（大地测量学与测量工程专业论文）斜拉桥施工测量方法.pdf

摘要 摘要 江苏灌河斜拉桥主桥为双塔大型斜拉桥，主梁采用钢梁与混凝土桥面板的 组合梁。本文针对灌河斜拉桥施工测量工作，结合斜拉桥施工测量方法，主要 完成如下研究工作： 1 根据索道管定位的高精度要求，结合施工现场情况，确定控制网精度与施 测方案。 2 编写常规平差软件，对测量数据处理。采用方差分量估计法计算了控制网 边长与方向观测值的方差分量，用估计的方差定权后，明显提高精度。 3 研究索塔建立过程中的各种测控方法，并对各种方法精度进行分析和比 较。采用相对基准法对索道管定位，保证定位精度和提高施工进度。 4 综合上部结构主梁拼装的各种问题，分析大桥主梁高程在悬臂施r 【= 阶段受 温度和荷载影响，保证钢主梁拼装线形的平顺。 5 合拢段长度测量是全桥测量的重点和难点，详细论述了测量的方法和流 程，建立数学模型，对测量数据进行处理。 关键词：斜拉桥桥梁测量线彤控制合拢 a b s t r a e t a b s t r a c t j i a n g s ug u a n h eb r i d g ei sab i gc a b l e s t a y e db r i d g e ，h a st w ob i gt o w e r s ，o f t h e g i r d e rw h i c hi ss u p e r p o s i t i o no f s t e e la n dc o n c r e t e t h ep a p e rf o c u m so i lt h ec r u c i a l s u r v e yt e c h n o l o g ya p p l i e di nt h ec o n s t r u c t i o no ft h eb r i d g e ，a n di nc o m b i n a t i o nw i t h s u r v e ym e t h o d s t h ef o l l o w i n g sa r ct h ek e yl s o a r c h e s ： ( 1 ) t h en e c e s s a r ya c c u r a c yo ft h ep r i m a r yc o n s t r u c t i o nn e t w o r kp o i n tp o s i t i o n i s a c c o r d i n gt ot h eh i 曲e s tm e a s u r i n ga c c u r a c yo f t h ec a b l ed u c tc o n s t r u c t i o n ( 2 ) a d j u s tn e t w o r kp r o g r a mi s w r i t t e nt o p r o c e s ss u r v e y i n gd a t e t h em e t h o d so f c o n f i r mw e i g h ta r ea n a l y z e di np r o g r a mb ym e a n so f h e l m e r t v a r i a n c ec o n s t i t u t i o n e s t i m a t i o nm e t h o d t h ea c c u r a c yo fn e t w o r kp o i n tp o s i t i o n i n gi sh i g h l ya d v a n c e db y t h ew e i 【g h tr e c o n f i r m e db y h e l m e r f v a r i a n c ec o n s t i t u t i o ne s t i m a t i o nm e t h o d ( 3 ) m a k es o m em s e a r e h so i lt h ev a r i o u ss u r v e y i n gm e t h o d si nt o w e r c o n s t r u c t i o n t h ea c c u r a c yo fm e t h o di sa l s oa n a l y s i s e da n dc o m p a r e d am e t h o dc a l l e dr e l a t i v e b e n c h m a r ki su s e di nc a b l ed u e ts u r v e yi no r d e rt oi m p r o v et h ea c c u r a c yo f o r i e n t a t i o n ( 4 ) a n a l y s i s et h ei n f l u c n c eo fg i r d e rh e i g h tb yt e m p e r a t u r ea n dl o r dt oe n s u r et h e l i n e t y p eo