港珠澳大橋島隧工程項目測量技術(shù)與控制

1、（ 6）測量技術(shù)與控制目 錄1、施工測控關(guān)鍵技術(shù)分析 .- 1 -2、施工測控關(guān)鍵技術(shù)解決方案 .- 1 -3、施工測量控制 .- 2 -3.1施工控制網(wǎng) .- 2 -1)、首級控制網(wǎng)和首級加密網(wǎng)檢測 .- 2 -2)、施工加密控制網(wǎng)建立 .- 2 -3)、施工控制網(wǎng)復(fù)測 .- 2 -4)、GPS參考站系統(tǒng) .- 2 -5)、坐標(biāo)及高程系統(tǒng) .- 3 -3.2人工島 .- 3 -1)、格型鋼板樁打設(shè)定位控制 .- 3 -2)、隧道暗埋段對接基準(zhǔn)面控制 .- 3 -3.3隧道基礎(chǔ) .- 3 -1)、基槽測量精度控制 .- 3 -2)、減沉樁測量控制 .- 3 -3)、基床施工測量控制 .- 3

2、-3.4隧道沉管段測控 .- 4 -1)、管節(jié)控制點標(biāo)定 .- 4 -2)、沉放測量控制 .- 4 -(1) 、近岸段沉管定位 .- 5 -(2) 、遠(yuǎn)岸段沉管定位 .- 5 -3.5島隧結(jié)合部橋梁測量控制 .- 6 -3.6沉降位移測量 .- 6 -3.7貫通及竣工測量 .- 6 -4、測量控制管理 .- 6 -4.1測量組織管理 .- 6 -4.2測量質(zhì)量控制管理 .- 6 -1、施工測控關(guān)鍵技術(shù)分析島隧工程施工質(zhì)量與測量精度密切相關(guān)。有別于一般 陸上測控技術(shù)，島隧工程測控主要具有以下四個特點： 離岸長基線，測量現(xiàn)場處于海上，常規(guī)測量手段不能滿足測控精度要求； 氣象、水文等海上復(fù)雜環(huán)境因素

3、對測量精度影響較大； 格型鋼板樁、減沉樁打設(shè)、基槽開挖、基床整平、管節(jié)沉放定位等均為動態(tài)、水下測控目標(biāo)，測控技術(shù)要求高； 測控點多面廣、測控技術(shù)應(yīng)用多。針對以上測控特點，島隧工程測控關(guān)鍵技術(shù)及管理歸納為以下四個方面： 長基線高精度測控技術(shù)； 自動化、智能化高精度測量控制技術(shù)； 動態(tài)、水下高精度測量定位技術(shù)； 大型復(fù)雜海上工程測量技術(shù)與控制管理。2、施工測控關(guān)鍵技術(shù)解決方案針對測控關(guān)鍵技術(shù)提出有效解決方案，提高測控精度和效率，合理配置高精度鑒定合格的儀器設(shè)備、專業(yè)軟件及技術(shù)人員，確保島隧工程測控質(zhì)量。施工測控關(guān)鍵技術(shù)解決方案見表 2-1。表 2-1 施工測控關(guān)鍵技術(shù)解決方案施工測控關(guān)鍵技術(shù)施工測

4、控關(guān)鍵技術(shù)解決方案儀器設(shè)備標(biāo)稱精度長基線高精度測控技加密施工控制網(wǎng)點雙頻 GPS接收機(jī) LeicaGX1230 加密 GPS參考站靜態(tài)平面精度： （ 3mm+0.5ppmD）術(shù) GPS 靜態(tài)測量靜態(tài)高程精度： （ 6mm+0.5ppmD）測量機(jī)器人動態(tài)環(huán)境幾何形態(tài)測控自測量機(jī)器人 Leica TCA2003自動化、智能化高精動化、智能化測角精度： 0.5 度測量控制技術(shù)高精度電子水準(zhǔn)儀電子測量測距精度：( 1mm+1ppmD)采用鑒定合格的專業(yè)測量軟件蔡司 DiNi03: 精度 0.3mm/KmCORS系統(tǒng) GPS臺站網(wǎng) 技術(shù)雙頻 GPS接收機(jī) LeicaGX1230動態(tài)平面精度： (10mm

