山区高标准公铁路工程高精度控制网的研究

山区高标准公铁路工程高精度控制网的研究

东山地区的高强度和铁路工程通常由许多桥梁和隧道工程连接。该项目复杂，技术难度高。为了满足工程教学的需要，必须建立高精度的测量控制网。而此类工程测区内通常是山峦起伏、森林茂密、荆棘丛生,致使通视、通行条件极差。在目前的设备和技术水平下,任何单一测量手段和方法都不能完全胜任这种高精度的测量工作,必须采用多种技术手段相结合的办法,以实现优势互补。本文结合某高速公路工程的测量实践,分析和研究了山区高等级公(铁)路工程测量控制网的精度设计、选点布网、观测、数据处理及精度评定等方面的技术要点、方法及其措施,对其他类似工程具有一定的借鉴作用。1全桥式立交原建筑物工程组成正在建设中的某高速公路工程(区段)线路全长11.384km,由隧道6座(主线总长6010m)、桥梁4座(主线桥长2305.36m)、互通式立交群2处及路基(1273.102m)工程组成。其中,最长桥梁为816.8m,最长隧道为2257m,最长立交群主线长2303.642m。隧道最大埋深约118m。线路起、终点段是连接城区既有公路的高架桥梁,公路交通繁忙,两侧房屋建筑较多。线路中部从一省级森林公园穿山而过,园内山势陡峭,地形起伏大,地面高程从4m到326m变化,最大高差达322m,同时,园内森林茂密,荆棘丛生,拥有大量受国家保护的珍贵植物。由此可见,测区内通视、通行条件极为不利,野外测量难度非常大,因此,如何建立满足施工需要的高精度测量控制网是一个值得研究的重要课题。2平面控制网的设计和施工2.1次级平面控制网的布设根据工程特点和测区条件,在山区高等级公路工程控制测量中应采取GPS测量技术与常规地面测量技术相结合,并以前者为主后者为辅的办法,按照“整体布局、分级控制”的原则分两级布测全线平面控制网。首级平面控制网采用GPS静态相对定位技术布测,以充分发挥其相对精度高、无需点间通视、控制范围大、可全天候作业等显著优点,达到整体控制的目的。在卫星信号遮挡严重、无法进行GPS观测的局部区域,再利用常规地面测量技术,按精密导线测量方法进行控制点加密,建立次级平面控制网,以满足各区段工程精密施工放样测量的需要。加密导线应尽可能构成以首级GPS控制点为已知点的附合导线或闭合导线,条件特别困难时亦可布设成无定向导线。控制点的位置和数量应满足桥梁或隧道工程施工放样的应用需要,还应符合GPS控制网或精密导线网控制点的布设原则及其技术规定,以点位稳定、安全实用、精度可靠为最终目标。本工程首级GPS施工平面控制网由45个施工控制点连同分别位于线路起、终点及中部附近的3个二等GPS已知点构成。在首级网基础上,于线路中线两侧和互通立交范围内加密布设30个四等导线控制点,分别组成5个相对独立的导线网。2.2控制精度设计原则山区高等级公路(铁路)主要由隧道和桥梁工程组成,桥、隧是决定线路工程施工质量的控制性工程。考虑到工程的整体一致性和各座桥隧工程之间的相互衔接,全线工程统一布网,并以精度要求最高分项工程的必要精度作为整个控制网的控制精度。必要时还应针对主要桥梁、隧道进行施工控制网必要精度、隧道横向贯通误差的设计计算。在本工程中,按照有关规范的规定,并顾及到本工程的复杂性和施工难度,确定首级GPS控制网按三等精度控制,且要求网中最弱点的点位中误差不大于10mm,最弱边边长相对中误差不大于1/100000;次级导线网则以GPS网为基础按四等精度施测,且要求网中最弱点的点位中误差不大于15mm,最弱边边长相对中误差不大于1/80000。2.3观察(1)平面控制网观测根据测区条件及控制网特点,采用GPS静态相对测量模式,对全线首级平面控制网进行观测。全线45个首级控制点和3个已知控制点共同构成GPS控制网,采用6台Trimble5700GPS接收机,按技术规范中C级网要求,同步观测28个时段,共获取229个基线向量。