f g i r d e ri s f l a t ( 5 ) p a r t i c u l a r l ye x p a t i a t es u r v e y i n gm e t h o di nc l o s u r e c o n s t r u c t i o nw h i c hi st h em o s t d i f f i c u l ta n di m p o r t a n tp a r ti nb r i d g ec o n s t r u c t i o na n dm a t hm o d e la r ee s t a b l i s h e dt o p r o c e s ss u r v e y i n gd a t e k e yw o r d s ：c a b l e s t a y e db r i d g e ，b r i d g es u r v e y ，a l i g n m e n tc o n t r o l ，c l o s u r e c o n s t r u c t i o n 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 现代大型斜拉桥主要是索、梁、塔三大部分组成，是一种墩塔高、主梁跨 度大的高度超静定结构体系的桥梁【l 】。这种结构体系对每个节点要求十分严 格，节点的坐标变化都将影响结构内力的分配和成桥线形 2 j 。因此测量工作是 桥梁施工的的重要组成部分，从施工控制网的建立、观测与数据处理，到桥梁 基础和上部结构的施工放样与检测，钢梁拼装过程中的形态测控等，贯穿于桥 梁整个建设过程口l 。大型桥梁结构和施工工艺复杂、周期长、质量要求高，对 测量人员、测量仪器精度、测量方法、数据处理方法、梁段形态测控方法与措 施等提出了很高的要求。 灌河特大桥桥梁全长1 8 1 9 k m ，其中主桥长6 4 0 m ，连云港侧过渡孔及引桥 长6 0 4 4 8 m ，盐城侧过渡孔及引桥长5 7 4 4 8 m 。主桥为双塔双索面斜拉桥，跨 径布置为1 4 8 3 0 + 3 4 0 0 0 + 1 4 8 3 0 米，半漂浮体系，主梁采用钢梁与混凝土桥 面板的组合梁截面形式，桥面全宽为3 6 6 m ；主塔为h 型钢筋混凝土结构，每 一塔布置1 3 对斜拉索，是一座大型的斜拉桥，见图1 1 。论文结合桥梁施工测 量 二作，对大型斜拉桥施工测量方法进行了研究和探讨。 r 、ji 幼“撩 锄| 。 f ? ? 啪；1 i i j ； 、 ，- z ，y y l 、 ，夕；7 7 i l 一一、- 1 t - r 1 “o ；o 1 - 冉斗oo 一1 一玉 日一1 n 8 f i jj 硎缸 0 00 l l 4 n 图1 1 灌河斜拉桥结构图 第一章绪论 1 2 国内外桥梁测控研究现状 随着中国经济发展，超大型规模的桥梁应用于跨江跨河之上。跨海型大型 桥梁也开始涌现，如东海大桥，杭州湾大桥等。对测量的精度提出了新的要 求。结合这几座大桥的测控工作，介绍一下现代大型桥梁测控工作中的方法和 达到的精度。 1 2 1 大型桥梁控制网建立 1 采用g p s 建立的首级控制网。以苏通长江大桥为例 4 1 ，g e s 澳u 量采用4 台 a s h t e c hz 1 2 、2 台a s h t e c hz - - x t r e m e 双频g p s 接收机、配有扼径圈天线， 将2 1 个g p s 控制点分成8 个同步环进行作业。最弱基线边的相对精度为1 3 5 万，桥轴线边相对中误差为1 6 0 0 万。最弱点位中误差为0 4 1 c m ，x 坐标中误 差为0 2 7 c m ，y 坐标中误差为0 3 0 c m 。g p s 控制网常用于边长较长的特大型桥 梁。 2 采用高精度全站仪建立平面控制网。以润扬大桥北汉桥施工控制网建立 为例口】，按二等三角测量要求施测，采用方向观测法测量1 2 个测回。使用的仪 器为徕卡t c a l 8 0 0 精密全站仪，测角精度为1 ”，徕卡d 1 2 0 0 2 精密测距仪，仪 器的标称精度为l m m + l p p m ，每站边长观测4 测回( 上、下午和两测回) ，每测回 内瞄准观测4 次读数。平差计算时，为了合理确定边角网中的方向观测值和边 长观测值的权，采用验后定权法( 迭代3 次) 进行平差计算，得到方向观测精度 为0 8 1 ”，边长观测精度为0 3 6 m m + 0 3 6 p p m 。采用验后定权法计算出的边角网 精度最高。 3 高程控制网。陆地上仍以精密水准测量为主，跨江高程传递可视实际情 况采用光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测距三角高程法等。四种跨 河水准测晕的方案选择及其精度已终有详细的分析 6 1 ，可根据实际作业中技术 要求、场地条件、仪器情况及跨汀( 河) 条件选择适当的观测方案。