5、+1ppmD)高頻率動態(tài) GPS無線網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)動態(tài)高程精度： (20mm+1ppmD)多波束測深系統(tǒng)動態(tài)、水下高精度測挪威 EM3002型多波束測深儀沉管水下定位系統(tǒng)。系統(tǒng)包含拉線單量定位技術(shù)測深 精度： 5cm元、陀螺羅經(jīng)、距離傳感器等，精確沉管水下定位系統(tǒng)測量水下沉管相對角度和距離，獲知拉線精度： 10mm沉管三維姿態(tài)距離傳感器精度： 0.02%S大型復(fù)雜海上工程測建立集成化測控技術(shù)與控制管理體系量技術(shù)與控制管理建立完善的測控質(zhì)量保證體系3、施工測量控制3.1施工控制網(wǎng)施工測量遵循“從整體到局部，先控制后施工”的原則。大橋控制網(wǎng)分四級，分期逐級布設(shè)。施工前期利用港珠澳大橋管理局（業(yè)主）提

6、供的一、二等首級控制網(wǎng)和首級加密網(wǎng)進(jìn)行測量控制，待人工島區(qū)域或防撞墩具備條件時，設(shè)置施工加密控制點，建立三、四等施工加密控制網(wǎng)，由此進(jìn)行各分項工程測量放樣、定位等工作。1) 、首級控制網(wǎng)和首級加密網(wǎng)檢測通過測控中心和監(jiān)理獲取相關(guān)測量技術(shù)資料，并結(jié)合島隧工程測控要求，編制測量技術(shù)設(shè)計書，對施工需用的首級 網(wǎng)控制點、首級加密控制點進(jìn)行檢測。檢測成果與設(shè)計移交控制點成果進(jìn)行對比分析，編制檢測成果報告?？刂凭W(wǎng)檢測等級基本與原網(wǎng)同等精度。平面采用 GPS靜態(tài)測量法，按全球定位系統(tǒng)（ GPS）測量規(guī)范 B 級精度要求；陸地高程采用電子水準(zhǔn)儀電子測量法，按國家二等水準(zhǔn)測量精度要求。一、二等網(wǎng)檢測主要精度指標(biāo)

7、：相鄰 GPS點間基線水平分量中誤差 5mm，垂直分量中誤差 10mm。首級控制網(wǎng)檢測示意圖見 圖 3.1-1 。圖 3.1-1首級控制網(wǎng)檢測示意圖香港大嶼山珠海市澳門2) 、施工加密控制網(wǎng)建立根據(jù)不同施工階段及精度要求，合理分期、分級布設(shè)施工加密控制網(wǎng)。先后在東、西人工島穩(wěn)定且易于保護(hù)區(qū)域布設(shè)施工加密控制點，隧道沉管內(nèi)施工加密控制點按精密導(dǎo)線要求布設(shè)，人工島及島隧結(jié)合部橋梁加密控制點按精密導(dǎo)線或測邊網(wǎng)要求布設(shè)。要求加密控制網(wǎng)圖形強(qiáng)度較好，并至少與3 個高等級控制點聯(lián)測。擬布置人工島施工加密控制網(wǎng)平面示意圖見圖 3.1-2 。施工加密控制網(wǎng)采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)、精密導(dǎo)線或三角鎖測邊技術(shù)。三、

