應用全球衛星定位(GPS)技術建立橋梁施工控制網

——福州浦上大橋施工控制網的建立

高誠鵬

(福州市勘測院  350001)

一、工程概述

    福州浦上大橋坐落在閩江南港上，位于桔園洲大橋與灣邊大橋之間，是福州金山新區連接閩侯上街大學城片區的主要通道之一，浦上大橋及連接線工程全長3.1km，其中跨江(正橋)橋長l740m，金山新區岸引道lOOm，引橋350m，上街岸引橋長175m，引道144m，接線道路長度575m。全橋圖片如下圖：

    本施工控制網建立分初測和定測兩大部分，初測的目的是按城市規劃和設計要求測放橋位并進行兩岸接線測量，由于浦上大橋主橋跨度大，施工方要求此施工控制網具有較高的精度，橋軸線決定按《公路勘測規范》中規定的四等網精度施測，即橋軸線相對比例誤差不大于l/40000，本施工平面控制網初測和定測均采用GPS全球衛星定位技術，按邊聯接構網方式建立平面施工控制網，為確保該平面施工控制網精度和可靠性，采用徠卡全站儀(2s級)對部分控制點按邊角網觀測方案進行對照檢核，高程網部分采用三等水準直接測量。

    初測平差后平面最弱點l的點位中誤差為--+6.9mm，最大基線相對誤差為基線Ac，相對中誤差為1/243082小于限差1/80000；定測平差后平面最弱點I的點位中誤差為±3.6mm，最大基線相對中誤差為基線Ac，相對中誤差為1/293948小于限差1/80000。

二、GPS平面控制網建立  

    1、初測

    在橋位線附近，共布設7個平面控制點(如附圖1所示)，GPS觀測使用6臺Trimble4600SL單頻接收機，采用靜態定位模式進行施測。測區附近的三等點林如膏醫院、南江濱作為橋位平面控制網的起算點，繽紛園作為檢核點。平差計算后，獲取橋位線附近控制點的福州城市地方平面直角坐標，為橋軸線放樣提供控制。

    2、定測

    (1)布網方案

    為保證全橋以及橋梁連接線的整體性，同時兼顧到施工  過程中主橋與引橋的放樣定位需要與精度要求，橋位控制網以橋軸線為中心，控制范圍包括主橋與南、北引橋、引道，一次性全面布網，橋位GPS平面控制網(如附圖2所示)，共設9個  平面控制點。施工控制網與城市平面坐標系統的聯接方式如附圖3所示，其中林如膏醫院、南江濱為福卅I市城建三等GPS點。

    (2)橋軸線點的設計與測放

    根據設計院提供的橋軸線設計資料，在橋軸線方向上選取兩點(閩江南港為防洪墻中心點，新洲為岸邊水泥墩點)B和G，并計算出其坐標。由初測的控制點坐標實地精確放樣正橋橋中線點B、G，并實測其坐標，精確測定(進行大氣壓和溫  度改正)B和G兩點間的距離，以8點為固定點，8點至上街新洲岸邊橋軸線點G的方位角為固定方位角，B、G間激光測距邊長為固定邊長，重新計算G點坐標，由此兩點投影到橋軸上的坐標取代其實測坐標，并將其視為B、G兩點的最終設計坐標值。

    (3)點位標志和埋設

    九個點均采用我院特制的GPS標志(上部銅板，下部角鋼)，軸線點8、G埋設時，先把防洪墻和水泥墩中間割出一個適中的洞，標志點待精確測放后固定。I、H兩點埋設在新洲防洪墻上，A、D兩點埋設在建新南港防洪墻上，E點埋設在新洲碼頭，F、C兩點埋設在固定房子上。

    (4)外業觀測

    GPS觀測使用6臺Trimble4600SL單頻接收機，采用靜態定位模式進行施測，外業觀測主要技術如下：

    有效觀測衛星數大于4個；幾何圖形強度因子PDOP<6；觀測衛星高度角大于l5。；

    每時段觀測時間為45分鐘；平均重復設站數大于l.61；與城市坐標系統網聯測點數5個。

    (5)基線解算

    基線解算采用Trimble接收機隨機軟件GPSvery2.35，外業觀測結束后及時下載數據進行基線解算，所取同一時段觀測數據剔除率均小于l0％，rati0值均大于6，并進行檢驗，檢驗項目包括同步環閉合差、異步環閉合差。兩種檢驗的位置相對閉合差精度統計如下：

