大型橋梁工程gps控制網(wǎng)設計與施測

1、<p>　　大型橋梁工程GPS控制網(wǎng)設計與施測</p><p>　　摘 要：大榭第二大橋是中國浙江省寧波市建設中的一座跨海大橋。大橋位于北侖區(qū)，始于329國道，終于大榭島，主橋長808米，主線全長5516米。橋型為雙塔單索面鋼箱梁斜拉橋，本文著重就大橋首級GPS控制網(wǎng)的設計與施測等方面的問題進行了闡述。 </p><p>　　關鍵詞：GPS控制網(wǎng)；設計；施測；數(shù)據(jù)處理；強制約束邊

2、；平差計算 </p><p>　　Abstract:The second bridge is a city in China's Zhejiang province Ningbo city construction of cross-sea bridge. The bridge is located in Beilun District, began in the 329 National Road, f

3、inally the Daxie Island, 808 meters long main bridge, the main span 5516 meters. As the Twin Towers bridge with single cable plane cable-stayed bridge with steel box girder, this paper focuses on the bridge GPS control p

4、roblem in network design and surveying etc. are described. </p><p>　　Key words:GPS control network; design; TESTING; data processing; mandatory constraint boundary; adjustment calculation </p><p&g

5、t;　　中圖分類號：U445文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013） </p><p>　　1 首級GPS控制網(wǎng)的設計方案 </p><p>　　1.1首級控制網(wǎng)設計思路 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)布設方案從初步設計、精度估算，優(yōu)化設計，均通過嚴格審查，GPS網(wǎng)的設計思路如下： </p><p>　　由于寧波市獨立

6、坐標系的中央子午線為121°30′，而大橋中心主軸線的經(jīng)度坐標為121°55′，兩者差值為25′存在一定的投影變形，均需滿足《城市測量規(guī)范》的投影長度不大于±2.5cm/km。鑒于以上情況并考慮到設計進度，且大橋主橋的施工面積較小，為了保證大橋施工放樣坐標的統(tǒng)一性及減少坐標轉(zhuǎn)換，本次采用的當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)為寧波市獨立坐標系。首級GPS控制網(wǎng)設計時采用2個寧波市基本點作為已知控制點，一點一方向的方法布設首級GPS

7、控制網(wǎng)，另外一個已知控制點作為檢查。 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)的設計的網(wǎng)型如下圖： </p><p>　　由于主橋兩段控制點距離較短均小于1km，首級GPS控制網(wǎng)的平均基線長度為6km,其中最長基線長度約為20.4km,最短基線長度為0.6km。 </p><p>　　整個首級控制網(wǎng)的平均距離小于B級GPS控制網(wǎng)的平均距離50km。但考慮大橋施工放樣精

8、度要求較高，因此大橋首級GPS控制網(wǎng)的平面測量觀測等級按B級觀測精度執(zhí)行。 </p><p>　　1.2 首級GPS控制網(wǎng)基本精度等級 </p><p>　　GPS網(wǎng)點位中誤差限差取±20mm。基本精度按相鄰點間弦長標準衡量。首級GPS網(wǎng)標準差限差指標為：=±式中為標準差， a為固定誤差5；b為比例誤差系數(shù)，取10-6；d為相鄰點間距。網(wǎng)的最弱邊邊長相對中誤差優(yōu)于1/1

9、20000（參照《城市測量規(guī)范》2.1.9中二等三角網(wǎng)的最弱邊邊長相對中誤差技術要求）。 </p><p>　　1.3 已知控制點的選擇 </p><p>　　考慮到本次控制網(wǎng)的要求的觀測精度為B級，測區(qū)附近高等級控制點GJ10、GJ14、GJ19均為寧波市基本點(等級為C級)，因此在平面控制測量前對已知控制點進行了檢測，檢測使用雙頻GPS接收機對已知控制點間的基線進行測量，其結(jié)果與坐標反

10、算的邊長進行了比較。 </p><p><b>　　統(tǒng)計結(jié)果如下表： </b></p><p>　　由上表可知相對邊長比例誤差優(yōu)于1/120000符合《城市測量規(guī)范》要求，可以使用。 </p><p>　　1.4 首級控制網(wǎng)精度估算 </p><p>　　精度估算取GJ19作為已知點，短基線邊取0.6km，模擬計算成果輸

