廣東東莞虎門大橋施工測(cè)量技術(shù)

廣東東莞虎門大橋施工測(cè)量技術(shù)

1主橋結(jié)構(gòu)及施工難點(diǎn)分析車道大橋位于珠江三角洲的中部，東有東莞太平市，與廣深高速路相連，西與番禺區(qū)南沙市相連，與廣珠高速公路相連，橫跨珠江?？?。是廣深珠高速公路的中心?；㈤T大橋主橋長(zhǎng)4.58km,橋面寬31m,為雙向六車道,晝夜交通量可達(dá)10萬(wàn)車次。主跨通航凈空60m,可供5萬(wàn)噸巨輪通航?；㈤T大橋主橋由主航道懸索橋,輔航道預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋以及東引橋、中引橋、西引橋和西岸引橋組成。虎門大橋橋型新、布置復(fù)雜、跨度大、施工工藝復(fù)雜、施工周期長(zhǎng),無論在橋型布置和施工難度方面都稱得上是一座跨世紀(jì)的橋梁工程。為大橋施工服務(wù)并指導(dǎo)其施工的虎門大橋施工測(cè)量技術(shù),在我國(guó)橋梁工程測(cè)量史上也稱得上是前所未有的測(cè)量系統(tǒng)工程。2控制網(wǎng)模型的建立虎門大橋施工平面控制網(wǎng)設(shè)計(jì)為二等邊角網(wǎng)(即水平方向觀測(cè)的單位權(quán)中誤差小于±0.707″,水平距離測(cè)量的相對(duì)中誤差小于1/300000),測(cè)邊測(cè)角比例系數(shù)K設(shè)計(jì)為0.97,K值大于0.5,對(duì)提高網(wǎng)的精度有利。平面控制網(wǎng)由10個(gè)控制點(diǎn)組成狹長(zhǎng)的4個(gè)大地四邊形鎖(如圖1所示)?？刂凭W(wǎng)中最長(zhǎng)邊達(dá)2153m(S～N3),最短邊只有54m(W1～W4),最長(zhǎng)邊與最短邊相差約40倍,三角形最小內(nèi)角為6°16′,最大內(nèi)角為91°04′,小于30°的三角形內(nèi)角達(dá)13個(gè),由于受地形條件的嚴(yán)重限制,控制網(wǎng)網(wǎng)形對(duì)提高控制點(diǎn)點(diǎn)位的坐標(biāo)精度相當(dāng)不利。控制網(wǎng)中邊長(zhǎng)觀測(cè)值為21個(gè),水平方向觀測(cè)值為42個(gè),邊角網(wǎng)按方向間接平差的必要觀測(cè)數(shù)為27個(gè),多余觀測(cè)數(shù)為36個(gè),控制網(wǎng)本身有較大的可靠性,對(duì)發(fā)現(xiàn)異常觀測(cè)值和提高控制網(wǎng)的精度有利。3水平距離觀測(cè)精度的確定水平方向觀測(cè)采用瑞士WILD公司生產(chǎn)的高精度光學(xué)經(jīng)緯儀T3(一測(cè)回水平方向觀測(cè)的中誤差為±1.0″),進(jìn)行水平方向的外業(yè)觀測(cè),每測(cè)站的水平方向均觀測(cè)12個(gè)測(cè)回,內(nèi)業(yè)進(jìn)行各測(cè)站方向平差后的水平方向值、一測(cè)回方向值和12個(gè)測(cè)回方向值中數(shù)之中誤差的計(jì)算。邊長(zhǎng)觀測(cè)采用瑞士LEICA公司生產(chǎn)的DIOR3002型測(cè)距儀,其標(biāo)稱精度為±(3mm+3×10-6D);豎角采用瑞士LEICA公司生產(chǎn)的T1600電子經(jīng)緯儀,其標(biāo)稱精度:一測(cè)回水平和豎直方向觀測(cè)的中誤差為±1.5″。外業(yè)觀測(cè)時(shí)進(jìn)行了斜距,豎直角,儀器高,覘標(biāo)高,溫度,氣壓,濕度和加、乘常數(shù)改正,改正后的斜距再根據(jù)觀測(cè)的豎直角進(jìn)行平距和高差計(jì)算。先驗(yàn)精度評(píng)定是在外業(yè)觀測(cè)后,平差數(shù)據(jù)處理之前對(duì)外業(yè)觀測(cè)成果進(jìn)行精度預(yù)先估計(jì),觀察外業(yè)觀測(cè)成果是否符合設(shè)計(jì)精度要求。