南京长汀二 桥( 跨江距离约1 5 k m ) 精密高程控制网中的跨河水准测晕采用倾斜螺旋法， 广东虎fj 人桥( 跨江距离小于5 0 0 m ) 跨江水准测量则采用光学测微法，苏通人 桥( 跨江距离约6 k m ) 跨江水准测量采用测距三角高程泫【7 l o 2 第一章绪论 随着计算机技术的发展，测量平差理论与方法的研究更加深入，平差计算 的手段完全进入了程序化阶段，针对常规测量控制网和g p s 控制网，研制了许 多专业化、商业化的平差软件，大大提高了平差计算的效率和准确性。 l2 2 斜拉桥主塔施工索道管精密定位技术 索道管的定位是大型斜拉桥施工过程中一项精度要求很高、工作难度较 大，对成桥质量影响显著的测鼍工作。因此，如何根据设计图纸，结合人员、 仪器配置，以及现场实际情况，制订出切实可行的高精度施测方案，并在具体 工程施工中应用实施，对斜拉桥建设尤为重要。 斜拉桥随着跨度的不同，塔柱高度亦不同，索道管的埋设也不同。为了使 这些密集而庞大的物件一次性达到设计规定的精度要求，保证众多索道管口的 中心位于同一平面内，必须拟定相应的测量作业方案和方法。 ( 1 ) 传统作业方法：用经纬仪交会索道管的平面坐标，钢尺联测高程。该方法 操作困难，工作量大，而且速度不易控制，尤其在连续的高空作业中不易满足 要求，随着高精度全站仪的应用，这种方法己很少采用。 ( 2 ) 三维空间极坐标法：借助于现代高精度测量仪器( 女i t c a 2 0 0 3 全站仪等) ， 利用斜拉桥施工专用控制网，直接测定索道管锚垫板中心和塔壁外侧索道管中 心，从而进行定位调整。它将以高精度，高速度提供放样点，同时克服施工干 扰给测量带来的困难，大大提高工作效率。 索道管在三维空间中有6 个自由度，i p 3 个平移量( x ，y ，z ) 和3 个旋转量 ( 以，只，见) ，只有标定这6 个自由度，才能唯一地确定索道管的空问位置。 不同的定位方法，反映6 个白由度的形式有所不同。根据索道管结构特点，我 们把6 个自由度归结为索道管底口中心与上口中心在大桥系统中的位置，通过 确定上口及底口中心位置实现定位。济南铁路斜拉桥和武汉长江公路等斜拉桥 在索道管精密定位时，都采用= 维坐标定仿方法【8 】【”。 1 2 3 桥面挠度观测 目前，挠度观测的常用方法有精密水准法、全站仪观测法、g p s 观测法、 液体静力水准观测法、专用挠度仪观测法等。 1 精密水准法。精密水准是桥梁挠度测量的一种传统方法，该方法观测 3 一 第一章绪论 桥体在加载前和加载后的测点高程差，通过计算桥梁检测部位的挠度值。精密 水准是进行国家高程控制网及高精度工程控制网的主要手段，其测量精度和成 果的可靠性高。近年来，电子水准仪已在工程中开始应用，其观测、记录和数 据处理将更方便简捷，大大提高了测量的工作效率。由于大多数桥梁的跨径都 在l h n 以内，所以利用水准测量方法测量挠度，一般能达到优于l m l 的精 度。 2 全站仪观测法。该方法是利用光电测距三角高程法进行观测，采用免 量仪器高三角高程观测法，不存在仪器与目标高的量测误差。另外，在三角高 程测量中，大气折光是一项非常重要的误差来源，但桥梁挠度观测一般在夜 里，这时的大气状态较稳定，且挠度观测不需要绝对高程，只需要高程之差。 因此，只有大气折光的变化对挠度有影响，而在桥梁检测试验时气象条件较 好，该项误差相对较小。 3 g p s 观测法。目前，g p s 测量主要有3 种模式：静态、准动态和动态，各 种测嚣模式的观测时间和测量精度有明显的差异。在通常情况下，静态测帚的 精度最高，一般可达毫米级的精度，但其观测时间一般要l h 以上。动态测量只 有厘米级精度，只能用于大挠度桥梁的检测。 4 静力水准观测法。静力水准仅的主要原理为连通管，利用连通管将各 测点连结起来，以观测各测点间高程的相对变化。目前，静力水准仪的测程一 般在2 0 c m 以内，其精度可达0 1 m m 以上，另外，该方法可实现自动化的数据 采集和处理。这项技术在建筑物的安全监测中应用已十分普遍，仪器的稳定性 和数据的可靠性也相当有保障。 5 专用挠度仪观测法。在专用挠度仪中，以激光挠度仪最为常见。该仪 器的主要原理为：在被检测点上设置一个光学标志点，在远离桥梁的适当位置 安置榆测仪器，当桥上有荷载通过时，靶标随梁体震动的信息通过红外线传回 检测头的成像面上，通过分析将其位移分量记录下来。该方法的士要优点是町 以全大候工作，受外界条件的影响较小。该方法的精度主要受测量距离的影 响，在通常情况下，这种仪器的挠度测量精度可达t m m 左右。 1 3 本文主要工作 4 第一章绪论 1 传统的桥梁控制网的精度设计，一般都是估算桥轴线的相对精度。对于江 苏灌河这样的较大跨度的斜拉桥，需根据索道管定位的高精度要求，结合施工 现场情况，确定控制网精度与施测方案。编写常规平差软件，对测量数据处 理。 2 采用方差分量估计法计算了控制网边长与方向观测值的方差分量，用估计 的方差重新定权后，平差结果的精度明显提高。 3 研究索塔建立过程中的各种测控方法，并对各种方法精度进行分析和比 较。采用相对基准法对索道管定位，保证定位精度和施工进度。 4 综合上部结构主梁拼装的各种问题，分析大桥主梁高程受温度和荷载影 响，保证钢主梁拼装线形的平顺。 5 合拢段长度测量是全桥测量的重点和难点，详细论述了测量的方法和流 程，及对测量数据进行处理，建立数学模型。 