8、四等施工加密控制網(wǎng)按照交通部現(xiàn)行公路勘測規(guī)范（ JTGC10）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施測。 GPS高程擬合法建立四等高程控制網(wǎng)時，采用測控中心確定的擬合模型，進(jìn)行內(nèi)外符合精度檢驗，同時采用精密水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)法或電子水準(zhǔn)儀電子測量法進(jìn)行檢驗和高程修正。施工加密控制網(wǎng)主要精度控制指標(biāo)：最弱相鄰點點位中誤差 10mm，每千米水準(zhǔn)測量偶然中誤差 3mm。香港國 際機(jī)場西人工島東人工島珠海市海大 嶼 山市澳澳門機(jī)門場圖 3.1-2擬布置人工島施工加密控制網(wǎng)平面示意圖3) 、施工控制網(wǎng)復(fù)測根據(jù)施工要求，對施工控制網(wǎng)進(jìn)行不定期或定期復(fù)測。原則上，一、二等首級控制網(wǎng)和首級加密網(wǎng)每年復(fù)測一次，三、四等施工加密控制網(wǎng)每3

9、 個月復(fù)測一次。復(fù)測成果與上期成果進(jìn)行對比分析，判斷點位變化情況，對坐標(biāo)及高程變化較大且不滿足規(guī)范要求的點進(jìn)行數(shù)據(jù)更新處理，上報監(jiān)理工程師和測控中心審批。4) 、 GPS參考站系統(tǒng)應(yīng)用大橋 GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（HZMB-CORS）進(jìn)行定位測量，應(yīng)符合測控中心制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。根據(jù)測區(qū)情況，按測控中心制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及規(guī)范要求，擬建立GPS加密多參考站。多參考站可避免施工船舶對信號的影響，提高數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定連續(xù)性，同時在減少系統(tǒng)誤差的基礎(chǔ)上提高移動站定位精度，監(jiān)測參考站控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，并實時監(jiān)測東、西人工島基準(zhǔn)點沉降、位移，實時修正基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。5) 、坐標(biāo)及高程系統(tǒng)平面統(tǒng)一采用施工坐標(biāo)系

10、，主體工程范圍內(nèi)的橋梁、島隧連接段及人工島施工使用橋梁施工坐標(biāo)系，沉管隧道施工使用隧道施工坐標(biāo)系。根據(jù)實際需要建立局部施工坐標(biāo)系，并建立相應(yīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。高程系統(tǒng)采用 1985 年國家高程基準(zhǔn)。處理好香港 1980 坐標(biāo)、 PD高程與內(nèi)地北京 1954 坐標(biāo)、國家 1985 高程及澳門坐標(biāo)、高程的轉(zhuǎn)換關(guān)系。3.2人工島人工島分項施工測量主要包括：基礎(chǔ)挖泥清淤、 SCP砂樁、格型鋼板樁以及隧道暗埋段施工測量等。1) 、格型鋼板樁打設(shè)定位控制在格體上安裝 GPS-RTK接收系統(tǒng)，無線數(shù)據(jù)傳輸，將 GPS天線位置的實時坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖矣嬎銠C(jī)，通過專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將格體設(shè)計位置、實際位置及扭角在

11、電腦顯示屏以圖形顯示，直觀指導(dǎo)施工。同時在格型鋼板樁上安裝傾斜儀，實時測量傾斜度，及時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，精確控制格體鋼板樁垂直度。2) 、隧道暗埋段對接基準(zhǔn)面控制在島上穩(wěn)固基礎(chǔ)上加密施工控制網(wǎng)，并聯(lián)測首級控制網(wǎng)，采用高精度測量儀器按常規(guī)測量方法進(jìn)行現(xiàn)澆暗埋段施工放樣定位。暗埋段中心軸線、平整度、高程以及傾斜度對測量精度要求較高，必須進(jìn)行多余觀測，形成檢核條件，確保隧道沉管對接基準(zhǔn)面的可靠精確性。暗埋段施工完成，將結(jié)構(gòu)中線、高程引設(shè)在暗埋段內(nèi)，其內(nèi)分測點的布設(shè)與運營監(jiān)測點統(tǒng)一考慮。3.3隧道基礎(chǔ)1) 、基槽測量精度控制測量定位控制是在挖泥船上安放GPS接收機(jī)，在挖泥過程中通過GPS-RTK實時差分獲

