京沪高速铁路济南黄河大桥施工控制网测量

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京沪高速铁路济南黄河大桥施工控制网测量:熊小莉

 

京沪高速铁路济南黄河大桥施工控制网测量

熊小莉

(中铁大桥勘测设计院有限公司, 湖北武汉　430050)

Surveying the Construction Control Network of the Jinan

YellowRiverBridge in theBeijing-ShanghaiHigh2Speed Ra ilway

Xiong Xiaoli

 

　　摘　要　介绍了京沪高速铁路济南黄河大桥施工控制网的设计与观测的原则、方法、作业程序和技

 

术要点,通过对复测成果的分析,评价控制点的稳定性,进一步验证了控制网测量质量。

关键词　高速铁路　桥梁施工控制网　设计　观测　复测

1 　施工平面控制网设计与观测

 

标准高速铁路上的关键工程之一。大桥全长约5 14314 m, 是一座复杂特大型铁路桥梁。

桥位处于鲁西北平原南端,桥渡区域黄河以北为京沪高速铁路济南黄河大桥是我国目前最高时速

 

111　选点布网

 

以三角网的形式整体布设施工平面控制网,从而宽约4 km 的滞洪展宽区,地势相对较低,区内道路、沟保证所有控制点都具有足够的点位精度和密度。

渠纵横,大部分为耕地,零星分布有鱼塘,低洼处为芦选点原则:点位视野开阔,基础稳定,便于安置仪苇沼泽湿地。黄河大堤以南地势平坦,多为耕地和零器和操作,点位附近不应有强烈电磁干扰源和卫星信星分布的鱼塘、芦苇沼泽湿地。号屏蔽体;交通方便,点位间通视良好,便于施工放样,

 

本文主要介绍该桥施工控制网的设计与观测,数并有利于施工控制点的加密。

据处理的原则、方法、技术要点及相应的技术措施。结全桥共设23 个平面控制点,其中桥中线控制点

合控制网复测情况对控制点稳定性进行分析和评价, 10 个(即DQ1, DQ 2, ., DQ10), www.667e.com>共同组成桥梁施工平

验证控制网的测量质量。面控制网(见图1) 。

图1 　施工控制网示意

1

　12　造标埋石埋设,桥中线控制点埋设普通混凝土标石;位于中线上

所有控制点都依地形地物条件按现浇混凝土标石下游的地面点,均建造强制归心观测标墩,安装强制归

心观测标盘。

 

收稿日期: 2006

 

04 03

作者简介:熊小莉(1966—),男, 1989 年毕业于西南交通大学摄影测量

113　观测

与遥感专业,高级工程师。根据测区条件及控制网特点,对全桥平面控制网

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铁　道　勘　察2006 年第3期

 

4

 

进行GPS 静态相对测量。桥线控制点DQ 1, DQ 2, .,

DQ 10 及13个平面控制点共同构成GPS 控制网,由57

条独立基线边组成,共观测19 个时段。控制网的观测

按《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》( TB10054—

97)B 级网精度要求执行。

 

外业观测采用4台Leica 350 GPS 接收机同时进

www.667e.com行静态定位测量。观测前进行了详细的作业设计,并

编制了合理的外业调度计划。GPS 观测的技术指标

如下:

 

天线对中精度为±1 mm;

天线高量取精度为±1 mm;

卫星高度角≥15°

;

数据采样间隔为15 s;

时段长度为180 m in;

 

 

GDOP≤5;

 

　　由表2、表3可见,该控制网内符合精度和外符合

精度优良,观测值中不含粗差,经平差后可获得良好的

成果。

 

115　GPS 网平差及精度评定

 

由于同步环闭合差、异步环闭合差以及重复基线

闭合差全部合格,证明基线向量成果正确可靠。因此,

从114 条基线向量中选出57 条独立基线构成平差图

形,利用武汉大学商业软件PowerADJ 410, 进行网的预

分析及平差计算。

 

中误差、

约束平差,求得各点在二维平面直角坐标系中的点位

重复测量的基线数≥35%; 各独立基线边的向量残差和边长相对中误差。

重复设站次数≥2; 其中,最弱边边长相对中误差为1 /1219万,桥中线边

同一时段的有效观测卫星总数≥

www.667e.com卫星连续观测时间≥30 min 。

6; 的边长相对中误差为1 /9012万,最优边的边长中误差

 

在作业中,特别检校了对中设备,以保证对中准

确。在测前、测后,分别测定天线高并取两次平均值。

在电离层较活跃的时间段停止观测。全网特点如表1

所示。

 

