桥梁gps控制网设计

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1、0引言在建的马鞍山长江大桥连通安徽省的马鞍山市与巢湖市，是一座特大型公路桥梁。大桥全长36.14km，其中南岸接线长19.49km，跨江主体11km，北岸接线长5.65km。桥跨越江南第一洲———江心洲，两岸长江大堤间距离约8000m，其中跨洲宽约4800m，河道水域宽约2400m，副河道宽约800m。跨越主河道的主桥为目前世界上跨度最大三塔两跨悬索桥，两个主跨的跨度均为1080m，承台以上主塔高178m;跨越副河道的桥型为三塔拱型塔斜拉桥;其它部分桥型均为等高度预应力混凝土连续箱梁。为了满足大桥长周期精确施工放

2、样的需要，我院于2007年11月至2008年2月间完成了该桥跨江主体工程施工控制网的设计和施测。本文系统介绍控制网设计、观测、数据处理及精度等情况，供类似工程借鉴。1控制网设计1.1总体思路马鞍山长江大桥跨越长江主、副河道和宽阔的江心洲，跨江主体工程(11km)全部为桥梁。由于该桥桥型结构复杂、跨越距离长、工程规模大、施工难度大、精度要求高，对施工控制网提出了较高的要求;另一方面，桥址区地形条件特殊、通视条件差，加大了控制网测量的难度。根据本工程特点及所处河段的地形、水文等特殊情况，全桥施工控制网应采用统一设计、

3、统一布网、同精度观测和整体平差的布网和施测方案，并对跨越主、副河道部分采用加强措施，同时兼顾桥梁变形监测的要求，以实现对该工程的高精度整体控制，满足大桥长周期、高水平施工及安全运营的需要。此外，还应考虑到主体工程与两端接线工程的正确衔接，为全面确保马鞍山长江大桥的工程质量奠定可靠的测量控制基础。在仪器设备、观测及数据处理方法等方面，应充分利用先进的现代测绘技术和手段，以期最终实现测量质量、进度及成本控制的总目标。1.2GPS平面控制网设计(1)精度设计桥梁施工平面控制网必要精度的设计，通常有三种方法:①按桥型桥式

4、(上部结构)［1］;②按桥墩(台)(下部结构)定位放样容许限差;③按桥长［2］。本项目按桥型桥式和桥墩(台)定位放样方法综合确定桥梁施工平面控制网必要精度［3］，设计结果见表1。考虑到本项目属公路桥梁，因此，根据桥型结构和现行《公路勘测规范》［2］按桥长确定平面控制网的施测等级:全网统一按公路二等GPS网的精度施测。应该指出的是，现行《公路勘测规范》中关于二等GPS观测的技术要求(时段长度及平均重复设站数)偏高，造成外业观测工作量的极大浪费，值得相关规范修订时重视。(2)基准设计平面控制网的基准设计系指坐标系统的

5、设计。由于桥梁工程施工精度要求高，同时还需考虑到与桥梁两端线路的正确衔接，因此，通常必须建立专用的桥梁施工坐标系统，它是一种基于国家坐标系或地方坐标系、线路坐标系的工程独立坐标系统。该系统应能有效地消除或削弱长度投影变形的影响(尺度基准)，又与线路采用的坐标系紧密关联(位置基准和方位基准)［4］。依此原则，马鞍山长江大桥设计并建立了一个“基于1954年北京坐标系的桥梁施工坐标系”，规定以一个工程初测控制点为坐标起算点，以该点至另一个初测控制点的方位角作为起算方位，采用控制网中GPS实测边长推算控制网尺度(取工程中

6、心子午线作为中央子午线，桥梁墩顶平均高程面作为长度投影面)。(3)网形设计GPS平面控制网的选点布网遵循“确保精度与满足施工放样需要相结合”的基本原则，控制点应选设在安全稳定、通视良好、方便使用、有利于GPS观测和提高测量精度的地方。控制点应沿桥轴线两侧布设，在桥轴方向上的点间距控制不应大于500m(跨河部分除外)。考虑到本网精度要求高的特点，GPS观测相邻同步环之间的连接应采用边连式或网连式，不得采用点连式;由独立基线构成的最简独立闭合环的边数不应大于4，跨河主桥及其他关键部位应以三角形网、大地四边形网构网，以

7、确保GPS网的图形结构强度，提高测量成果的可靠性。1.3高程控制网设计根据本工程特点，以水中桥墩施工放样精度要求推算高程控制网的必要精度，主、副河道两岸跨河水准点间高差的中误差不应大于3mm［5］。参照现行《公路勘测规范》的相关规定，本网整体按国家二等水准测量精度要求施测，每千米水准测量的偶然中误差不大于1.0mm。水准点的数量、密度及其稳定性应满足施工放样的需要，尽可能利用GPS点点位和标石埋设水准标志。应在长江两岸三地埋设独立标石的深基础水准点，作为长周期施工及沉降观测的稳定基点。主、副河道跨河水准应布设成双

8、线闭合环，并与陆地水准连测构成坚强的水准环网。为了保证主体工程施工质量及全桥的精确贯通，应采用与本工程初测及两端线路工程一致的高程系统，并进行高程起算点之间的精密联测。2GPS平面控制网施测2.1选点布网与观测墩建造如图1所示，GPS平面控制网共布设施工控制点32个，点号依次为GPS1，GPS2，…，GPS32，分布于桥址南、北两岸及江心洲上桥中线两测。跨河主桥部分由7个