港珠澳大橋跨海測(cè)量專題

1、11.港珠澳大橋跨海測(cè)量大橋總長(zhǎng)35.6km,東西人工島以及6.7km的海底隧道及總長(zhǎng) 22.9km的橋梁組成。大橋涉及三大測(cè)控關(guān)鍵技術(shù)：1、主體工程高精度測(cè)量基準(zhǔn)的 建立與維護(hù)技術(shù)；2、連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)建立與維護(hù)；3、測(cè)繪 信息管理系統(tǒng)建立與維護(hù)。一、珠港澳大橋高精度測(cè)量基準(zhǔn)的建立與維護(hù)珠港澳大橋工程測(cè)量基準(zhǔn)由首級(jí)控制網(wǎng)和在次基礎(chǔ)上逐級(jí)加 密建成的首級(jí)加密網(wǎng)及一、二級(jí)施工加密網(wǎng)組成。首級(jí)控制網(wǎng)自 2008年建網(wǎng)至今，一年一次復(fù)測(cè)。首級(jí)控制網(wǎng)集成了 GNSS衛(wèi)星定位、精密水準(zhǔn)測(cè)量、高精度跨 江三角高程測(cè)量、現(xiàn)代重力場(chǎng)、精化似大地水準(zhǔn)面與工程坐標(biāo)系 等技術(shù)方法。1）首級(jí)gps平面控制網(wǎng)由14個(gè)

2、首級(jí)gps控制點(diǎn)和3個(gè) GNSScorS占構(gòu)成，共布設(shè)16個(gè)gps觀測(cè)墩，珠海8個(gè)，澳門(mén)2 個(gè)，香港6個(gè)。并按國(guó)家B級(jí)gps網(wǎng)精度施測(cè)，統(tǒng)一了港、珠、 澳三地的坐標(biāo)基準(zhǔn)，基線精度 0.5ppm,點(diǎn)位精度2mm, 2009年 3月8日通過(guò)專家組驗(yàn)收。2）首級(jí)高程控制網(wǎng)由59個(gè)一等水準(zhǔn)點(diǎn)和52個(gè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu) 成。其中，一等水準(zhǔn)路線260km;二等水準(zhǔn)路線100km。實(shí)施了 多處跨海高程傳遞測(cè)量（測(cè)距三角高程測(cè)量最大觀測(cè)距離極限 3500,超過(guò)此距離需要進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)），項(xiàng)目共計(jì) 12處跨海高15.11.程傳遞測(cè)量，獲得了高精度的高程成果，統(tǒng)一了三地的高程基準(zhǔn)， 每千米偶然中誤差0.3mm,。3）設(shè)計(jì)

3、和建立了滿足主體工程建設(shè)要求的大橋工程坐標(biāo)系 統(tǒng)，研究確立了工程坐標(biāo)系統(tǒng)與 WGS84北京54、1983珠海坐 標(biāo)系、香港1980方格網(wǎng)及澳門(mén)坐標(biāo)系之間精確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。4）依據(jù)最新的地球重力場(chǎng)理論和方法（過(guò)渡曲面擬合法）， 建立了高精度的大橋地區(qū)的局部重力似大地水準(zhǔn)面，與gps水準(zhǔn)聯(lián)合求解后，獲得了高精度的似大地水準(zhǔn)面成果精度：6mm。Gps 擬合高程測(cè)量精度2cm左右。5） cors站建立與維護(hù)：大橋cors站由3個(gè)參考站、一個(gè)監(jiān)測(cè) 站和1個(gè)數(shù)據(jù)中心組成。共有5個(gè)相關(guān)子系統(tǒng)構(gòu)成。其提供兩種 信號(hào)：1、GPRS/CDM軀絡(luò)信號(hào)；2、傳統(tǒng)無(wú)線電信號(hào)，供rtk差 分定位，精度水平士 2cm,高

4、程優(yōu)于士 3cm級(jí)。2010年11月12 日通過(guò)驗(yàn)收投入運(yùn)行。系統(tǒng)先后用于主體工程勘察、島隧工程施 工及海中試樁工程施工，系統(tǒng)運(yùn)行正常，精度可靠。HZMB-cors是我國(guó)首個(gè)獨(dú)立的基于VRS的工程CORS也是首個(gè)用于工程施 工的跨境CORS二、國(guó)內(nèi)首個(gè)工程測(cè)繪信息管理系統(tǒng)的建立。HZMB-SMIS言息管理模塊，查詢統(tǒng)計(jì)模塊，電子公務(wù)模塊，運(yùn)算分析模塊，電子公 務(wù)模塊。三、關(guān)于勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的首級(jí)控制網(wǎng)項(xiàng)目特點(diǎn)：1、橋跨越海面極寬31.5km,橋位區(qū)域無(wú)島嶼可利15.11.用，難以通視。2、橋位在國(guó)家坐標(biāo)系投影帶的邊緣，投影長(zhǎng)度和方向變形較大。3、工程周期長(zhǎng)，兩岸灘涂沉降明顯。首級(jí)網(wǎng)根據(jù)大橋長(zhǎng)度3

