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文檔簡介

青島海域跨海高程控制測量的研究

0側(cè)膠州灣高速公路李村河大橋青島海灣大橋位于膠東半島的膠州灣(北緯12004'12023,北緯3558'3618')。大橋始于青島側(cè)膠州灣高速公路李村河大橋北200m處,終于黃島側(cè)膠州灣高速東1km處,順接在建的南濟(jì)青線;中間設(shè)立紅島互通立交與紅島連接線相接。大橋主線全長26.747km,其中跨海大橋長25.171km。為了滿足施工需要,2007年11月~2008年4月在原有控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了海中跨海高程貫通測量工作,其中包含海中跨海三角高程60跨,常規(guī)二等水準(zhǔn)2.65km。1基于設(shè)備和工作的基礎(chǔ)1.1電子水準(zhǔn)儀2套投入LeicaTCA1800測量機(jī)器人2套,ZeissDiNi12電子水準(zhǔn)儀2套。所投入儀器均經(jīng)過國家認(rèn)證機(jī)構(gòu)鑒定,并在鑒定有效期內(nèi)使用。1.2運(yùn)營基礎(chǔ)(1)《工程測量規(guī)范》(GB50026-93);(4)《青島海灣大橋工程加密控制網(wǎng)實(shí)施方案》)《工)《國1.3高系統(tǒng)本網(wǎng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。2觀測墩基礎(chǔ)處理青島海灣大橋首級(jí)高程控制網(wǎng)(見圖1),通過一等水準(zhǔn)往返觀測組成閉合環(huán)線,在青島、紅島、黃島3岸各布設(shè)2對(duì)基巖水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)路線由青島的己知高程點(diǎn)開始,經(jīng)紅島到黃島紅石崖鎮(zhèn),沿線聯(lián)測大橋控制網(wǎng)的高程控制網(wǎng)點(diǎn)(觀測墩基礎(chǔ)上的水準(zhǔn)標(biāo)志)。然后由黃島紅石崖鎮(zhèn)返回,經(jīng)紅島到青島,最后閉合至原起點(diǎn)。青島海灣大橋首級(jí)施工控制網(wǎng)共埋設(shè)觀測墩15座,水準(zhǔn)基巖點(diǎn)6座,普通水準(zhǔn)標(biāo)石12座。QD01、QD05點(diǎn)位于海灘邊,基礎(chǔ)穩(wěn)定性相對(duì)較差,進(jìn)行了基礎(chǔ)處理。基礎(chǔ)處理過程由專業(yè)勘察單位進(jìn)行基礎(chǔ)處理,在每個(gè)點(diǎn)位鉆4個(gè)鉆孔,鉆孔深度以鉆至穩(wěn)定的基礎(chǔ)為止。然后放入4根規(guī)格為直徑108mm的鋼管,并在鋼管內(nèi)外灌入水泥砂漿。觀測墩頂部埋設(shè)不銹鋼強(qiáng)制對(duì)中基盤,基礎(chǔ)上埋設(shè)由鑄鐵標(biāo)盒和銅標(biāo)芯組成的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志。普通混凝土水準(zhǔn)標(biāo)志采用先預(yù)制再埋設(shè)的方式,普通混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石由混凝土基礎(chǔ)、柱石、防護(hù)井、標(biāo)芯保護(hù)蓋及指示盤組成。3高度計(jì)算加密3.1海中高程的測量海中高程加密控制點(diǎn)共54個(gè),實(shí)際的測量工作量有60跨。青島海灣大橋高程貫通測量利用紅島、黃島和青島三岸陸地區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)高程點(diǎn)和海中加密控制點(diǎn)共同組成海中高程控制網(wǎng)。采用高程導(dǎo)線,分別從三岸陸地區(qū)起始,經(jīng)海中平臺(tái)加密點(diǎn),用精密三角高程進(jìn)行跨海水準(zhǔn)高程傳遞,對(duì)全橋高程進(jìn)行測量貫通,陸地區(qū)采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。陸地上點(diǎn)位為普通標(biāo)石,埋設(shè)在穩(wěn)定的且不宜被施工破壞的位置,為了消除對(duì)中誤差,本項(xiàng)目岸上控制點(diǎn)采用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土觀測墩。選定點(diǎn)位時(shí)特別考慮了點(diǎn)位附近的環(huán)境及地質(zhì)情況,盡量選擇基礎(chǔ)好的位置,使點(diǎn)位處于丘陵或基巖上。墩頂部埋設(shè)不銹鋼強(qiáng)制對(duì)中基盤,為便于未來施工放樣,基盤上需帶有標(biāo)志,作墩面高程點(diǎn);海中測量加密點(diǎn)全部布設(shè)在專用測量平臺(tái)上,部分控制點(diǎn)為強(qiáng)制墩,海中觀測平臺(tái)及觀測墩如圖2所示。全部點(diǎn)位條件均能滿足GPS觀測及常規(guī)測量施工放樣的需要,每個(gè)點(diǎn)至少與相鄰兩點(diǎn)通視??刂泣c(diǎn)點(diǎn)名編碼規(guī)則為QD加合同段號(hào)加控制點(diǎn)編號(hào),例如QDB01(其中QD為青島,B代表二合同段,01為序號(hào))。高程觀測路線如圖3所示。3.2角高程測量三角高程觀測采用測回法,利用測量機(jī)器人自動(dòng)測量兩點(diǎn)間的正常高高差。作業(yè)中采用2臺(tái)儀器同時(shí)對(duì)向觀測以消除地球曲率的影響及削弱大氣折光的影響;同一點(diǎn)上2臺(tái)儀器交換進(jìn)行觀測以消除儀器系統(tǒng)誤差的影響,測量過程中實(shí)時(shí)加入溫度、氣象改正。