11、出了GPS控制網(wǎng)點位中誤差成果；平差基線精度成；誤差橢圓等。 </p><p>　　GPS控制點位誤差統(tǒng)計如下表： </p><p>　　經(jīng)GPS網(wǎng)平差,平均長度為5.96km,其中最弱長基線為長度為20.41km, 相對邊長比例誤差為1: 2463000＜1/120000；最弱短基線長度為0.58km,相對邊長比例誤差為1:293000＜1/120000；結(jié)果表明，短基線邊長中誤差小于&

12、#177;5mm,長基線邊長中誤差小于±10mm。符合相關規(guī)范要求。 </p><p><b>　　2 控制點的埋設 </b></p><p>　　4個中線控制點埋設采用深埋鋼管基準點，并建造強制歸心觀測標墩。其余4個點為普通混凝土現(xiàn)澆控制點。 </p><p>　　深埋鋼管基準點—觀測墩地下樁體采用φ127mm的鋼管至穩(wěn)定的持力層。

13、鋼管樁尖制成閉口樁靴，樁尖至可靠硬塑粘性土層，可鉆至粘性土層3～5米將φ127鋼管至孔底，上用重錘輕拍使鋼管樁尖穿過孔底沉渣并進入粘性土層5～8米。待φ127鋼管至穩(wěn)定可靠持力層并達到預定深度后，挖坑2～3米深，寬2～3米進行0.5米厚碎土墊層后放十字交叉工字鋼固定，并與φ127鋼管焊接。焊牢后，再砌素砼至地表，再灌注素砼至φ127鋼管內(nèi)。上部樁體采用鋼筋籠與鋼管相連接以保證控制點的穩(wěn)定，并與上部標志連接減少因地質(zhì)條件對控制點的影響。標

14、芯采用不銹鋼質(zhì)強制歸心裝置以提高儀器對中精度。 </p><p>　　GPS控制網(wǎng)測量及數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　首級GPS控制網(wǎng)外業(yè)測量嚴格按有關標準、技術設計書以及測量實施方案進行。關鍵環(huán)節(jié)采用高于設計精度的要求進行實施。 </p><p>　　3.1首級GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測 </p><p>　　GPS外業(yè)觀測均采用標稱精度為&

15、#177;(5mm+10-6D)雙頻GPS接收機按靜態(tài)模式進行觀測。 </p><p>　　具體執(zhí)行技術指標要求見下表： </p><p>　　GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　基線解算采用隨機軟件將各接收文件轉(zhuǎn)為標準的Rinex文件，基線的解算采用leica Geo 5.0軟件進行、星歷采用IGS中心提供的事后精密星歷。 </p><p

16、>　　解算時正確處理了周跳和大氣殘差等質(zhì)量較差的觀測數(shù)據(jù)，采用單基線解算模式，數(shù)據(jù)處理模型為雙差固定解。 </p><p>　　同一時段觀測值的剔除率小于5%，保證了數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。 </p><p>　　基線解算后，及時計算了重復邊的較差、檢驗了同步環(huán)、異步環(huán)閉合差、基線分量的改正數(shù)絕對值，使各項精度均符合了《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范GPS規(guī)范》的要求，即復測基線的長度較差

17、ds兩兩比較，同步環(huán)閉合差Wx、Wy、Wz≤ ,獨立閉合環(huán)或附合路線坐標閉合差Wx、Wy、Wz均≤,Ws≤。式中：（n為閉合環(huán)數(shù)），基線測量中誤差， 。 </p><p>　?、茝蜏y基線較差DS比較表： </p><p>　　數(shù)據(jù)均符合相關規(guī)范及技術設計的要求。 </p><p>　　GPS網(wǎng)的平差計算 </p><p>　　考慮到設計、施工

18、以及坐標系統(tǒng)統(tǒng)一性坐標系統(tǒng)等各方面原因，本次首級GPS控制網(wǎng)平差方法最終選擇采用3個寧波市基本點作為已知控制點的情況下加入約束基線邊的方法進行平差計算。強制約束基線邊采用LeicaTCA2003全站儀進行測量,儀器標稱精度：測距精度為（1+1ppm×D）mm，測角精度0.5″；測量時分別對氣溫氣壓進行了改正共計測量了2條基線邊。 </p><p><b>　　具體網(wǎng)型如下圖： </b&g