5 第二章灌 斜挣桥控制网建屯 第二章灌河斜拉桥控制网建立 2 1 首级平面控制网概况 灌河斜拉桥索塔采用h 型塔，索塔总高为1 1 9 6 2 9 m ，桥梁总宽度3 6 6 m ，施工 设计要求：塔柱的倾斜度误差不大于1 3 0 0 0 ，且塔柱轴线偏差不大于2 0 m m ，塔柱 断面尺寸偏差不大于2 0 m m ，塔顶高稗偏差不大于1 0 m m ，斜拉索锚具轴线偏差不大 于5 m ，承台处塔柱轴线偏差不大于1 0 m m 。为确保索塔的施工质量，结合实际情况 特制定下述施工控制测量方案。 对斜拉桥施工而言，位置精度要求最高的是塔上或梁上斜拉索索道管后锚点的 几何位置，因此应从放样这些几何位置中心的允许误差来分析桥梁施工控制网的精 度。0 0 1 根据极坐标法的原理可知： 2 = n 扫2 + 酊+ m s 2 + m 标2 + 所对2 ( 2 1 ) 式中”控为平面专用控制点的点位误差；m h 为在控制点上架设仪器和棱镜的对中 误差，由于使用强制对中装置，可取”对o 2 r a m ；为放样点的标定误差，为 了减弱标定误差，采用专门加【的对中设备，即在机加工车间内将对中杆底部尖端 磨尖，调整并精确测定对中误差，可使m 标o 5 m m ；m 。、m s 分别为测设极角和 极距的误差，且： 。= ：生s( 2 2 ) 一 p m 。2 = a 2 + ( 6 s ) 2 ( 2 3 ) 由于专用控制网的施测采用高精度t c a 2 0 0 3 全站仪，根据其标称精度，取 m 口= 0 8 。，a = l m m 、b = l p p m ，p = 2 0 6 2 6 5 。；若在下横梁处建立控制点，则距 离s 3 0 0 m 。若要求a 5 r a m t “1 ，带入式( 2 1 ) 、( 2 2 ) 、( 2 3 ) ，得： | 卒= 1 5 6 r a m 因此，索导管平面专用控制网点需满足1 6 0 m m 的点位精度要求。 2 2 投影面的选择和距离归算 5 4 北京坐标系采用的足克拉索夫斯基椭球作为参考椭球，该椭球与与大地水准 面在我国的大部分地区都有较大差异。越往东筹异越大，在汀苏连云港地区此若异 约为5 7 米。 一6 第二章灌河斜拉桥控制网建立 实测边长首先要归算到克拉索夫斯基参考椭球面上，再投影到高斯平面上，最 后得到5 4 北京坐标系中的边长。 ( 1 ) 、归算到参考椭球面上的测距边长度，应按下式计算【3 】： d l = d o ( 1 一揣) ( 2 4 ) 式中 d l 归算到参考椭球面上的测距边长度( m ) ； k 测区高程异常( m ) ，当测区高程异常k 大于3 m 时，二等三 角网的起算边和三边网的测距边，应将其归算到参考椭球面上。 日。测距两端的平均高程( m ) ； r 。参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半( m ) 。 取e 。为测区概约平均高程约等于3 米，r 约为6 3 7 0 公里，k 为连云港地 区大地水准面高出参考椭球面的高若约等于5 7 米。 此项投影改正为：- ( 3 + 5 7 ) ( 6 3 7 0 0 0 0 + 3 + 5 7 ) = 一9 4 r a m k i n ( 2 ) 、测距边在高斯投影面上的长度，应按f 式计算： 耻科( 1 + 惫+ 蒜) ( 2 5 ) 式中d ，测距边在高斯投影面上的长度( m ) ； 此测距边两端点横坐标的平均值( m ) ； 凡测距边中点的平均曲率半径( m ) ； y 测距边两端点近似横坐标的增量( m ) 灌河特大桥处5 4 北京坐标系中平均y 坐标约为5 0 0 - 4 8 7 = 1 3 公里，衄可忽略 不计。 则此项投影改正为：( 1 3 0 0 02 ) ( 6 3 7 0 0 0 0 02 $ 2 ) = + 2 1m k m 由以上( 1 ) 、( 2 ) 两项计算丁看出：平均高程约等于3 米的地面边长，每公里归 算到克拉索大斯基参考椭球面上，再投影到高斯平面上要改正：一9 4 + 2 1 = 一 7 3 m ，即由5 4 北京坐标系中控制点的坐标反算的边长比实测平均高程约为3 米的高 程面上的边长每公里要短7 3 m m 。从f 1 2 5 、f 1 2 6 至u f l 4 5 、f 1 4 6 进行了导线连测，从 导线连测的结果来看，f 1 2 5 到f 1 4 6 距离约1 9 公里，推算的实测边长比5 4 系反算 的边长长约1 4 m ，与以上分析符合。 ( 3 ) 、归算到特定高程面上的测距边长度，应按下式计算： d ：o o o + h p 。- h m ) ( 2 6 ) 一7 第二章灌河斜拉桥控制网建立 式中d 测区平均高程面上的测距边长度( m ) ； d ：嘲0 跑两端点的平均高程面的水平距( m ) ； 日特定投影高程( m ) ； 日，测距两端的平均高程( m ) ； 死参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径( m ) 。 取口。