(2)水平角观测,加乘常数、倾斜采用LeicaTC2003全站仪,按四等精密导线测量的要求观测导线的水平角和边长。水平角观测6测回,距离往返观测各2测回,并进行加乘常数改正、气象改正、倾斜改正。观测值按有关规范要求进行验算限差,验算合格后转入平差计算阶段。2.4数据处理和精度评估(1)gps网平差检验基线解算、网平差利用天宝GPS软件TGO1.62进行。基线解算时对重复基线、同步环和异步环的长度或坐标闭合差进行限差验算,剔除超限的基线观测值。经检验,所有基线均满足上述限差规定,说明观测值中不含粗差,所有基线可供内业平差之用。最终共选取121条独立基线参与GPS网平差。平差后,得到网中最弱点的点位中误差为±3.5mm,达到规定要求。为了进一步检核GPS网的精度,使用LeicaTC2003电子全站仪对5条GPS边长进行了精密观测,加入加(乘)常数改正、气象改正和倾斜改正后,与GPS网平差边长进行对比,结果如表1所示。(2)贸易平差加误差采用武汉大学研制的CODAPS地面控制测量数据处理软件包对导线进行严密平差,解算各点平差坐标。平差后,最弱点的点位中误差为±8.8mm。当顾及首级GPS点的点位误差时,最弱导线点相对于二等已知点的点位中误差约为±10mm。3高距离控制网的设计和施工3.1级高程控制作用根据工程特点,结合测区地形地貌情况,全线高程控制网分二级布测。首级网按三等水准测量精度施测,对线路工程起整体控制的作用;当水准测量难于穿越(如密林和险峻山地)且精度显著降低时,采用精密三角高程测量方法按四等高程精度加密二级网。本工程首级高程控制点共43个,布设在线路左、右两侧各约50m范围内,与位于线路起、终点附近的2个二等已知水准点共同构成;二级网由23个加密高程点组成,与首级高程控制点共同构成若干附合水准路线。3.2制网精度检测依照规范要求进行控制网必要精度的分析计算,确定本工程首级高程控制网按三等水准测量精度施测,以满足全线高程的整体控制和桥梁、隧道及立交桥等重要工程施工的需要。规定每公里水准测量的偶然中误差应小于±3mm,最远两点间高差中数的中误差不大于±10mm。3.3观察(1)往来观测系统采用Ni004精密水准仪及配套铟瓦水准尺对各段高差依光学测微法进行往返观测。由于水准路线途经地形起伏较大的盘山公路,公路上来往车辆多,加大了测量难度。为此,在外业观测中采取了相应的技术措施,从严控制水准测量视距长度和观测限差,以确保水准测量精度及成果的可靠性。(2)观测及改良使用LeicaT2003全站仪按四等光电测距三角高程测量的技术要求观测。其中边长往返观测2测回,垂直角按中丝法观测3测回。对观测边长进行加(乘)常数、气象及倾斜等项改正,往(返)高差中加入球气差改正。各项限差严格按规范要求执行,以确保观测高差的精度。3.4数据处理和精度评估(1)给药高差进行严密平差外业观测成果经过限差检验合格后,应用CODAPS软件包对全网观测高差进行严密平差。平差后,每公里水准测量高差中数的中误差为±1.1mm,最弱点的高程中误差为±2.3mm。(2)实体高程的求解以首级控制网水准点作为高程起算点,采用CODAPS软件对观测高差进行严密约束平差,求得各点的最或是高程。平差后得出:水准路线的每公里高差中误差为±2.15mm,达到四等高程测量的精度要求。4复杂线路工程控制测量精度控制方法工程实践表明,在高山密林地区进行高等级公(铁)路工程施工控制测量时,必须充分应用先进的GPS技术,同时必须辅以常规地面测量技术,以充分发挥各自长处,实现优势互补。对于包括多座特大型桥梁和隧道工程的复杂山区公(铁)路工程而言,应以其中的关键工程作为控制标准进行精度设计,建立统一的线路工程控制网,同时兼顾整体一致性和局部工