安九铁路九江长江特大桥测量控制网方案研究

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文章编号:16727479(2019)01001305

安九铁路九江长江特大桥测量控制网方案研究

陈摇峰

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北武汉摇430050)

摇摇摘摇要:为了解决目前普遍存在的铁路特大桥原线路控制网精度等级比桥梁控制网所需要精度等级低的问题,采用“一点一方向冶法建立桥梁施工坐标系,以达到提高控制网精度的目的。以安九铁路九江长江特大桥施工控制网的建设为例,研究高等级桥梁控制网的建网方案,并验证“一点一方向冶法在提高控制网精度等级方面的可行性。在线路起算点二等平面控制网的基础上,采用“一点一方向冶法建立一等平面控制网,并根据现场地形、地貌、桥型和跨度,从桥梁平面与高程控制网的选点布网、外业数据采集、数据处理、成果取舍、平差计算和桥梁施工坐标系建立等方面着手,建立可靠的高精度大桥施工控制基准。结果表明,最弱边边长相对中误差从原有的1/210000提高至1/321000。

关键词:铁路特大桥;测量控制网方案;一点一方向;精度提升

中图分类号:U216摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.19630/j.cnki.tdkc.201807270001

ResearchonSurveyingControlNetworkforRiver鄄crossingBridgeBasedonJiujiang-YangtzeRiverBridgeontheAnjiuRailway

(ChinaRailwayMajorBridgeReconnaissance&DesignInstituteCo.,Ltd.Wuhan,Hubei430050,China)

ChenFeng

Abstract:Inordertotheproblemexistedinsuperlargerailwaybridgesurveythatprecisionoftheoriginalroutehorizontalcontrolnetworkislowerthanbridgeconstructioncontrolnetwork,thispaperadoptstheonepointonedirectionadjustmentmethodtoestablishtheindependentcoordinatesystemforimprovingthe

收稿日期:20180727

作者简介:陈摇峰(1972—),男,2000年毕业长安大学交通土建工程专业,高级工程师。

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铁摇道摇勘摇察2019年第1期

schemeofestablishinghigh鄄gradebridgeconstructioncontrolnetworkisconducted,whichalsoverifiesthefeasibilityofthemethod.Onthebasisofthesecond鄄orderinitialdatafromstartingpoint,consideringtopographicfeatures,bridgetypeandbridgespan,thisstudyestablishesthefirst鄄orderplanecontrolnetworkcalculation.Theresultsshowthattherelativemeanerroroftheweakestbaseline蒺slengthincreasestoashighprecisiondatum,embarkingontheselectionofobservationpointsforplaneandverticalcontrolnetwork,fielddatacollection,dataprocessing,acceptanceorrejectionruleofresultsandadjustment1/321000from1/210000.

Keywords:Superlargerailwaybridge;Surveyingcontrolnetworkscheme;Onepointonedirectionmethod;

Accuracyimprovement

摇梁越来越多摇随着我国高速铁路网的不断完善。受长江航道及防汛等诸多因素的影响,跨越长江的桥,

要求新建的长江大桥桥跨更长,塔柱更高,其施工放样精度要求也越来越高(对于无砟轨道高铁桥梁,其主塔墩中心点的点位限差为5mm)。因此,需要建立高精度的测量控制网,以满足施工需要。李剑坤对长距离跨海大桥施工控制网测量进行了研究[1]跨海大桥施工坐标系的方法:两端的线路需联测,介绍建立桥梁控制点,以桥梁控制点为基准,调整线路的部分测量误差,使线路与桥梁顺利衔接。安九铁路九江长江大桥精测网先于桥梁施工控制网建立,需要桥梁顺接于两端线路,而线路起算控制点等级为CPI,无法满足桥梁施工放样的精度要求。因此,需依附于线路精测

网建立桥梁施工坐标系,使其既能满足施工要求,又能保证桥梁与线路的顺利衔接。

新建安庆至九江铁路是长三角城际铁路网的重要组成部分,该线衔接商合杭客专、合安铁路、昌九城际、昌吉赣客专,形成一条南北向的快速客运通路;同时又与宁安城际铁路、武九客专连通,形成沿长江东西向的快速客运通路。安九铁路九江长江特大桥是九江至安庆铁路的重要控制工程,位于长江下游河段。桥位南侧位于江西省九江县,北侧位于湖北省黄梅县,桥位中间是自然冲击形成的岛—鳊鱼洲。九江长江特大桥南汊主通航孔主桥采用8跨连续双塔混合箱梁斜拉1320桥,跨度布置为(2伊50+224+672+174+3伊50)m,全长