12、取高精度三維坐標(biāo)。挖泥抓斗船施工測量示意圖見圖 3.3-1 。采用 EM3002型多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行基槽開挖檢測，開挖精度控制標(biāo)準(zhǔn)：0 -500mm?；蹨y量精度控制綜合考慮抓斗尺寸、GPS定位精度、測深精度以及波浪影響，采用潮位實時遙報系統(tǒng)以及抓斗船自定深系統(tǒng)。為避免受潮流影響產(chǎn)生漂斗， 精挖施工選擇在平潮、浪高小于 0.5m 的時段進(jìn)行?；坶_挖過程中， 經(jīng)常復(fù)核測量基準(zhǔn)控制點和GPS定位系統(tǒng)，校核基槽定位。GPS接收機(jī)1HgGPS接收機(jī)2L0標(biāo)定位置 L挖泥船L1施工位置圖 3.3-1挖泥抓斗船施工測量示意圖2) 、減沉樁測量控制減沉樁測量控制采用GPS定位系統(tǒng)。 GPS沉樁定位系統(tǒng)雙頻

13、GPS接收機(jī)測定船體三維坐標(biāo)， 傾斜儀測定船體縱、橫空間姿態(tài)，免棱鏡全站儀測定船體與沉樁相對位置及貫入度。通過相關(guān)輔助軟件計算分析處理，實時解算減沉樁樁身位置，并以數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合的形式在輸出設(shè)備中顯示，以便準(zhǔn)確直觀、快速引導(dǎo)打樁船調(diào)整樁位，直至樁位偏差小于允許偏差。GPS沉樁定位系統(tǒng)平面布置示意圖見圖 3.3-2 。圖 3.3-2 GPS沉樁定位系統(tǒng)平面布置示意圖3) 、基床施工測量控制基床整平通過操作整平船供料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、測量監(jiān)控系統(tǒng)及攤鋪系統(tǒng)完成。要求對操作平臺、下料管平面位置、 高程及工后碎石面高程進(jìn)行嚴(yán)格控制。平面控制采用高精度GPS定位系統(tǒng)；高程控制擬采用mmGPS綜合測量技術(shù)

14、?；舱綔y量控制校核示意圖見圖 3.3-3 。拋石管平面及高程控制采用 GPS快速靜態(tài)法，自動跟蹤全站儀進(jìn)行基準(zhǔn)傳遞。拋石管底部附近設(shè)傾斜儀，進(jìn)行傾斜管理，主要是檢測拋石管底部因卡住、障礙物等而產(chǎn)生的顯著傾斜。測量潮流速度，當(dāng)拋石管放到施工深度后，進(jìn)行聲納調(diào)零（修正） 。碎石整平施工后，確認(rèn)成形，并進(jìn)行檢測。檢測成形后發(fā)現(xiàn)不良地點時再次整平，并再次檢驗。碎石基床整平主要精度指標(biāo)：表面平整度25mm，高程控制 20mm。圖 3.3-3基床整平測量控制校核示意圖3.4隧道沉管段測控沉管隧道地處珠江口通航水域，其水文、氣象、地質(zhì)及環(huán)境條件復(fù)雜，管節(jié)定位精度要求極高。沉管隧道安裝近岸段采用測量塔法（