为测区概约平均高程约等于3 米咒约为6 3 7 0 公里，日，取主桥桥面平 均高程面，即取2 5 o 米为本桥投影高程面。则此项投影改正为： ( 2 5 3 ) 6 3 7 0 0 0 0 0 = + 3 4m m k m 综合以上各项改正，北京5 4 坐标系中的边长要比2 5 0 米主桥桥面高程面的边 长短1 0 7 m m k m 。 而一般工程平面控制网的坐标系统，在满足测区内投影长度变形值不大于 2 5 c m k m 的要求下，基本能保证各施工构件的顺利安装，本桥采用北京5 4 坐标系 实际投影变形为1 0 7 m m k m ，小于规范要求，以北京5 4 坐标系作为全桥控制坐标系 统可以满足要求。 表2 i 边长实测值及投影改正表 点号点号实测值( m )投影改j t 后边长( m ) d 3 ad 6 5 4 9 8 7 6 6 5 4 9 8 7 8 3 d 6d 3 a5 4 9 8 7 6 15 4 9 8 7 7 8 d 3 ad 5 a5 0 7 4 5 4 65 0 74 5 6 2 d 5 ad 3 a5 0 7 4 5 3 25 0 7 4 5 4 8 d 3 af 1 2 62 5 8 4 3 1 42 5 8 4 3 2 2 f 1 2 6d 3 a2 5 8 4 3 2 82 5 8 4 3 3 6 d 3 ad 4 a3 2 7 3 6 2 i3 2 7 3 6 3 1 d 4 a d 3 a3 2 7 3 6 2 2 3 2 73 6 3 2 d 4 ad 64 8 1 8 4 3 4 4 8 1 8 4 4 9 d 6d 4 a4 8 1 8 4 3 04 8 18 4 4 5 d 4 ad 5 a6 7 6 8 0 0 46 7 6 8 0 2 5 d 5 a d 4 a6 7 6 8 0 0 26 7 68 0 2 3 d 4 af 1 2 6 3 8 0 2 1 1 33 8 0 2 1 2 5 f 1 2 69 4 a3 8 0 2 1 2 0 3 8 0 2 1 3 2 d 5f 1 5 01 6 4 5 9 3 6 1 6 4 5 9 4 1 f 1 5 0d 51 6 4 5 9 3 91 6 4 5 9 4 4 d 5d 5 a9 9 9 7 3 39 9 9 7 3 6 d 5 ad 59 9 9 7 3 49 9 9 7 3 7 d s ad 64 1 36 0 3 5 4 1 3 6 0 4 8 d 6d 5 a4 1 36 0 5 34 1 36 0 6 6 d 5f 1 5 01 6 l1 5 0 71 6 1 1 5 1 2 8 第二章灌河斜挣桥控制网建奇 f 1 5 0d 61 6 1 1 5 0 21 6 1 1 5 0 7 f 1 2 5 0 64 7 4 6 5 4 44 7 4 6 5 5 9 f 1 2 5 f 1 2 53 4 9 3 1 9 83 4 9 3 2 0 9 f 1 5 0 d 3 a5 4 2 7 1 3 15 4 2 7 1 4 8 f 1 2 5i ) 4 a 4 7 5 3 7 14 7 6 3 7 2 2 35 4 坐标系与工程独立坐标系的转换 为方便施工放样，使坐标与里程保持明确的对应关系，使墩位坐标看起来直观 明了，减少出错几率，保证施工质量，应将桥梁段北京5 4 坐标系通过坐标旋转、 平移转换至以桥轴线为x 轴，x 值与里程保持一致的桥轴线主桥施工坐标系。同 时为保证主桥与整个线路相对位置关系的正确性，应保留本桥在北京5 4 坐标系中 的坐标。采用坐标变换的方式，依据设计的墩中心坐标和里程值求出北京5 4 坐标 系与独立施工桥轴线坐标系的转换参数，得到两套相对关系固定的坐标系统，主桥 施工放样时采用独立施工桥轴线坐标系，需要时可通过转换提供北京5 4 坐标系的 坐标。 两坐标系之间的换算可采用以下公式进行： ( 靴心：= ( 习 眨， ( 烈曩。s i n a 。j 矿i 巾x - a ) 眨。， 式中参数( a b ) 为两坐标系的平移参数，口为旋转参数。 由设计文件知本桥7 # 墩至3 4 # 墩位于j d l 至j d 2 连线的直线段上，交点坐标 及里程如下表： 表2 27 # 墩和3 4 # 墩坐杯值 墩中心 北京5 4 坐标系 桥轴线施工坐标系 墩号 里程桩号 xyx 7 y 7 # k 4 3 + 0 7 9 4 7 33 7 9 0 2 1 86 2 9 84 8 6 5 9 1 4 7 4 23 0 7 9 4 7 300 0 0 3 4 #k 4 4 + 3 8 00 7 33 7 8 9 2 1 55 8 5 04 8 7 4 1 9 4 0 0 54 3 8 0 0 7 30 0 0 0 经计算可得 口= 1 4 0 。