廣東東莞虎門大橋施工測量技術(shù)

廣東東莞虎門大橋施工測量技術(shù)

1主橋結(jié)構(gòu)及施工難點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4.58km,橋面寬31m,為雙向六車道,晝夜交通量可達10萬車次。主跨通航凈空60m,可供5萬噸巨輪通航?；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?；㈤T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,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量技術(shù),在我國橋梁工程測量史上也稱得上是前所未有的測量系統(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)計為二等邊角網(wǎng)(即水平方向觀測的單位權(quán)中誤差小于±0.707″,水平距離測量的相對中誤差小于1/300000),測邊測角比例系數(shù)K設(shè)計為0.97,K值大于0.5,對提高網(wǎng)的精度有利。平面控制網(wǎng)由10個控制點組成狹長的4個大地四邊形鎖(如圖1所示)?？刂凭W(wǎng)中最長邊達2153m(S～N3),最短邊只有54m(W1～W4),最長邊與最短邊相差約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13個,由于受地形條件的嚴(yán)重限制,控制網(wǎng)網(wǎng)形對提高控制點點位的坐標(biāo)精度相當(dāng)不利?？刂凭W(wǎng)中邊長觀測值為21個,水平方向觀測值為42個,邊角網(wǎng)按方向間接平差的必要觀測數(shù)為27個,多余觀測數(shù)為36個,控制網(wǎng)本身有較大的可靠性,對發(fā)現(xiàn)異常觀測值和提高控制網(wǎng)的精度有利。3水平距離觀測精度的確定水平方向觀測采用瑞士WILD公司生產(chǎn)的高精度光學(xué)經(jīng)緯儀T3(一測回水平方向觀測的中誤差為±1.0″),進行水平方向的外業(yè)觀測,每測站的水平方向均觀測12個測回,內(nèi)業(yè)進行各測站方向平差后的水平方向值、一測回方向值和12個測回方向值中數(shù)之中誤差的計算。邊長觀測采用瑞士LEICA公司生產(chǎn)的DIOR3002型測距儀,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:一測回水平和豎直方向觀測的中誤差為±1.5″。外業(yè)觀測時進行了斜距,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)觀測的豎直角進行平距和高差計算。先驗精度評定是在外業(yè)觀測后,平差數(shù)據(jù)處理之前對外業(yè)觀測成果進行精度預(yù)先估計,觀察外業(yè)觀測成果是否符合設(shè)計精度要求。根據(jù)外業(yè)觀測的水平方向并經(jīng)測站平差后計算的各三角形、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角中誤差為±1.21″。從角度閉合差的統(tǒng)計資料可以發(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為W1點位于威遠(yuǎn)炮臺舊城墻上,由于文物保護方面的原因未能建立觀測墩和強制對中裝置,同時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,觀測的測回數(shù)超過24個,這兩個三角形閉合差仍達不到限差要求。獨立三角形閉合差計算的測角中誤差為±1.21″,略大于±1″的限差要求,沒有完全達到二等邊角網(wǎng)的測角精度要求。由測站平差后的水平方向值計算各大地四邊形的極條件閉合差,4個大地四邊形的極條件閉合差均未超過二等測角網(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。邊長的先驗精度評定是利用同一條邊往測和返測的距離均值及其較差,計算每公里測距的單位權(quán)先驗中誤差μ,觀察其是否小于二等測邊網(wǎng)的設(shè)計精度要求(±4mm/km)。內(nèi)業(yè)資料中有4條邊即X～N3、N1～N2、N3～S和W2～W1此項指標(biāo)超限,其中N3～S超限達10.5mm,其它3條邊略大于允許值。