5、6km,綜合考慮采用B級(jí)網(wǎng)施測(cè)，首級(jí) 網(wǎng)23點(diǎn)組成，其中橋位區(qū)附近9個(gè)（包括兩岸的參考點(diǎn)），為滿 足海上施工控制測(cè)量的需要，每間隔1.8km,現(xiàn)行施工一個(gè)橋墩（共計(jì)21個(gè)優(yōu)先墩）以及B平臺(tái)的海上參考點(diǎn)共同構(gòu)成了海上加 密網(wǎng)。兩岸的高程聯(lián)測(cè)，采用一等水準(zhǔn)由南岸經(jīng)杭州國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn) 到北岸，海中高程控制先采用gps擬合高程控制優(yōu)先墩承臺(tái)施工， 待優(yōu)先墩承臺(tái)全部建成以后，用對(duì)向觀測(cè)的三角高程導(dǎo)線進(jìn)行高 程貫通測(cè)量，用貫通測(cè)量的成果修正優(yōu)先墩 gps擬合高程并用于 后續(xù)高程控制。3.1勘測(cè)設(shè)計(jì)階段首級(jí)控制網(wǎng)布測(cè)在勘測(cè)、設(shè)計(jì)階段，為了跨海橋梁配套的道路工程、其他附屬 工程能在一個(gè)統(tǒng)一的控制網(wǎng)下控制，為了

6、摸清橋位附近控制點(diǎn)的 位移和沉降，為了研究橋位附近的大地水準(zhǔn)面形態(tài)為正確選擇gps高程擬合模型提供參考。首級(jí)網(wǎng)布測(cè)在橋位區(qū)周圍東西寬約24km,南北長(zhǎng)約48km跨越杭州灣的廣大地區(qū)，共23點(diǎn)組成，其 中三個(gè)點(diǎn)與國(guó)家控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)，有兩個(gè)點(diǎn)與 IGS站聯(lián)測(cè)，經(jīng)數(shù)據(jù)處 理分別給出了 54、wgs84和54工程65m高程坐標(biāo)系坐標(biāo)?？睖y(cè)、 設(shè)計(jì)階段的首級(jí)網(wǎng)于2001年11月完成，2002年11月進(jìn)行復(fù)測(cè)， 2003年10進(jìn)行了第二次復(fù)測(cè)。用三期的觀測(cè)成果進(jìn)行了點(diǎn)位的15.11.穩(wěn)定性分析，確定了橋位區(qū)內(nèi)的穩(wěn)定點(diǎn)組，利用這些穩(wěn)定點(diǎn)建立 了大橋施工控制相對(duì)穩(wěn)定的坐標(biāo)框架，同時(shí)研究了這些點(diǎn)的高程 異常值分布規(guī)

7、律，選定了橋位區(qū)最佳 gps高程擬合模型，建立了 大橋控制網(wǎng)和國(guó)家坐標(biāo)系的聯(lián)系。這樣，勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的首級(jí)網(wǎng) 完成了使命。2004年6月根據(jù)這些成果，重新布測(cè)了范圍更小、 精度更高的gps首級(jí)控制網(wǎng)。為此，在原首級(jí)網(wǎng)中選擇了穩(wěn)定點(diǎn) 作為起算點(diǎn)，選擇6個(gè)對(duì)大橋施工有直接作用的點(diǎn)（包括參考點(diǎn) 在內(nèi)），共九個(gè)點(diǎn)組成新的首級(jí)大橋控制網(wǎng)，按B級(jí)施測(cè)。經(jīng)平差， 最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度位3mm,兩岸聯(lián)測(cè)邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差10-6。四、獨(dú)立施工控制網(wǎng)54工程65m工程坐標(biāo)系的建立經(jīng)計(jì)算分析杭州灣跨海大橋投影長(zhǎng)度變形達(dá) 4.559m,方向 投影變形達(dá)8”，這是施工所不允許的。通過(guò)首級(jí)網(wǎng)與國(guó)家控制網(wǎng)和IGS站聯(lián)測(cè)，經(jīng)過(guò)多處測(cè)試

