理公司， 四川成都 610031)

文章以某跨海大橋為載體，介紹了同時對向觀測跨河三角高程測量方法的原理及其過程，并應(yīng)用該方法進(jìn)行跨河高程控制網(wǎng)建立的成功案例。通過多種檢核與對比，四邊形跨河三角高程水準(zhǔn)測量方法使用雙測站同時對向觀測，既消除了大氣折光的影響，還增加了檢核條件。理論分析和工程實踐證明，該方法不但可以達(dá)到二等高程控制測量的精度，而且測量效率優(yōu)于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量。

跨河水準(zhǔn)； 高程控制網(wǎng)； 同時對向

某跨海灣大橋為跨海長度4.038 km，主橋為五跨連續(xù)H型雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主塔塔高171.5 m，主跨跨徑為488 m，為了進(jìn)行該橋的施工，根據(jù)施工組織設(shè)計，應(yīng)該在設(shè)計院提供的水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)上建立控制該橋施工的高程控制網(wǎng)，并對設(shè)計院提供的兩岸水準(zhǔn)點間的高差進(jìn)行復(fù)核測量。為了確保該大橋施工測量的精度，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，本次該大橋高程跨河測量的精度設(shè)計為國家二等高程控制測量。

隨著智能型全站儀的發(fā)展，三角高程越來越多使用在水準(zhǔn)不方便測量的地界[1]。根據(jù)GB /T 12897-2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》規(guī)定，大于2 km的跨河屬于規(guī)范規(guī)定的最高級別，故在某跨海灣大橋采用同時對向觀測跨河三角高程測量方法進(jìn)行高程控制網(wǎng)的測設(shè)、建立。

1 跨河高程測量技術(shù)方案設(shè)計

1.1 跨河場地布設(shè)及其高差測量路線

為了實現(xiàn)海灣大橋高程跨河測量，選擇在海灣水域相對比較窄的江段，布設(shè)了如圖1所示的跨河高程測量場地。圖1中A、B、C、D為進(jìn)行本次高程跨河測量用的臨時水準(zhǔn)點，準(zhǔn)備采用大地四邊形進(jìn)行高程跨河測量；E、F為大橋施工用的水準(zhǔn)點，BM8、BMG為設(shè)計院交樁的水準(zhǔn)點；其中A、B、F和BMG位于南岸，C、D、E和BM8位于北岸。

圖1 跨河高程測量示意

此外，圖1中的帶箭頭實線部分為用全站儀三角高程間接高差測量方法測量的測段，即AC、BD、AD和BC測段的高差采用全站儀三角高程間接高差測量方法測量，所采用的儀器為萊卡TS30，虛線為用電子水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測量方法測量的測段，所采用的電子水準(zhǔn)儀為天寶DINI03。

如圖1所示，本次跨河高程測量以及兩岸設(shè)計院水準(zhǔn)點間高差復(fù)核測量，需要采用兩種完全不同的測量方法：一種是兩岸水準(zhǔn)點間的二等高差跨河測量，將采用兩臺智能型全站儀進(jìn)行同時對向間接高差測量；另一種是同岸水準(zhǔn)點間的高差測量，將采用普通二等水準(zhǔn)測量的方法。前者采用的是兩臺智能型全站儀及其配套棱鏡，后者采用的是一臺電子水準(zhǔn)儀及其兩把配套的條碼水準(zhǔn)尺。下面分別介紹這兩種測量方法的測量過程。

1.2 同時對向跨河間接高差測量

同時對向跨河間接高差測量場地布置如圖1所示。圖1中，A、B、C、D為4個跨河高程測量的臨時水準(zhǔn)點，測量時在這4個臨時水準(zhǔn)點上用腳架擺放三棱鏡；2臺智能型全站儀分別設(shè)站在距AB和CD連線約20 m的后方，整平后同時對4個三棱鏡進(jìn)行斜距和天頂距測量，之后首先計算全站儀至各個棱鏡間的直接高差，再利用南岸的直接高差計算AC、AD、BC、BD的間接高差，利用北岸的直接高差計算CA、CB、DA、DB的間接高差，最后計算同時段的南北兩岸的間接高差的均值，作為跨河測段該時段的測量高差。由于該跨河測段的跨河距離為2.2 km，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定應(yīng)該觀測18個以上時段，為了確保本次測量外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，本次跨河高程測量外業(yè)計劃觀測20個時段。當(dāng)全部20個時段各個時段間的最大最小高差較差小于以下限差時，可以認(rèn)為20個時段的觀測高差全部合格[2-3]。

(1)

式中：N為時段數(shù);S為跨河距離，以km為單位。

同時對向跨河間接高差測量時，斜距和天頂距的外業(yè)測量應(yīng)該滿足表1的要求。

表1 跨河間接高差斜距和天頂距外業(yè)測量的技術(shù)要求[4]