在成果计算时,首先进行WGS-84 坐标系下的三

维无约束平差,得到WGS-84 坐标系中各点的最或是

坐标、各独立边坐标增量、坐标增量中误差及各点在大

地坐标系中坐标分量的中误差。再利用这些成果及已

知的GPS 起算点,进行1954 年北京坐标系中的二维

 

 

表1 　GPS 平面控制网的基本参数

 

总点数同步图形个数

基线向

量总数独立基线

向量数多余基线

向量数重复基线

向量数重复设站次数/点个数

2次3次4次5次

27 135 114 57 57 50 9 13 2 3

　　由表1可见,必要基线与重复基线之比为2128∶1,

多余观测基线与独立基线之比为1∶1。网中无一次设

站的点, 图形结构强度较高, 具有良好的精度和可

靠性。

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114　基线解算与检核

 

首先利用Leica 350 GPS 随机软件SKI213, 对114

条基线向量进行解算。将解算合格的基线,利用武汉

大学商业软件Power ADJ 410, 进行GPS 网的重复基

线、同步环、异步环检核,具体情况见表2、表3。

 

表2 　重复基线检核统计

 

项目边长/m 闭合差/mm 限差/mm

最大闭合差2181008 -7 14

最小闭合差0 14

 

9151740

表3 　环闭合差检验统计

 

类型同步环异步环

最大/最小坐标分量闭合差/mm 3 /0 13 /1

最大/最小环线全长相对中误差10 6 /0100 10158 ×10 6 /0135 ×10 6

 

为1 /16813万,最弱点点位中误差为±216mm, 最优点

点位中误差为±113 mm 。各项精度指标均优于规范

及技术设计的要求。

 

116　坐标转换

 

由于1954 年北京坐标系中的高斯平面边长与大

桥轨底平均平面边长存在差距,施工测量中必须进行

边长的投影改化,从而增加了施工放样的困难。为了

www.667e.com避免这种麻烦,有必要预先进行边长的投影改化,并建

立工程专用的独立坐标系。

 

鉴于上述原因,定测期间首先利用W ild D I2002 /

T2002 全站仪按二等精度施测一条中线边的边长,进

行相应的气象改正、加乘常数改正、倾斜改正(由于仪

器的周期误差检定值不显著,因此周期误差改正被忽

略),并进行投影改正,从而归算到大桥轨底平均高程

平面。以1954 年北京坐标系中DQ 8的坐标及DQ 8—

DQ9的坐标方位角为起算数据, 采用DQ 8—DQ 9经投

影改化后的光电测距边长, 解算轨底平均高程平面处

DQ9的坐标,并依此建立工程专用的桥梁施工独立坐

标系,解算全网其余各点的坐标。

117　GPS 控制网的检核

 

为了检核GPS 控制网的精度,利用W ild D I2002 /

T2002 全站仪按二等精度施测GPS 控制网中5 条边

长,进行相应的气象改正、加乘常数改正、倾斜改正,并

进行投影改正,然后与归算到大桥轨底平均高程平面

的GPS 测量边长进行了检核比较,结果见表4。

 

 

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点外,其他水准点均按现浇混凝土标石埋设,基础埋设

点QBM 3的高程中误差为±0189 mm 。

深度为112m 。3 　GPS 水准测量试验

 

测,按二等精密水准测量的技术要求执行。水准测量

中往返高差较差、环闭合差限差为4 F(F 为水准测

量的环线或路线长度) 。水准测量视线长度、高度及

观测限差规定见表5、表6。

 

212　观测

采用Leica N3 水平仪及配套因瓦水准尺往返观

为了探索GPS 水准测量方法进行高程传递的新

 

(1)陆地水准联测

表4 　GPS 测量边长与光电测距边长比较

 

边名D I2002 测量边长/m GPS 测量边长/m 互差值/mm

DQ1—DQ11 16218648 16218660 -1120

DQ3—DQ13 20810733 20810733 0100

DQ4—DQ5 44118804 44118804 0100

DQ8—DQ9 91517415 91517415 0100

DQ9—DQ22 61016779 61016802 -2130

 

2 　施工高程控制网设计与观测

 

211　选点与布网

 

在桥线控制点及强制归心观测墩基础上埋设水准

标钉作为水准点,并在南、北两岸附近的适当位置,布

www.667e.com设4个埋深18 m 以上的钻孔桩基础水准点和一个普

通混凝土水准点,全部25 个水准点以网状闭合水准环

的形式连成全桥施工高程控制网。除钻孔桩基础水准

 