混凝土箱梁斜拉桥m,北汊副通航孔主桥采用,跨度布置为(49+2伊140+49)4跨连续独塔预应力m,引桥主要为跨径32m的简支混凝土箱梁。以安九铁路九江长江特大桥为例,研究大跨度跨江桥梁控制网测量方案。

1摇建立控制网的目的和任务

建立大跨度跨江大桥施工控制网的目的是为大桥施工图设计提供相应的基础测绘资料,同时作为工程

施工放样、竣工验收及运营期间变形测量的控制基准。控制网测量包括平面和高程施工控制网测量。

2摇测量精度、基准、起算点与标识标志埋设要求

2郾1摇根据工程项目的建设需要和规范要求测量精度要求

,选择合适的仪器设备进行外业施测。安九铁路长江特大桥平面施工控制网采用GPS测量的方法[2]程测量规范》(以下统称规范)一等GPS,按静态测量精度《高速铁路工施测;高程施工控制网按规范中二等水准测量精度施2郾测,2摇跨江段高差传递按二等跨河水准测量精度施测测量基准

。(1)GPS线路精坐标系统

的施工需要控制网,密其精度不能满足安九铁路九江长江大桥平面控制网(精测网)的精度为二等“。因此,为满足工程建设的特殊性需求,以精测网的桥梁施工坐标系一点一方向,自由网平差冶方法。,具体做法为建立依附于原线路:以桥位附近稳定的某一个控制点的平面坐标作为起算坐标,该点至附近另外一个点的坐标方位作为起算方位,尺度归算至桥轴线平均子午线经度,投影变形归化至桥梁平均轨底高程平面,椭球参数与子午线与线路精测网相同(2)。

2郾3摇安九铁路长江特大桥采用高程系统

1985国家高程基准。

平面起算坐标采用线路精测网中的两个稳定平面起算点选择

点(一点一方向),高程控制网利用某一个稳定的高程控制点作为起算。应优先选择基岩点作为高程起算点,另外选择2~3个二等水准点作为检核点,形成水

2郾准闭合环4摇标石标志埋设

。

安九铁路长江特大桥平面控制点均选择强制归心

安九铁路九江长江特大桥测量控制网方案研究:陈摇峰

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观测墩(见图1),其实用性和耐久性方面优于其他选择,能够更好地为后续桥梁施工测量服务[3]。

图1摇强制归心观测墩

3摇摇

平面控制网测量方案实施

结合测区实际情况,充分利用鳊鱼洲的特殊位置,参照文献[4],利用准则矩阵设计出最优的控制网网形18。点个平面控制点安九铁路九,江同时联测了长江特大桥施工控制网共布设DQ1。其中号为~DQ9、DQ10,DQ8,,黄梅岸鳊鱼洲(九江岸(湖北岛)布设了3个线路基础平面控制(江西)上埋设了8个控制点,点号为)共埋设28个控制点个控制点,,点点号为DQ11~DQ18。所选控制点分布均匀,通视条件3郾良好1摇,且全部为强制归心观测墩精度设计

[5]。

安九铁路九江长江特大桥平面控制网按规范中一等GPS精度施测,其主要指标为:基线方位中误差不大于0郾9义;最弱边边长相对中误差不大于1/250000,3郾边长小于2摇外业观测

500m的边其边长中误差不大于依5mm[6]。采用GPS静态相对测量模式对平面控制网进行观测,根据相应规范,制定GPS外业观测的主要技术要求。注意事项如下:

进行淤GPS。

外业数据采集时应严格按照调度计划表情况于,以免发生电池电量耗尽而自动关机的情况在作业过程中,应随时观察外接蓄电池的实时,影响外业观测的一致性和连续性仪器的对中与整平盂在测量过程中。

榆在外业观测,,应严格遵守操作规程,随时检查、确保外业观测质量换站。

3郾员和仪器设备的安全3摇数据处理

。

、上下船的过程中,应注意人采用TrimbleGPS数据处理商业软件TBC3郾70进

行基线向量解算,解算合格后,进行重复基线、异步环的长度或坐标闭合差的验算。限差全部满足规范要求后,,以避免基线存在粗差

[7]