由21條邊的較差和邊長的權(quán)計算每公里測距的單位權(quán)先驗中誤差為μ=±3.25mm,相對中誤差為1/308000,這兩項主要精度指標(biāo)達到預(yù)先設(shè)計的二等邊角網(wǎng)測邊精度要求。綜上分析,盡管水平距離觀測值的往返測較差有少量超限的情況,但其主要精度指標(biāo)和各項驗算均符合二等測邊網(wǎng)的精度要求,因此沒有足夠理由剔除這4條邊的觀測值,可以認(rèn)為邊長的外業(yè)觀測成果合格。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)的平差計算。4測定點為固定點虎門大橋施工平面控制網(wǎng)為獨立控制網(wǎng),它以S點為固定點,以S～N3為固定方向,為了比較測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)和邊角網(wǎng)不同觀測方案的坐標(biāo)成果及其精度情況,平差分3種不同的方案進行。4.1最大誤差的比m測角網(wǎng)平差采用測站平差后的方向觀測值進行坐標(biāo)間接平差,平差后,水平方向觀測的單位權(quán)中誤差為Mβ=±1.02″,未達到邊角網(wǎng)預(yù)先設(shè)計為±0.7″的水平方向觀測精度。最弱點為N1點,其MX=±31.7mm,MY=±27.5mm,MP=±42.0mm,E=±40.2mm,F=±12.0mm,平均點位中誤差為±21.0mm;最弱邊為W1～W4,其相對中誤差僅為1/32000,平均相對中誤差也只有1/95000。相對點位中誤差最弱的是X～N2邊,其MΔP=±34.9mm,方位角中誤差最弱的是N3～N4,其Mα=±1.35″。驗后精度評定說明:獨立測角網(wǎng)的平差結(jié)果,不論是綜合精度Mβ,還是最弱點的點位精度、最弱邊的相對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檢測精度指標(biāo)采用投影改正后的各邊水平距離,進行獨立測邊網(wǎng)的坐標(biāo)間接平差,平差后每公里距離測量的單位權(quán)中誤差為MS=±0.46mm,每公里距離測量的單位權(quán)相對中誤差為1/2174000,這兩個主要精度指標(biāo)達到二等測邊網(wǎng)的精度要求。最弱點為N1點,其MX=±7.6mm,MY=±7.9mm,MP=±10.9mm,E=±10.7mm,F=±2.0mm,平均點位中誤差為±5.84mm;最弱邊為W1～W4,其相對中誤差為1/49000,所有21條邊的平均相對中誤差為1/516000,相對點位中誤差最弱的是S～N2邊,其MΔP=±9.4mm,方位角中誤差最弱的是W1～W4邊,其Mα=±7.87″。驗后精度說明:獨立測邊網(wǎng)的平差結(jié)果不論是綜合精度MS,還是最弱點的點位精度、最弱邊的相對精度以及所有各邊的平均相對中誤差,都能滿足二等平面控制網(wǎng)的精度要求。4.3測邊精度評定邊角網(wǎng)平差采用測站平差后的方向觀測值和投影改正后的水平距離進行獨立邊角網(wǎng)的坐標(biāo)間接平差,平差后,水平方向觀測的單位權(quán)中誤差μ=±0.84″,略大于二等邊角網(wǎng)±0.7″的精度要求,每公里距離測量的單位權(quán)中誤差為±2.72mm,每公里距離測量的單位權(quán)相對中誤差為1/366000,均滿足二等邊角網(wǎng)的測邊精度要求,最弱點為N1點,其MX=±5.5mm,MY=±5.8mm,MP=±7.9mm,E=±7.5mm,F=±2.6mm,平均點位中誤差為±4.7mm,最弱邊還是W1～W4邊,其相對中誤差為1/58000,全網(wǎng)平均相對中誤差為1/432000,相對點位中誤差最弱的是S～N2邊,其MΔP=±7.0mm,方位角中誤差最弱的是N4～N1邊,其Mα=±1.09″。驗后精度評定結(jié)果說明;獨立邊角網(wǎng)的平差結(jié)果,不論是綜合精度μ,還是最弱點的點位精度、最弱邊的相對精度以及所有各邊的平均相對中誤差,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),其次是測邊網(wǎng),而測角網(wǎng)則未達到二等平面控制網(wǎng)的精度要求,考慮到測邊網(wǎng)與邊角網(wǎng)的平差成果和精度都很相近,且都達到了二等平面控制網(wǎng)的精度要求,同時測邊網(wǎng)外業(yè)觀測的工作量比邊角網(wǎng)少得多。因此,無論從效