根據(jù)外業(yè)觀測(cè)的水平方向并經(jīng)測(cè)站平差后計(jì)算的各三角形、各大地四邊形的內(nèi)角和角度閉合差按菲列羅公式求得測(cè)角中誤差為±1.21″。從角度閉合差的統(tǒng)計(jì)資料可以發(fā)現(xiàn),ΔW3W1W4和ΔW2W3W1的閉合差分別為6.99″和5.82″,允許閉合差為3.5″,明顯超限。分析超限的原因是因?yàn)閃1點(diǎn)位于威遠(yuǎn)炮臺(tái)舊城墻上,由于文物保護(hù)方面的原因未能建立觀測(cè)墩和強(qiáng)制對(duì)中裝置,同時(shí)W1～W4又為全網(wǎng)中的最短邊,所以盡管在W1或與W1有關(guān)的方向,觀測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)超過24個(gè),這兩個(gè)三角形閉合差仍達(dá)不到限差要求。獨(dú)立三角形閉合差計(jì)算的測(cè)角中誤差為±1.21″,略大于±1″的限差要求,沒有完全達(dá)到二等邊角網(wǎng)的測(cè)角精度要求。由測(cè)站平差后的水平方向值計(jì)算各大地四邊形的極條件閉合差,4個(gè)大地四邊形的極條件閉合差均未超過二等測(cè)角網(wǎng)極條件閉合差的允許值,可見極條件閉合差的允許值比三角形角度閉合差的允許值要寬容得多。邊長(zhǎng)的先驗(yàn)精度評(píng)定是利用同一條邊往測(cè)和返測(cè)的距離均值及其較差,計(jì)算每公里測(cè)距的單位權(quán)先驗(yàn)中誤差μ,觀察其是否小于二等測(cè)邊網(wǎng)的設(shè)計(jì)精度要求(±4mm/km)。內(nèi)業(yè)資料中有4條邊即X～N3、N1～N2、N3～S和W2～W1此項(xiàng)指標(biāo)超限,其中N3～S超限達(dá)10.5mm,其它3條邊略大于允許值。由21條邊的較差和邊長(zhǎng)的權(quán)計(jì)算每公里測(cè)距的單位權(quán)先驗(yàn)中誤差為μ=±3.25mm,相對(duì)中誤差為1/308000,這兩項(xiàng)主要精度指標(biāo)達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的二等邊角網(wǎng)測(cè)邊精度要求。綜上分析,盡管水平距離觀測(cè)值的往返測(cè)較差有少量超限的情況,但其主要精度指標(biāo)和各項(xiàng)驗(yàn)算均符合二等測(cè)邊網(wǎng)的精度要求,因此沒有足夠理由剔除這4條邊的觀測(cè)值,可以認(rèn)為邊長(zhǎng)的外業(yè)觀測(cè)成果合格。由于虎門大橋主橋橋面的平均高程約為60m,因此可把60m的高程面作為施工投影面,投影面改正后的水平距離可用于后續(xù)的平差計(jì)算。4測(cè)定點(diǎn)為固定點(diǎn)虎門大橋施工平面控制網(wǎng)為獨(dú)立控制網(wǎng),它以S點(diǎn)為固定點(diǎn),以S～N3為固定方向,為了比較測(cè)角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)和邊角網(wǎng)不同觀測(cè)方案的坐標(biāo)成果及其精度情況,平差分3種不同的方案進(jìn)行。4.1最大誤差的比m測(cè)角網(wǎng)平差采用測(cè)站平差后的方向觀測(cè)值進(jìn)行坐標(biāo)間接平差,平差后,水平方向觀測(cè)的單位權(quán)中誤差為Mβ=±1.02″,未達(dá)到邊角網(wǎng)預(yù)先設(shè)計(jì)為±0.7″的水平方向觀測(cè)精度。