15、GPS與全站儀）進(jìn)行定位，遠(yuǎn)岸段采用沉管水下定位系統(tǒng)進(jìn)行對接相對定位，并以管內(nèi)精密導(dǎo)線進(jìn)行最終絕對定位檢核。為確保隧道定向質(zhì)量，可采用激光經(jīng)緯儀或陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行初步檢查，將隧道外部坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到隧道內(nèi)布設(shè)的強(qiáng)制對中觀測墩上，使隧道內(nèi)、外坐標(biāo)系統(tǒng)相一致。管節(jié)聯(lián)系測量采用測量機(jī)器人、強(qiáng)制對中觀測墩以及照準(zhǔn)裝置，并按精密導(dǎo)線進(jìn)行測量，以提高測量精度和數(shù)據(jù)采集效率；高程采用電子水準(zhǔn)儀電子測量法，按國家二等水準(zhǔn)精度要求。1) 、管節(jié)控制點標(biāo)定管節(jié)按常規(guī)測量方法完成預(yù)制后，精確測定管節(jié)內(nèi)外控制點相對于管節(jié)軸線的三維坐標(biāo)與幾何尺寸，并進(jìn)行標(biāo)定，主要用于隧道沉管聯(lián)系測量、貫通測量及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通過管節(jié)頂面標(biāo)定控

16、制點，精確測定測量塔控制點相對于管節(jié)軸線的三維坐標(biāo)與幾何關(guān)系，從而通過測量塔 GPS接收機(jī)或全站儀精確測定待沉管節(jié)三維坐標(biāo)及空間姿態(tài)。 GPS測量塔標(biāo)定控制點及管節(jié)標(biāo)定示意圖見 圖 3.4-1 。圖 3.4-1 GPS 測量塔標(biāo)定控制點及管節(jié)標(biāo)定示意圖2) 、沉放測量控制管節(jié)沉放前，采用多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行掃床測量；管節(jié)沉放過程中，進(jìn)行管節(jié)三維姿態(tài)測量；管節(jié)沉放對接后，進(jìn)行管節(jié)三維姿態(tài)、精密導(dǎo)線、沉降及位移測量；水下最終接頭施工前，對最后沉放的三節(jié)進(jìn)行聯(lián)系測量；沉管貫通后進(jìn)行貫通測量。沉管安裝測量定位流程示意圖見 圖 3.4-2 。沉管標(biāo)定沉管安裝定位定位數(shù)據(jù)計算，監(jiān)理審核近岸段安裝定位遠(yuǎn)岸段安

17、裝定位定位測量準(zhǔn)備測量塔 GPS系統(tǒng)與自動態(tài) GPS-RTK粗定位動跟蹤全站儀GPS定位系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測沉管水下定位系統(tǒng)驗證沉管安裝水下定位系統(tǒng)管內(nèi)精密導(dǎo)線檢測，沉管安裝微調(diào)監(jiān)控復(fù)核，監(jiān)理檢查、驗收圖 3.4-2沉管安裝測量定位流程示意圖沉管安裝動態(tài) GPS測量是數(shù)據(jù)采集、分析及處理的全過程。動態(tài)GPS數(shù)據(jù)采集流程示意開始工作，實現(xiàn)沉管精密相對定位。沉管安裝水下定位系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)示意圖見圖 3.4-4 ，沉圖見圖 3.4-3 。通過實時監(jiān)控系統(tǒng)，分析測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并根據(jù)界定參數(shù)，實現(xiàn)測量數(shù)管安裝水下定位系統(tǒng)連接示意圖見圖 3.4-5 ，沉管安裝水下定位系統(tǒng)設(shè)備安裝位置示意圖見據(jù)可靠性。圖 3.4

18、-6 ，沉管安裝水下定位系統(tǒng)對接面測量設(shè)備見表 3.4-1 。沉管對接主要精度控制指標(biāo)： 管節(jié)豎向偏差： 20mm；管節(jié)水平（與隧道軸線） 偏差：35mm；管節(jié)中軸線對接誤差 10mm。圖 3.4-4沉管安裝水下定位系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)示意圖圖 3.4-3動態(tài) GPS數(shù)據(jù)采集流程示意圖(1) 、近岸段沉管定位沉管浮運至預(yù)安裝位置及沉管初期的沉放由沉管頭尾兩端的測量塔 GPS接收機(jī)、自動跟蹤全站儀及數(shù)據(jù)顯示設(shè)備來完成。近岸段采用 GPS測量塔法或自動跟蹤全站儀實現(xiàn)沉管安裝精確定位，并用管內(nèi)精密導(dǎo)線校核，同時對遠(yuǎn)岸段沉管水下定位系統(tǒng)進(jìn)行驗證。(2) 、遠(yuǎn)岸段沉管定位隨著沉管水下定位系統(tǒng)在近岸段的檢核驗證，