由于海上三角高程觀測受測量平臺(tái)尺寸大小的限制,觀測時(shí)無法一次將水準(zhǔn)傳遞到主水準(zhǔn)點(diǎn)上,因此在進(jìn)行三角高程測量時(shí),在平臺(tái)上選取合適的位置作為副水準(zhǔn)點(diǎn)來進(jìn)行高程貫通測量,然后再將副水準(zhǔn)點(diǎn)高程傳遞至主水準(zhǔn)點(diǎn)上。為了滿足了高精度超長跨海高程傳遞的需要。三角高程測量中需要遵守以下原則:(1)視線距水面的高度原則上應(yīng)≥3.5m。(2)觀測開始前30min,先將儀器置于露天陰影下,使儀器與外界氣溫趨于一致。每個(gè)組觀測前,應(yīng)量取兩次儀器高和覘標(biāo)高,應(yīng)保證每次量取精度不低于1mm,取兩次觀測的均值為其結(jié)果。(3)取剔除粗差后各次高差讀數(shù)的均值為這一組高差的觀測值,取正、倒鏡組觀測值的均值為半測回觀測值,每跨兩側(cè)儀器半測回觀測值的均值為一個(gè)單測回高差觀測值。(4)兩臺(tái)儀器每跨兩側(cè)對(duì)向觀測稱上單測回觀測,對(duì)換儀器后每跨兩側(cè)進(jìn)行的單測回觀測稱下單測回觀測,取上、下單測回觀測均值為一個(gè)雙測回觀測值。(5)每一臺(tái)儀器均應(yīng)進(jìn)行正、倒鏡觀測;且觀測16次高差稱為一組觀測;每次觀測均應(yīng)重新照準(zhǔn)目標(biāo)。二等水準(zhǔn)觀測,青島側(cè)以QD11為起算點(diǎn),按二等水準(zhǔn)精度引測至距二標(biāo)段QDB01平臺(tái)最近的陸地區(qū)QDBZD點(diǎn),紅島側(cè)以QD10為起算,按二等水準(zhǔn)精度引測至三標(biāo)段棧橋頭QDCZD點(diǎn),黃島測以QD01點(diǎn)為起算點(diǎn)。由于青島側(cè)和紅島側(cè)測量平臺(tái)控制點(diǎn)距首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)較遠(yuǎn),采用常規(guī)二等水準(zhǔn)精度將高程引測至距控制點(diǎn)最近的海邊,青島側(cè)由QD11(首級(jí)網(wǎng)一等水準(zhǔn)點(diǎn))引側(cè)至QDBZD點(diǎn),紅島側(cè)引由QD10(首級(jí)網(wǎng)一等水準(zhǔn)點(diǎn))引側(cè)至QDCZD點(diǎn),采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返觀測,外業(yè)觀測過程嚴(yán)格執(zhí)行二等水準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)要求。3.3角高程測量的計(jì)算海中跨海高程觀測采用測量機(jī)器人全站儀自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),內(nèi)業(yè)將數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)。首先對(duì)一組正鏡或倒鏡觀測值進(jìn)行粗差檢驗(yàn),剔除不合格的數(shù)據(jù),以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,以兩臺(tái)儀器同時(shí)觀測的正倒鏡平均值作為一個(gè)單測回,與另一組調(diào)換儀器所觀測的單測回組成一組雙測回,將所有雙測回取平均值即得出一跨兩控制點(diǎn)高差。為了保證跨海三角高程的精度,必須采取嚴(yán)密的三角高程計(jì)算的模型,已經(jīng)有許多文獻(xiàn)[4~6]討論了測距三角高程的計(jì)算問題,我們認(rèn)為采用由參考文獻(xiàn)的公式才能滿足要求。由文獻(xiàn)得斜距單向觀測三角高測量計(jì)算正常高高差的嚴(yán)密公式為:正、反雙向觀測的高差嚴(yán)密公式為:式(1)和式(2)中,h′1,h′2分別為p1、p2點(diǎn)的正常高高程,D為p1、p2點(diǎn)的傾斜觀測距離;Z′為觀測天頂距,i為儀器高;v為棱鏡高K為大氣折光系數(shù),R為測點(diǎn)地球曲率半徑,S橢球面上兩點(diǎn)的距離,l為平均高程面上的平距,可用橢球近似來估算的值,ε是照準(zhǔn)方向的垂線偏差分量,(ε2-ε1)為地面p1,p2點(diǎn)相對(duì)垂線偏差在測線方向上的分量,可以用地面測量值計(jì)算。公式(2)對(duì)于幾千米的三角高程測量其函數(shù)模型誤差小于0.5mm,滿足高精度三角高程測量的應(yīng)用。當(dāng)由它們組成高精度三角高程測量閉合或附合線路時(shí),應(yīng)考慮水準(zhǔn)面不平行改正。根據(jù)跨海高程觀測線路,利用所有觀測高差共同組成高程網(wǎng),高程起算點(diǎn)采用首級(jí)控制網(wǎng)QD01、QD10、QD11三個(gè)高程點(diǎn)的首期觀測成果為起算數(shù)據(jù),按距離定權(quán)進(jìn)行嚴(yán)密平差,求出各海中加密控制點(diǎn)的85高程。水準(zhǔn)網(wǎng)平差采用清華山維平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差。數(shù)據(jù)處理得知,任何一跨用三角高程測量跨間高差的偶然中誤差小于3mm/km,達(dá)到三等水準(zhǔn)測量的精度要求。具體觀測質(zhì)量如表1、表2所示。4加密方案在復(fù)雜的海水淡化工程中的應(yīng)用由分析知,青島海灣大橋采用獨(dú)特的高程控制網(wǎng)加密方案

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