2 7 4 7 8 a = 3 7 9 2 5 9 3 5 7 0 7 ，b = 4 8 4 6 3 1 1 6 5 9 9 第二章灌河斜拧桥控制嘲建奇 表2 35 4 北京坐标系墩位设计坐标表 墩号 墩中心早程墩中心x 坐杯 墩中心y 坐杯 2 0 #k 4 3 + 4 7 1 4 7 33 7 8 9 9 1 6 3 1 2 74 8 6 8 4 10 1 0 5 2 1 #k 4 3 + 5 0 4 3 7 33 7 8 9 8 9 0 9 3 9 64 8 6 8 6 1 9 5 3 8 2 2 # k 4 3 + 6 1 9 7 7 33 7 8 9 8 0 1 9 4 1 24 8 6 9 3 5 4 1 4 2 2 3 #k 4 3 + 9 5 9 7 7 33 7 8 9 5 3 9 7 2 7 54 8 7 1 5 1 8 4 8 9 2 4 #k 4 4 + 0 7 5 1 7 33 7 8 9 4 5 0 7 2 9 14 8 7 2 2 5 3 0 9 4 2 5 #k 4 4 + 1 0 8 0 7 33 7 8 9 4 2 5 3 5 6 14 8 7 2 4 6 2 5 2 7 利用这三个参数将表2 31 9 5 4 北京坐标转换成表2 4 施工桥轴线坐标系坐标。 表2 4 桥轴线独立坐标系墩位设计坐标表 墩号墩中心里程墩中心x 坐标墩中心y 坐标 2 0 # k 4 3 + 4 7 1 4 7 3 3 4 7 1 4 7 30 0 0 0 2 l #k 4 3 + 5 0 4 3 7 33 5 0 4 3 7 3 0 0 0 0 2 2 #k 4 3 + 6 1 9 ，7 7 33 6 1 9 7 7 30 0 0 0 2 3 #k 4 3 + 9 5 9 7 7 33 9 5 9 7 7 3 0 0 0 0 2 4 #k “+ 0 7 5 1 7 34 0 7 5 1 2 70 0 0 0 2 5 #k 4 4 + 1 0 8 0 7 34 1 0 80 7 30 0 0 0 2 4 平面控制网建立及精度分析 为保证主桥的施工质量，特别是高塔、高塔斜拉索预埋钢管，斜拉索锚点的准 确空问位置及与主梁缆索锚固点的相对关系，结合本桥桥墩位布置情况，拟分别在 灌河两岸高塔墩的上、下游相瓦通视处，设4 个强制对中观测墩。经实地堪选，发 现灌河两岸大堤一i - 树木密度大，通视条件困难，暂在南岸埋设了两个强制对中观测 墩，北岸加埋一个常规点，构成主桥控制嘲，如图2 1 所示。北岸主塔施工到一定 程度后，可存根据现场情况加埋强制对中观测墩，再从主桥控制嘲联测坐标。平面 控制采用边角网的方式观测，采州严密间接平差法平差。高程控制观测墩至两岸已 知水准点用普通水准测量的方法联测，过河部分采用跨河水准的方法观测，最后进 行统一的整体严密平差。强制对中观测墩位置的选择应既要方便施工放样，又要稳 定可靠。灌河两岸高塔墩的上、下游都设强制对中观测墩，强制对中观测墩要求相 互通视，且每岸的观测墩离高塔约为2 0 0 米，这样的距离既可避开施工的干扰，又 可保证放样精度，网的精度也可得到保证。 1 0 一 第= 章灌河斜挣桥控制刚建立 图2 1 灌河大桥施工控制网布置图 本网按常规测量方法，全边角网施测，采用t c a l 8 0 0 全站仪，距离与方向观 测标称精度为? l + 2 70 _ 6 ) m m 与? ”，边角网观测时注意与观测墩附近的导线挣制 点连测。边角观测按精密工程测量规范g b t1 5 3 1 4 9 4 中相当于三级精度规定 要求进行。方向观测按三级测角测量要求进行，方向观测先验中误差? ”。边长观 测每条边往返各测1 个时段，每个时段测3 测回，测边先验中误差 ( 1 + 2 x1 0 6 ) m i l l ；主要观测技术要求见下表2 5 和2 6 。 表2 5 水平角方向观测法技术要求 j 等级 仪器标称方向观测法两次照准半测回一测回同方向值各三角形最 精度测叫数读数差归零差2 c 较差测回旺差大闭合差 - 三1 ”61 ”6 “9 ”6 ”4 8 8 表2 6 测距作业技术要求 二角网一刷同读 测刨数 一测同绩数较测同h j 较差限差 等绂数次数 往返茬限差( m ) ( t f l m ) 往返测较差限差 三 4 33a + b d x l 0 。 啦( a + b d x l 06 ) 2 ( a + b d x1 0 “) 本网的半标系统采用桥轴线旅t 华标系，采用十桥的2 5 0 米桥面高程面为投影 面，实测边长都投影到2 5 0 米高程面，首次，甲差可用导线点连测信息确定网的基 准，如在两岸各选择一个相对稳定可靠的点作为同定点，其边长用实测边长投影至 2 5 0 米岛程面作为固定边，方位的确定可先以导线点为基准进行初步平差计算，检 第二章灌河斜扣桥控制列建立 查初步平差结果中老的网点的坐标与初步平差结果的差别，如果差别太大的话，可 适当调整方向，直到初步平差结果与老的网点的坐标差别不大时，可用一个固定 点、一个固定方向作为起算基准进行网的平差计算，得到施工坐标系下的坐标。平 差的固定点为d 4 a 和d s a ，先验测边中误差为( 1 + 2 1 0 _ 6 ) m i l l ，测角中误差为1 ”。控制网平差软件( l f _ p r 0 ) 界面”1 - ”1 如下图2 2 ，2 3 所示，表2 7 给出了各 控制点的平差后华标及其精度。 