19、在遠(yuǎn)岸段采用經(jīng)反復(fù)驗證的沉管水下定位系統(tǒng)實現(xiàn)隧道沉管安裝精確定位，并用管內(nèi)精密導(dǎo)線進(jìn)行檢核。沉管安裝水下定位系統(tǒng)可精確測量沉管對接端的相對位置，具有相對定位精度極高、易于安裝以及數(shù)據(jù)采集可靠且穩(wěn)定等特點。沉管下放前期，系統(tǒng)拉線測量單元測量的相對角度、距離數(shù)據(jù)及光纖陀螺羅經(jīng)運動傳感器數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)娇刂剖?，逐步下沉，調(diào)整沉管。沉管下放至已沉沉管40cm時，距離傳感器圖 3.4-5沉管安裝水下定位系統(tǒng)連接示意圖圖 3.4-6沉管安裝水下定位系統(tǒng)設(shè)備安裝位置示意圖表 3.4-1沉管安裝水下定位系統(tǒng)對接面測量設(shè)備沉管 A 面（已沉沉管）沉管 B 面（待沉沉管）任意位置距離傳感器1 個防水電纜艙距離傳感器

20、固防水電纜艙拉線測量單元拉線掛環(huán)1 個定板 4個1 個固定板 1個參照板4 個3.5島隧結(jié)合部橋梁測量控制基礎(chǔ)施工測量主要采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行施工控制，輔以徠卡TC1800全站儀和 NA2精密水準(zhǔn)儀校核。注意相鄰標(biāo)段各銜接點處控制點坐標(biāo)和高程的復(fù)核，確保銜接點坐標(biāo)和高程一致。承臺上的高程基準(zhǔn)傳遞至立柱、 墩身、帽梁以及橋面， 其高程基準(zhǔn)傳遞方法以全站儀 EDM 三角高程對向觀測及 水準(zhǔn)儀鋼尺量距法 為主，以 GPS衛(wèi)星定位靜態(tài)測量法作為校核。采用精密水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)法控制支座頂高程，嚴(yán)格控制支座縱橫向軸線及扭轉(zhuǎn)。橋面系施工測量按常規(guī)施工測量。3.6 沉降位移測量施工過程中，按規(guī)定要

21、求進(jìn)行橋梁、隧道及人工島等重要工程的變形測量，及時整理有關(guān)資料，反饋建筑物變形信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉降、位移值出現(xiàn)異常時，立即上報監(jiān)理工程師、測控中心。工作基點水平位移測量選用視準(zhǔn)線法、 全站儀法和 GPS法；垂直位移采用電子測量方法。測點布置及觀測頻率按監(jiān)控要求，觀測精度按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑變形測量規(guī)程三等精度要求，點位 10mm，高程 2mm。為提高觀測精度，采用強(qiáng)制對中觀測墩，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)采集實時化，處理自動化，輸出標(biāo)準(zhǔn)化，并建立監(jiān)控量測數(shù)據(jù)庫。3.7 貫通及竣工測量貫通測量內(nèi)容包括隧道內(nèi)部、島隧結(jié)合部橋梁及大橋整體貫通測量。首先對加密控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測，并聯(lián)測 3 個以上大橋首級控制點。隧道內(nèi)部貫通平面測量采用精密導(dǎo)線或邊角線形鎖方法，島隧結(jié)合部及整體貫通測量采用 GPS靜態(tài)測量，按全球定位系統(tǒng)（ GPS）測量規(guī)范 B 級精度要求；高程采用電子水準(zhǔn)儀電子測量法，按國家二等水準(zhǔn)測量精度要求?？⒐y量是評定和衡量施工質(zhì)量的重要指標(biāo)。