19、t;</p><p>　　平差計算軟件采用武漢大學測繪科學與技術學院開發(fā)的GPS平差后處理軟件CosaGPS V2000進行三維約束平差，最弱點中誤差為±4.3mm,再用leica Geo 5.0等軟件進行對算，坐標較差均在毫米級以內(nèi)。 </p><p>　?、殴潭?點加入強制約束邊的二維約束平差 </p><p>　　采用了3個已知點為起算點，并加入兩條

20、通視基線邊進行約束平差的方法進行二維約束平差計算，起算坐標采用寧波市獨立坐標系，最弱邊邊長為574.5785，相對邊長比例誤差為1/346000,精度較高符合相關規(guī)范要求。具體精度統(tǒng)計如下： </p><p>　　異步環(huán)閉合差W的量值分布表： </p><p>　　⑶坐標比較與精度評定 </p><p>　　a.固定3點加入強制約束邊與一點一方向平差坐標比較 <

21、;/p><p>　　一點一方向法采用固定一個已知點GJ10，通過兩個已知控制點的坐標反算出GJ10-GJ14的方位角為已知方向。起算點坐標系統(tǒng)采用寧波市獨立坐標系。最弱點中誤差為±1.2mm。最弱邊邊長為574.5785，相對邊長比例誤差為1/654000,精度較高符合相關規(guī)范要求。對固定3點加入強制約束邊的平差的坐標與一點一方向平差坐標進行比較，坐標對比最大值為：△X：8mm, △Y：1mm，△S：8.0

22、6mm。 </p><p>　　b.固定3點加入強制約束邊與采用3個已知控制點平差坐標比較 </p><p>　　采用3個已知控制點對大橋首級GPS控制網(wǎng)進行二維平差。起算坐標采用寧波市獨立坐標系，最弱點中誤差為±3.4mm。最弱邊邊長為614.2654，相對邊長比例誤差為1/270000,精度較高符合相關規(guī)范要求。對固定3點加入強制約束邊與固定3個點平差坐標進行比較，坐標對比最

23、大值為：△X：13mm, △Y：1mm，△S：13.03mm。 </p><p><b>　　c.精度評定 </b></p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可以看出首級GPS控制網(wǎng)的布設外部采用3個寧波市基本點進行約束平差，保證了其與寧波市獨立坐標系的銜接精度在2cm之內(nèi)。B級控制網(wǎng)的布設內(nèi)部采用強制約束邊的方法進行約束平差，保證了其與施工坐標系的銜接精度1cm之內(nèi)。 <

24、;/p><p><b>　　技術結(jié)論 </b></p><p>　　通過對大橋首級GPS控制網(wǎng)的設計、施測得出如下主要技術結(jié)論： </p><p>　?。?）首級控制網(wǎng)在主橋位置采用深埋鋼管基準點的方式進行埋設建立觀測墩的方法。大大節(jié)省了傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁的成本，為控制點的穩(wěn)定、安全提供了保障。 </p><p>　?。?）G

25、PS測量使用高精度雙頻GPS接收機，活動了高質(zhì)量的的GPS觀測成果。通過加入高精度強制約束邊進行平差的方法大大提高了主橋區(qū)域的控制點精度。為主橋施工定位精度提供了保障。 </p><p>　　（3）數(shù)據(jù)處理使用多種軟件進行平差處理，首級GPS網(wǎng)的點位中誤差均小于±20mm。點位中誤差均在1/3限差以內(nèi)，成果優(yōu)量。通過本工程的實施總結(jié)出在小區(qū)域內(nèi)采用當?shù)鬲毩⒆鴺讼导尤霃娭萍s束邊的平差計算，代替?zhèn)鹘y(tǒng)建立施工

26、獨立坐標系與當?shù)鬲毩⒆鴺讼档霓D(zhuǎn)換的方法還是可行的。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》； </p><p>　　[2]周忠謨，易杰軍，周琪《GPS衛(wèi)星測量原理與應用》北京：測繪出版社，1992； </p><p>