最弱點(diǎn)為N1點(diǎn),其MX=±31.7mm,MY=±27.5mm,MP=±42.0mm,E=±40.2mm,F=±12.0mm,平均點(diǎn)位中誤差為±21.0mm;最弱邊為W1～W4,其相對(duì)中誤差僅為1/32000,平均相對(duì)中誤差也只有1/95000。相對(duì)點(diǎn)位中誤差最弱的是X～N2邊,其MΔP=±34.9mm,方位角中誤差最弱的是N3～N4,其Mα=±1.35″。驗(yàn)后精度評(píng)定說明:獨(dú)立測(cè)角網(wǎng)的平差結(jié)果,不論是綜合精度Mβ,還是最弱點(diǎn)的點(diǎn)位精度、最弱邊的相對(duì)精度都不能滿足二等平面控制網(wǎng)的精度要求,因而不能用于虎門大橋施工的平面控制。4.2檢測(cè)精度指標(biāo)采用投影改正后的各邊水平距離,進(jìn)行獨(dú)立測(cè)邊網(wǎng)的坐標(biāo)間接平差,平差后每公里距離測(cè)量的單位權(quán)中誤差為MS=±0.46mm,每公里距離測(cè)量的單位權(quán)相對(duì)中誤差為1/2174000,這兩個(gè)主要精度指標(biāo)達(dá)到二等測(cè)邊網(wǎng)的精度要求。最弱點(diǎn)為N1點(diǎn),其MX=±7.6mm,MY=±7.9mm,MP=±10.9mm,E=±10.7mm,F=±2.0mm,平均點(diǎn)位中誤差為±5.84mm;最弱邊為W1～W4,其相對(duì)中誤差為1/49000,所有21條邊的平均相對(duì)中誤差為1/516000,相對(duì)點(diǎn)位中誤差最弱的是S～N2邊,其MΔP=±9.4mm,方位角中誤差最弱的是W1～W4邊,其Mα=±7.87″。驗(yàn)后精度說明:獨(dú)立測(cè)邊網(wǎng)的平差結(jié)果不論是綜合精度MS,還是最弱點(diǎn)的點(diǎn)位精度、最弱邊的相對(duì)精度以及所有各邊的平均相對(duì)中誤差,都能滿足二等平面控制網(wǎng)的精度要求。4.3測(cè)邊精度評(píng)定邊角網(wǎng)平差采用測(cè)站平差后的方向觀測(cè)值和投影改正后的水平距離進(jìn)行獨(dú)立邊角網(wǎng)的坐標(biāo)間接平差,平差后,水平方向觀測(cè)的單位權(quán)中誤差μ=±0.84″,略大于二等邊角網(wǎng)±0.7″的精度要求,每公里距離測(cè)量的單位權(quán)中誤差為±2.72mm,每公里距離測(cè)量的單位權(quán)相對(duì)中誤差為1/366000,均滿足二等邊角網(wǎng)的測(cè)邊精度要求,最弱點(diǎn)為N1點(diǎn),其MX=±5.5mm,MY=±5.8mm,MP=±7.9mm,E=±7.5mm,F=±2.6mm,平均點(diǎn)位中誤差為±4.7mm,最弱邊還是W1～W4邊,其相對(duì)中誤差為1/58000,全網(wǎng)平均相對(duì)中誤差為1/432000,相對(duì)點(diǎn)位中誤差最弱的是S～N2邊,其MΔP=±7.0mm,方位角中誤差最弱的是N4～N1邊,其Mα=±1.09″。驗(yàn)后精度評(píng)定結(jié)果說明;獨(dú)立邊角網(wǎng)的平差結(jié)果,不論是綜合精度μ,還是最弱點(diǎn)的點(diǎn)位精度、最弱邊的相對(duì)精度以及所有各邊的平均相對(duì)中誤差,都能滿足二等平面控制網(wǎng)的精度要求。5施工平面控制網(wǎng)最終成果確定的思路在平面控制網(wǎng)的3種方案中,邊角網(wǎng)的方案最優(yōu),其次是測(cè)邊網(wǎng),而測(cè)角網(wǎng)則未達(dá)到二等平面控制網(wǎng)的精度要求,考慮到測(cè)邊網(wǎng)與邊角網(wǎng)的平差成果和精度都很相近,且都達(dá)到了二等平面控制網(wǎng)的精度要求,同時(shí)測(cè)邊網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)的工作量比邊角網(wǎng)少得多。因此,無論從效