同步環閉合差：均小于1PPm異步環閉合差：

    (6)平差計算    GPS網平差采用原武漢測繪科技大學編制的PowerADJ3.0網平差軟件，首先在WGS一84坐標系中進行三維無約束平差，所有三維基線改正數均滿足V≤3 0，并剔除基線向量的粗差后，在福州地方平面直角坐標系下進行二維約束平差。二維約束平差分兩次進行，首先以三等平面控制點為固定點進行二維約束平差，計算出各橋位控制點坐標，再以B、G兩點的最終坐標值，投影面高度取橋墩位置的54橢球高(66m)進行二維約束平差。與城市控制網聯測時，求得橋軸線B-G點基線相對比例誤差為l/371885；以8、G兩點最終坐標值進行二維約束平差后點位誤差在0.O4cm-0.36cm，基線相對比例誤差在1/264649—1/2128948，滿足設計規范要求。

三、橋位控制網測設精度及與GPS網的比較 

    (1)橋位控制網測設

    為確保橋梁施工控制網的精度與可靠性，采用測邊角網方式對施工控制網進行檢測。采用徠卡全站儀(2s級)，觀測2測回，所有的觀測值均經過大氣壓、溫度、棱鏡常數改正等必要的數據改正處理，按四等橋位三角網精度規定執行，其主要精度指標如下：

    測角中誤差±5”；橋軸線相對中誤差1/400001，基線相對中誤差l/0000；三角形最大閉合差9″；

    平差后邊角網的點位誤差0.8c11r0.7cm，相對比例誤差在1/2300—1/58900，橋軸線相對比例誤差為1/9200。

    (2)GPS網與測邊角網的比較

    GPS網與測邊網相比較，其邊長較差在O-1.cm，點位中誤差較差在0.2cm-0.7cm。由此可見，該工程中邊角網與 GPS網精度吻合較好，且GPS網精度明顯優于測邊角網的精度。

四、橋位高程控制測量及與擬合水準的比較   

    (1)高程控制網布設方案

    整個高程控制網擬由4個基本水準點(PBMl一PBM4)與若干施工水準點組成，在兩岸各設置一組基本水準點，基本水準  點設在離橋中線不遠的四個高壓電塔墩柱上。施工水準點埋  設混凝土方樁，有的設置在堅固的建筑物上，沿主橋、引橋、引道每300m一500m布設一個。

    (2)三等、四等水準測量    在南北岸基本水準點(PBMl—PBM4)與城建三等水準點$319之間敷設閉合水準線路(如附圖4所示)，進行三等水準測量。在基本水準點與施工水準點之間敷設四等水準線路，進行四等水準聯測。三、四等水準測量均采用蔡司DINlll電子水準儀和與之配套條碼水準尺，嚴格執行《國家三、四等水準測量規范》各項技術指標。

    (3)高程控制網平差計算

    高程控制網平差計算采用清華山維NASEW95控制網平差軟件，以北岸三等水準點$319為起算點，先進行三等水準線路的平差計算，每公里水準測量高差中數的中誤差為1.1mm，最弱點高程中誤差為2.1mm，所有精度指標均滿足三等水準測量精度要求。然后再以基本水準點為起算點，進行四等水準線路的平差計算，所有精度指標均滿足四等水準測量精度要求。   

    (4)與GPS擬合高程相比較

    把引測的A、D、E四等水準高程作為起算數據，對其它橋位控制點進行高程擬合計算，其中橋軸線B、G點的GPS擬合高程與水準測量高程相比較，橋軸線B、G點的高差較差為0.9mm。說明GPS水準精度與直接水準測量結果比較吻合。

五、結束語

    1、GPS網的精度優于測邊角網的精度，應用GPS全球衛星定位技術建立高精度的控制網是完全可行的，而且方便、省時。   

    2、為保證橋梁施工相接時不出現錯位，在施工控制網建立時要講究整體性，平面要以橋軸線上兩點最終坐標設計值為起算數據，高程測量應起閉于同一個點。

參考文獻：

[1]JTJ 061—99，公路勘測規范[S]．人民交通出版社，1999．

[2]徐紹銓，張海華，楊志強，王澤民．GPS測量原理及應用[M]．武漢測繪科技大學出版社，1998．

[3]GB l2898—91，國家三、四等水準測量規范[S]．

（本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）