8、， 確定了大橋的獨(dú)立施工坐標(biāo)系， 稱54工程65m高程坐標(biāo)系坐 標(biāo)。五、大橋相對(duì)穩(wěn)定坐標(biāo)框架的維護(hù)由于大橋施工標(biāo)段多，施工周期長(zhǎng)，兩岸控制點(diǎn)沉降嚴(yán)重， 點(diǎn)位使用頻繁，易受施工干擾等?？刂菩枰M(jìn)行定期和不定期 復(fù)測(cè)，以此對(duì)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以確定穩(wěn)定點(diǎn)組，研究不 穩(wěn)定點(diǎn)的變形速率，以確定復(fù)測(cè)周期，和在施工過(guò)程中確定對(duì) 不穩(wěn)定點(diǎn)位的改正值。六、cors站的建立和維護(hù)15.11.功能：服務(wù)于各階段測(cè)繪工作和高精度的安全監(jiān)測(cè)。參考站與多個(gè)IGS站點(diǎn)聯(lián)測(cè)，采用ITRF97匡架并按其速度 場(chǎng)歸算到本網(wǎng)平均歷元，得到精度為 0.1m的參考站點(diǎn)ITRF97 框架下的坐標(biāo)，保證了 rtk的測(cè)量精度。七、用rt

9、k和gps打樁定位系統(tǒng)解決海上打樁定位問(wèn)題Gps打樁定位系統(tǒng)用安置在船體上的三臺(tái) gps接收機(jī)，測(cè) 定打樁船的實(shí)時(shí)位置和船體的實(shí)時(shí)姿態(tài)，用安置在船體上的多 棱鏡激光測(cè)距儀或攝影測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定樁位相對(duì)于船體的位置， 通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以知道樁體的大橋獨(dú)立坐標(biāo)系下的三維實(shí)時(shí) 位置和傾斜度，用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制樁體的貫入度。八、海中高程控制和高程貫通測(cè)量8.1 指導(dǎo)思想：低精度到高精度，分階段逐步優(yōu)化(1)、打鋼管樁的階段，rtk控制高程；(2)在施工優(yōu)先墩的承臺(tái)階段，承臺(tái)高程用gps高程擬合；(3)墩身施工階段，對(duì)于施工進(jìn)度快的單位，臨時(shí)采用三 角高程配合gps擬合高程法進(jìn)行高程貫通測(cè)量，提供相當(dāng)于三 等水

10、準(zhǔn)成果進(jìn)行控制；(4)用三角高程法進(jìn)行三等水準(zhǔn)精度的高程貫通測(cè)量， 用 其結(jié)果修正配合法完成的貫通高程測(cè)量結(jié)果，墩身、非優(yōu)先墩 施工承臺(tái)和墩身的施工高程用優(yōu)先墩的高程進(jìn)行控制。(5)上部結(jié)構(gòu)施工用二等水準(zhǔn)高程貫通測(cè)量來(lái)控制。8.2 測(cè)量機(jī)器人三角高程法進(jìn)行跨海高程貫通測(cè)量的實(shí)驗(yàn)15.11.用邊長(zhǎng)1.8km左右的高精度三角高程測(cè)量代替跨海二、三 等水準(zhǔn)測(cè)量，從嚴(yán)密的三角高程公式出發(fā)，分析了三角高程測(cè) 量的系統(tǒng)誤差，制定了適合海上作業(yè)的測(cè)量細(xì)則。依據(jù)以上制定的測(cè)量細(xì)則進(jìn)行了 23跨跨海三角高程測(cè)量， 最短跨距320m,最長(zhǎng)跨距1820m,平均1356m。由實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)可知：每個(gè)雙測(cè)回偶然中誤差3

11、mm/km。按國(guó)家一、二等 水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，跨河水準(zhǔn)的測(cè)繪數(shù)、限差及各測(cè)回互差，可估 算每個(gè)雙測(cè)回每公里偶然中誤差為 5.65mm/km。由此機(jī)器人 按細(xì)則測(cè)916個(gè)雙測(cè)回，可滿足二等跨河水準(zhǔn)的精度；測(cè)24 個(gè)雙測(cè)回，可滿足三等跨河水準(zhǔn)的精度。大橋由測(cè)量機(jī)器人實(shí)測(cè)四個(gè)雙測(cè)回，23跨的跨海三角高程 測(cè)量組成的31.52m長(zhǎng)符合高程導(dǎo)線，其高程閉合差1mm,小 于三等水準(zhǔn)的67mm,也小于二等水準(zhǔn)的22mm限差。8.3 海中g(shù)ps高程擬合精度要求：高程擬合精度需要到達(dá) 3cm。經(jīng)過(guò)大量的理論和實(shí)驗(yàn)分析，得到如下兩條重要結(jié)論：(1)、在大橋橋位區(qū)內(nèi)，僅僅用南北兩岸的高程公共點(diǎn)的 水準(zhǔn)高程和gps大地高，用多項(xiàng)式曲面擬合法或過(guò)渡曲面擬合 法，所求得的海中g(shù)ps擬合高程的中誤差可達(dá)到2.0cm。(2) 1.8km左右跨度的gps擬合高程差可達(dá)到三等水準(zhǔn)測(cè) 量高差的精度。但是，擬合高程有一定的殘留的系統(tǒng)誤差，在 附合高程路線中會(huì)形成一定的積累，致使線路中間段的高程的15.11.高程精度較差。因此，采用一種快速的復(fù)合高程貫通