同時對向跨河間接高差測量使用的全站儀，其測距的標(biāo)稱精度應(yīng)該≤(2mm+2ppm)，其測角的標(biāo)稱精度應(yīng)該≤1″；外業(yè)測量時應(yīng)該使用多測回自動測量軟件控制全站儀進(jìn)行外業(yè)的自動照準(zhǔn)、自動觀測和測量數(shù)據(jù)的自動記錄；此外，在每個時段的測量時，需要控制兩套全站儀同步進(jìn)行每個時段的測量；在每個時段的測量之前，還要通過溫度計和氣壓計量測環(huán)境溫度和氣壓，之后輸入到全站儀中以便對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象改正。

1.3 普通二等水準(zhǔn)測量

岸上測段高差采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返測量，往測時單數(shù)測站觀測程序為后-前-前-后，往測時雙數(shù)測站觀測程序為前- 后- 后-前；返測時單數(shù)測站觀測程序為前- 后- 后-前，返測時雙數(shù)測站觀測程序為后-前-前-后。二等水準(zhǔn)測量時，使用的水準(zhǔn)儀高差測量的標(biāo)稱精度應(yīng)該滿足≤1mm/km。為了確保岸上高差測量的精度達(dá)到二等的要求，應(yīng)該使水準(zhǔn)測量的測站數(shù)據(jù)和路線數(shù)據(jù)滿足表2和表3的技術(shù)要求。

表2 測站水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求[4] m

表3 路線水準(zhǔn)測量限差要求[4] mm

2 數(shù)據(jù)分析與整理

全部20個時段跨河測段的往返測間接高差實測數(shù)據(jù)測量完成后。由于地球曲率和大氣折光對單向高差的影響相對地大，因此各個時段的間接高差應(yīng)該計算同時段的往返測高差的均值，然后統(tǒng)計各個時段間的高差較差。

跨河測段20個時段的往返測間接高差均值的最大值、最小值及其較差等情況，統(tǒng)計在表4中。從表4中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，4個跨河測段高差的最大值與最小值之差全部小于其對應(yīng)的限差要求，因此可以認(rèn)為本次跨河測段高差測量的精度滿足規(guī)范要求。

橋梁兩岸岸上6個測段水準(zhǔn)測量的實測往返測高差及其較差數(shù)據(jù)，統(tǒng)計在表4中。從表4中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，6個測段的往返測高差較差全部滿足其對應(yīng)的限差要求，因此可以認(rèn)為岸上測段的實測高差全部滿足二等水準(zhǔn)測量的精度要求。

表4 跨河測段高差最大值最小值差值統(tǒng)計

實測4個跨河測段的高差均值和表5中岸上AB、CD測段往返測高差的均值，可以計算圖1中5個閉合路線的高差閉合差，計算結(jié)果統(tǒng)計在表6中。從表6中的實測閉合差及其允許閉合差可以看出，本次跨河測段高差和岸上測段高差測量的閉合差全部小于其允許誤差，因此可以說明本次高程測量的外業(yè)數(shù)據(jù)滿足二等高程控制測量的精度要求。

表5 岸上測段高差二等水準(zhǔn)測量成果統(tǒng)計

表6 跨河測段高差閉合差統(tǒng)計

3 結(jié)論

綜上所分析，本文所采用的四邊形方法，由于采用了測量機器人和雙測站同時對向觀測，既消除了大氣折光的影響，還增加了檢核條件。理論分析和工程實踐證明，該方法不但可以達(dá)到二等高程控制測量的精度，而且測量效率相對于傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量高得多。

綜合實驗以及數(shù)據(jù)分析可得出以下主要結(jié)論：

(1)采用此方法進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測量，可實現(xiàn)同時對向觀測，每一雙測站的高差均是由對向觀測高差計算獲得，有效地消除了大氣折光的影響；

(2)在岸邊的水準(zhǔn)測量高差的加入，可以防止由于三角高程組成閉合環(huán)的高差是自相關(guān)的問題，從而可以得到獨立的閉合環(huán)閉合差；

(3)采用該方法對于在2km距離進(jìn)行大跨度的跨河水準(zhǔn)可以達(dá)到二等水準(zhǔn)測量的精度。對于更長距離的跨河水準(zhǔn)，相信隨著智能型全站儀的發(fā)展，可以進(jìn)行更多的嘗試。

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB10601-2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

[2] 孔祥元.控制測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2002.

[3] 劉成龍,楊雪峰,張閱川,等.基于測量機器人的二等高程控制測量新方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2013,48(1):69-74.

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T12897-2006 國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5] 陶元洲，王鳳艷，龐賀民，等.全站儀垂距測量代替二、三、四等水準(zhǔn)測量的研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報: 地球科學(xué)版， 2004，34(2).

王我(1987～)，男，本科，助理工程師，從事工程監(jiān)理工作。

TB22

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[定稿日期]2017-01-09