接,避免产生断高,本次定测的高程起算点采用线路测

量单位提供的二等水准点“ⅡJH052”及“ⅡJH053”。经检

测,其高差互差为0102mm, 满足规范的限差要求。

 

表7 　水准测量外业精度统计

 

统计项目数值/mm 限差/mm

跨河水准双测回互差最大值3151 ±4184

最大环闭合差-1183 ±6134

最小环闭合差0100 ±4168

每公里水准测量偶然中误差M

△

±0197 ±1100

 

215　平差及精度评定

 

外业观测及起算数据检核合格后,采用武汉测绘

科技大学研制的“现代测量控制网数据处理通用软件

包”,对高差观测数据进行整体约束平差。平差后,每

公里水准测量高差中数的中误差为±0168 mm, 最弱

 

 

表5 　水准测量视线长度和高度m

 

视线长度前后视距差前后视距累积差视线高度

≤50

 

≤110

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≤310

 

≥013

表6 　水准测量限差mm

 

基、辅分划基、辅分划所检测间歇点上、下丝读数平均

读数之差测高差之差高差之差值与中丝读数之差

014 016 110 310

 

　　(2)跨河水准测量

 

在桥中线附近布设两条跨越黄河的水准路线,跨

河视线长度均小于400 m 。每条跨河线使用两台

Leica N3 水准仪及配套因瓦水准尺同步对向观测各4

个双测回。

213　外业质量检核

 

当完成一个测段水准路线的测量后,均进行往返

测高差不符值的计算;在完成全部测段水准路线的测

量后,进行每公里水准测量偶然中误差M △的计算。

外业精度统计见表7。

214　起算数据及检核

 

为了保证桥梁与铁路线路中线在高程上的正确衔

 

途径,本期定测进行了GPS 水准测量试验。利用GPS

观测数据进行后处理,选择测区内近似均匀的4 个已

知水准点进行GPS 高程拟合,解算各GPS 点中心标志

的高程;同时利用N3 水准仪按二等水准精度,联测

 

GPS 点中心标志的水准高程。GPS 拟合高程与水准高

程比较结果见表8

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表8 　GPS 拟合高程与水准高程比较结果mm

 

点名DQ1 DQ2 DQ3 DQ4 DQ5 DQ7 DQ8 DQ9 DQ10 DQ11

△H 12 0 -4 0 -4 0 -1 0 2 -1

点名DQ12 DQ13 DQ14 DQ15 DQ16 DQ18 DQ20 DQ22 3223

△H -1 -3 -5 -14 -14 -19 10 6 -7

 

　　由表8可知,高程互差介于0～10mm 的点为15 个,

占总点数的79%, 其余均小于20mm; 估算的高程中误差

为±516mm 。说明本次GPS 水准测量试验取得了良好的

效果,为GPS 水准测量的应用积累了成功的经验。

 

4 　控制网复测分析

 

表9和表10 分别列出了施工控制网复测成果与

定测成果的坐标和高程变化量统计结果。

 

由表9可知,平面控制网中除DQ9 和DQ16 的坐

标变化量略大于10 mm 外,其余各点的坐标变化量均

小于10 mm, 表明施工控制网整体平面稳定性良好。

由表10 可知,高程控制网中QBM 4、DQ9、DQ 21 三点

高程变化量超过40 mm,

www.667e.com存在较为显著的沉降;经分析

后认为,其沉降原因是上述3 点均埋设于2002 年

～

 

2003 年新堆填的黄河南大堤堤顶,随着大堤的整体下

 

 

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铁　道　勘　

察

2006 年第3期

 

6

 

沉而发生变化。其余控制点高程变化量均小于10

mm,无明显沉降。

表9 　施工控制网复测坐标变化量统计mm

 

点名DQ1 DQ3 DQ4 DQ5 DQ6 DQ7 DQ8 DQ9 DQ10 DQ11 DQ12

△X 0 -4 -3 4 2 1 0 10 0 0 4

△Y 0 -5 -1 0 -4 3 0 -2 0 5 1

点名

△X

DQ13

-1

DQ14

-8

DQ15

-2

DQ16

-12

DQ17

0

DQ18

-3

DQ19

3

DQ20

4

DQ21

3

DQ22

7

DQ23

6

△Y -2 -4 -4 -4 1 3 -2 0 0 -6 3

 

表10 　施工控制网复测高程变化量统计mm

 

点名

工程测量