用平差软件进行平面控制网平差使用:在WGS-84COSAGPS6郾坐标系0商

统下进行三维无约束平差;三维坐标分量等各项指标满足要求后,再按“一点一方向冶进行二维约束平差。即以CPI127线路CPI控制点CPI127作为起算坐算至测区桥轴线平均子午线经度至CPI129的坐标方位作为已知方位115毅51忆42义,,尺度归标,以投影面正常高程为桥梁平均高程(52m),求解各控制点在桥3郾梁施工坐标系中的坐标[8]4摇。

平差后精度分析

,需分析最弱点的点位中误差,最弱边的边

长相对中误差、基线方位中误差;另外,还要分析代表桥轴线跨越长江段最弱边的边长相对中误差点位中误差为依2郾3mm,最弱边相对中最弱点的、基线方位中误差、边长中误差[9]。平差后的结果:1/321000,基线方位中误差为0郾66义,边长中误差为误差为0郾依误差为9mm;1/代表桥轴线跨越长江段最弱边的边长相对中1063000,基线方位中误差为0郾13义,边长中误差为依1郾3mm,各项精度指标均优于规范要求,平差后各平面控制点的坐标精度见表1。

表1摇平面控制点点位中误差统计

点名称mDQ1DQ2依0郾x/cmm点位中误差DQ3依0郾09依0郾y/cm依0郾/cm

DQ4依0郾09依0郾10依0郾14DQ5依0郾08依0郾10依0郾13DQ6依0郾08依0郾08依0郾12DQ7依0郾12依0郾08依0郾11DQ8依0郾11依0郾12依0郾11依0郾16依0郾15DQ10DQ9

依0郾11依0郾14依0郾11依0郾15DQ11依0郾16依0郾13依0郾19DQ12依0郾16依0郾15依0郾22DQ13依0郾15依0郾16依0郾22DQ14依0郾13依0郾15依0郾21DQ15依0郾13依0郾13依0郾19DQ16依0郾14依0郾13依0郾14依0郾19依0郾20DQ17依0郾15依0郾14依0郾20DQ18依0郾15依0郾1516

依0郾15依0郾1416

依0郾22依0郾2123

3郾5摇为边长校核

TCA2003了验证GPS控制网的可靠性,使用Leica

返观测4全站仪个测回,,对并进行仪器加乘常数改正2条边进行边长校核,每条边均往、气象改正、倾斜改正和投影改正,其与GPS网平差边长的比

16铁摇道摇勘摇察2019年第1期

较见表2。

表2摇全站仪和GPS测量边长对比

起点全站仪边长差值DQ12DQ6

终点DQ14DQ7

458郾/mGPS992郾26705827

458郾边长/m-2郾/mm992郾26906158

-3郾31

TCA2003从表全站仪实测边长吻合较好2可看出,GPS网平,差证明了所建桥梁

边长与Leica

3郾施工坐标系的可靠与精确6摇与原线路坐标系的关系

。

桥梁施工坐标系是在线路坐标系的基础上建立

的,椭球参数与线路坐标系相同,仅存在尺度和投影面的偏差,其最大坐标差为19mm,小于20mm的规范限差要求。

4摇高程控制网测量方案实施4郾1摇摇

安九铁路九江长江大桥高程控制网按二等水准测

精度设计

臆1量精度进行测量mm,要求每公里水准测量的偶然中误差

[6]4郾2摇(1)外业观测

。

采用陆地水准联测

1台TrimbleDini数字水准仪及配套铟瓦条码尺进行观测,每个测段往、返测量取平均值,所有测段组成水准闭合环,测站观测顺序为:往返测奇数测站为“后前前后冶模式,偶数测站为“前后后前冶模式;水准测量视线长度和高度及观测限差均满足规范要求[6]在外业观测期间。

,按照规范要求进行标尺圆气泡

检校及水准仪i角的检测。二等水准测量中往返测高差较差、附合或环闭合差限差为(为水准测量的环线或路线长度)。

对高差比较大的陆地区域,采用文献[10]介绍的改进中间法三角高程测量方法进行施测,以提高外业工作效率(2)。

为保证安九铁路九江长江特大桥两岸高程的正确跨江水准测量

传递,参照文献[11]关于跨江三角高程的网形优化设计方案,制定了该桥梁工程项目的跨江水准测量方案。2全桥共布设了条(如图2),4条跨江线路,其中南汊、北汊各布设

汊跨江水准视线长约通过与陆地水准联测形成闭合环1郾03km,北汊跨江水准视线长。南约Leica0郾58TCA2003km,每条跨江线均布设成四边形全站仪及配套铟瓦水准尺和观测标灯,使用2台,按测距三角高程法进行同时对向观测。内业数据处理参照文献[12],并计算出该区域的大气折光系数,对