图2 ，2 控制网平差软件主界面 图2 3 控制网甲筹软件显示平差结果 1 2 第二章灌河斜扣桥控制喇建屯 表2 7 控制点坐标和点位精度成果表 坐标( 米)点位误差( 厘米) 点名 xym xm y m p d 4 a 4 0 5 3 0 6 1 41 5 6 0 9 8 6 0 0 00 0 0o 0 0 d 5 a3 5 6 5 7 3 3 73 1 3 5 5 4 l0 0 00 0 0o 0 0 d 3 a4 0 5 2 8 3 2 6一1 7 1 2 6 4 9o 0 60 0 6o 0 9 d 53 5 5 6 4 7 3 3- 2 1 4 0 0 9 2o ，0 40 0 6o 0 7 1 ) 6 3 5 7 4 4 9 8 59 9 9 5 7 30 0 6o 0 6o 0 9 f 1 2 64 3 0 7 ，3 6 7 9- 1 2 6 5 4 9 2o 0 80 0 9o 1 2 f 1 5 03 5 2 3 2 0 0 7- 5 2 8 1 1 8o 0 60 0 70 1 0 f 1 2 54 0 4 9 0 7 3 61 0 8 6 2 8 7o 0 30 0 80 0 8 2 5 平面控制网边角权的确定 边角网或导线网中存在角度和边长两种不同的观测量，跨河水准测量中存在 陆地水准和跨河水准两种不同的观测量【，应采用合理方法确定两种观测量的 权。控制网数据处理中考虑到不同的网形及平差处理方法，采用h e l m e r t 方著分量 估计法来确定不| 一j 观测量的权比。h e l m e r t 方差分量估计只是平差随机模型的验后 估计的一种，m i n q u e 法，b i o u e 1 9 i 以及v c e ”】【2 l l ( v a r i a n c e c o v a r i a n c e c o m p o n e n t se s t i m a t i o n ) 等方法也在测量实践中得到大量应用。 2 5 1h e l m e r t 方差分量估计原理 设控制网中有两类相互独立的观测值厶和厶，其权阵分别为只和最，改正数 q “也d 分别为k 和k ，坐标未知数估值为膏，以参数平差为例，误差方程为i ”i ： x l k 2 尽考一上i 【2 岛x 一上2 ( 2 9 ) 由上式和间接平差的法方程式叮推导得： k = ( 蜀i 目墨一e ) 厶+ 尽1 型昱厶 【k = ( 最2 只一e ) 厶+ 垦“叫只厶 经推导可得h e l m e 一方差估计式： 1 3 第二章灌河斜扣桥控制网建奇： f 一只k = n ，一2 w ( n “1 ) 十挣( “1 ) 2 砰+ t r ( n “l _ 1 2 ) 彰 l 哆最k = t r ( n 。l “n z ) d ? + 他- 2 t r ( n “n 2 ) + t r ( n - 1 2 ) 2 谚 式( 2 9 ) 中，蜀、垦为误差方程系数矩阵，i = 群只旦， = 川+ 2 ，砰和篚分别为上l 和厶的单位权方差估值。 由以上两式，即得到估算两类观测值方差的计算公式为： s b = w 。 i - 2 w ( n 。n 1 ) + t r ( n “n i ) 2 lt r ( n n 1 n n 2 ) 2 = 霹昱琏 t r ( n 。n i n 。1 n 2 ) l l t 2 - z t r ( n n 2 ) + 妒( 。1 n 2 ) 2 j ( 2 1 0 ) 式中，占= p ? r = 巧7 毋k 曙罡吒 7 ，从而可得矛= s 一1 稗序中采用了赫尔默特近似公式简化计算过程，在严密公式( 2 1 0 ) 中，略去 求迹部分，则有 武= 焉t r ( 1 v ( 2 1 1 ) n i 一。 i ) 由于网中存在两类不同类型的观测值，在对不同类型的观测值定权时，在第一 次平差后，可计算出两类观测值的验后方差分量砰和乏，若砰= 笸，或 陪一茜i s 则# 和罡确定得较恰当。若砰、茜之间存在较大差异时，可以根据计 算出的砰、谚重新定权，则有： 睚餐 式中0 1 、0 2 分别为厶、厶的方差阵。通常为了利用已有平差结果，一般使三l 的权 始终为1 ，即令只= 1 ，则l 2 估计后的权阵： 房n ) ：拜反1 ：口廖。 ( 2 1 2 ) 式中宜“1 和窟分别为估计后和估计前的l 2 矩阵，口= 钟，即每次方差估计后 厶的权阵为单位阵，厶的权阵为上次权阵的a 倍。 h e l m e r t 力荠分量估计迭代计算权的步骤概括如下： ( 1 ) 将观测值按照不同的观测荤分类，进行验前权估计，确定各类观测值的权的 初值只和只； ( 2 ) 平差求出第一次参数估值霄和残差y ； ( 3 ) 进彳了第一次方差分量估计，求出砰，毋： 1 4 第二章灌河斜拉桥控制网建市 ( 4 ) 如果砰，相差较大，则用砰，z 重新定权，依据公式( 2 1 2 ) 重新确定各类 观测值的权； ( 5 ) 用e 1 重新平差，反复进行步骤( 2 ) 和( 3 ) 的计算，求出k 7 暑k 、 吒7 匕； ( 6 ) 重复上述步骤，直到l 砰一霹f s s 为止。 这种反复更新权进行迭代_ 平差实现各种权的最佳匹配的方法，实际上是在网型 参数和观测值一定的条件下，求得只和罡的一种比值，比值满足条件砰= z ，或 者说在最后一次迭代平差过程中验前和验后方差估值取得了一致。因为每次改变权 ，使得改正数v 产生了变化，从而使曙只巧和哆罡匕变化，最终实现砰和的一 致。 2 5 2 灌河斜拉桥平面控制网t t e l m e r t 法边角定权 表2 8 灌河斜挣桥平面控制网t l e l m e r t 法定权计算表 观测值的精度估值 迭代次数单位权方差之比 子五( 砣)配( “) 10 2 9 3 2 008 0 7 4 70 3 6 3 1 2 20 2 2 4 4 8o 3 4 5 1 80 6 5 0 3 1 3o 2 0 0 3 30 2 4 9 9 70 8 0 1 4 3 40 1 8 7 7 30 2 1 5 0 4o 8 7 3 0 1 50 1 7 9 8 60 1 9 7 2 50 9 1 1 8 6 60 1 7 4 4 40 1 8 6 50 9 3 5 3 4 70 1 7 0 4 90 1 7 9 3 30 9 5 0 6 6 由表( 2 ，9 ) 得出，当在测量中遇到采用不同的技术方法获得的多类测量值进 行一起平筹时，可以采用t l e m e r t 方差分阜估计的方法通过若干次迭代计算，确定 两类观测值权比例关系，消除由于定权不合瑚给测量结果带来的影响由表2 8 迭代 7 次后得到的验后方差代如公式2 1 2 重新定权，得到表2 9 点位精度图，可以得出点 位甲差精度得到明显提高，得出与文献f 2 4 】自相似的结论。 一】5 第二章灌河斜挣桥控制网建在 表2 9h e l m e r t 法与传统方法定权点位精度比较 m x ( c m ) m y ( c m ) m p ( c m ) 点号 h e l m e r th e l m e r th e l m e r t d 3 a 0 0 3 6 0 0 6 0 0 0 4 60 0 6 00 0 5 80 0 9 0 d 50 0 1 90 ，0 4 00 1 4 40 0 6 00 1 4 50 0 9 0 d 60 0 4 2o 0 6 00 0 5 00 0 6 0 0 0 6 50 0 9 0 f 1 2 60 0 5 90 0 8 00 0 5 90 0 9 00 0 8 50 1 2 0 f 1 5 00 0 3 10 0 6 00 0 9 6o 0 7 00 0 9 0o 1 0 0 f 1 2 50 0 0 90 0 3 00 0 4 60 0 8 00 0 4 50 0 8 0 2 6 高程网观测与平差 2 6 1 基本方法及其精度 国家一、二等水准测量规范规定：当水准路线跨越江、河，视线长度超过 l k m 时，应根据视线长度和仪器设备情况，选择适当的跨河水准测量方法。目前采 用较多的跨河水准测量方法主要有光学测微法、倾斜螺旋法、经纬仪倾角法、测跑 三角高程等几种方法。 ( 1 ) 光学测微法。光学测微跨河水准法与常规的光学测微法精密水准测量在 作业方法上有类似之处，所不同的是，跨河水准测鼍中，前视距离( 仪器至对岸远 标尺距离) 远远大于后视距离( 仪器至本岸近标尺距离) ，两者有时相差几十倍。因 此在对远标尺和近标尺的观测中，仪器误差、观测误差及外界环境的影响将有较大 差异，二者需区别分析。设本岸近标尺观测的精度为m ，主要受仪器误差、观测 误差和外界影响等诸多冈素的影响。对岸远标尺观测中，水准管气泡居中误差取 嘲，远标尺觇板安置误差，照准误差m 3 ；大气折光引起的高差中误差可认为 m 。，与跨河( 江) 距离密切相关。综合以上因素可以推导光学测微法跨河水准测 量一测回高差中误差为： 砖= 孵+ 亡( 砰+ 幔2 + 磅) + 2 ( 2 1 3 ) h) 式中聆为观测组数。 ( 2 ) 倾斜螺旋法。倾斜螺旋法是使用两台水准仪( i 角互差应小于6 ”) 对向 观测。用倾斜螺旋或气泡移动来测定水平视线上、下两标志的倾角，计算水平视线 付置，从而求出两岸高筹。考虑大气折光与仪器i 角的综合影响。，可得倾斜螺 1 6 第二章灌河斜抻桥控制网建市 旋法一测回观测( 一个对向观测) 精度计算公式为： 2 = ( 碡+ 硝) + 2 ( 2 1 4 ) 式中，为本岸近标尺观测精度，m 。为半测回中远标尺读数中误差。 ( 3 ) 经纬仪倾角法。经纬仪倾角法是使用两台精密经纬仪对向观测。用垂直 度盘测定水平视线上下标志线的倾角，计算水平视线位置，从而求出两岸高差。顾 及大气折光及仪器i 角影响时，两岸对向观测一测回的高差中数中误差为： 磅= ( 弼+ 弼) + 磁 ( 2 1 5 ) 式中，为本岸近标尺观测精度，m 。为半测回中远标尺读数中误差。 ( 4 ) 测距三角高程法。测距三角高程测量与常规的三角高程测量并无质的区 别，跨河三角高程测量误差由以下几种组成：观测天顶距的偶然误差。设天项距的 观测精度为m ，对两岸高差的影响为： ：冬 ( 2 1 6 ) 2 萝。万 咄埔 仪器的系统误差。主要包括垂直度盘的分划误差和测微器的行差，有公式： m ：些兰( 2 1 7 ) 2 p 。4 2 顾及大气折光及仪器i 角的综合影响所。，两岸高差的测定精度为： 2 = 砰+ 砖+ 磋 ( 2 1 8 ) 其中j 为跨河距离。 2 6 2 灌河斜拉桥高程控制网建立 高程控制网为三等水准测