往返高差进行折光改正,以提高三角高程测量的精度。

图2摇跨河水准测量网形布设方案示意

淤对每距离测量

TCA2003全站仪同时进行对向观测条跨江线的2条跨江边,使用两台Leica

距),经过各项改正后,换算成平距或者直接使用(外业观测记录斜GPS基线解算及网平差后的水平距离[13]于在外业测量过程中垂直角测量

。

,借鉴文献[14]中减少系统误差的经验,尽可能地减少全站仪系统误差对三角高程3跨河水准测量的影响规定执行。

,各测回垂直角观测的限差按表

表3摇垂直角观测的限差

指标差互差

臆8义

同一标志垂直角互差

臆4义

跨河线垂直角观测借鉴文献[15]的经验,具体要求如下。

同一标志线4次照准读数之差不得大于3义;最少观测时段数:南汊6个,北汊4个;6个;

每条跨江线路有效双测回数:南汊8个,北汊半测回中的组数:北汊6组,南汊4组;过江视线高度盂逸4郾5m。各测回间高差互差限差限差规定

[6]为

式中:MdH限=4M驻N·S

(1)

N驻——————单测回的测回数每km水准测量偶然中误差限值;/mm;

S———跨河视线长度/km。

同一时段的每条边组成的高差环闭合差不大于式

安九铁路九江长江特大桥测量控制网方案研究:陈摇峰

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(2)计算的限值[6]

W=6·M式中:MW·S(2)

SW——————跨河视线长度每km水准测量的全中误差限值/km。

/mm;

在有效观测成果中,先剔除每个双测回中环闭合差超限的时段榆,再进行每个双测回高差互差值的比较。

1郾南汊跨河水准测量限差执行情况

1号线、2号线跨江距各条边高差计算的环闭合差限差为04km,测回间高差互差限差为依14郾依12郾1mm,离为

2mm;同一时段北汊跨河水准测量3号线、4号线跨江距离为0郾58km,测回间高差互差限差为依8郾6mm,同一时段各条边高差计算的环闭合差限差为依9郾12mm。南汊跨河水准测量选取满足规范要求的8个双测回测段高差,北汊跨河水准测量选取满足规范要求的6个双测回测段高差,各双测回间互差及环闭合差见表4,均能满足规范要求。

表4摇跨河水准测量成果限差统计

mm跨河线测段最大高

高差互最大环环闭合差互差差限差闭合差差限差1号D1-C12号B1-A19郾7郾71D2-C280

11郾810郾2512郾23号B2-A211郾D3-C38郾413郾5211郾郾12郾24号

B3-A3D4-C43郾13B4-A4

4郾707郾441郾569郾126郾50287郾44

-4郾48

9郾12

(3)高程控制网共组成高程控制网闭合环

4个闭合环:黄梅岸1个,跨江段2个,九江岸1个,各闭合环闭合差及限差见表5。

表5摇高程控制网闭合环成果统计

水准环号

水准线路环长/km环闭合差/mm限差/mm

备注126郾4郾6351郾黄梅岸31郾0

5郾9881410郾6郾515918

-1郾1郾99

8郾3279郾94

北汊10郾5九江岸

南汊

4郾3摇采用商业软件对观测高差进行整体平差数据处理

,观测值

的权按水准高差的路线长度来确定,跨江水准测量的权结合测量精度综合评定,以其中一个稳定的基础平面控制点高程作为起算点。每km偶然中误差M驻按式(3)计算

[6]

M驻=依

41n[驻驻L

]摇摇代入已知数值后平面测量中误差为,M驻=依0郾50mm。

(3)

平差后,每km0郾5mm,小于规

范1郾0mm的限差,高程测量中误差为依0郾mm,最弱点的高程精度为依1郾4mm,均满足规范的要求。

5摇结论与建议

对安九铁路九江长江特大桥施工控制网的数据分析结果表明,所建立的大桥控制基准准确可靠,测量方法可行,成果精度高,满足大桥施工的要求。按“一点一方向冶法建立的桥梁施工坐标系,其精度较线路精密控制网更高。另一方面,该方法也存在一定的弊端,即易将起算控制点的误差累积到其中一侧接线处,需要施工单位相互联测接线处的共有控制点,并实地放样桥梁中心线和线路中心线,以保证桥轴线正确衔接。

参

考

文

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