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1、工程测量案例库桥梁案例四 苏通大桥施工测量方案苏通大桥施工测量方案1. 总体情况规模空前、环境复杂、重大技术难点多、要求标准高、施工标段 和施工单位多，是一个复杂的大系统工程，必须作到万无一失。为了 达到预期目标，要充分利用高新技术，因地制宜进行创新。该桥规模宏大，施工构筑物，特别是极为关键的主塔及基础离岸 上测量控制点很远（达3km多），加之桥位区域气象复杂，常年多雾 多风，水深流急，还有潮涌，地质稳定性差，诸多不利因素给施工测 量带来困难。为了保证施工高质量顺利进行，应采取周密措施，动员 多种手段进行工程测量。基本方案是：GPS卫星定位+全站仪+水准测 量。这三种手段应充分发挥各自的优势，
2、互为补充克服存在的劣势， 互相检验，形成有机的整体系统，保证工程各环节万无一失。GPS无需通视，不受距离限制，布点灵活，全天候作业，全自动 快速高效，平面定位精度高；其RTK技术更为方便，可以实现准动态 甚至动态测量。这些特点非常适于该大桥的实际情况，对保障施工是 理想手段。但是GPS技术也有其局限性，要求观测区域天空开阔少阻 挡，电磁干扰少，对施工机具和塔架林立的工地来说，受到一定限制； 特别是高程测量精度较低，对高程精度要求高的施工环节往往显得美 中不足。但是我们只要采取适当措施，就可充分发挥其优势。例如在 适当位置布置GPS控制点，再用常规方法进行施工测量；可灵活采用 精度适宜的作业方式
3、；用已知控制点通过曲面拟合求定高程异常，可 以提高高程精度。全站仪精度稳定可靠，受电磁环境制约较少，但是受天气和通视 影响大，观测距离也不能太大。可以说全站仪与GPS优势互补。用全 站仪作业解决GPS无法观测的某些环节，也可用以检验GPS的定位结 果，用外部检验保证可靠性。当然全站仪用于电磁波三角高程，特别 是近地面（尤其是近水面）大气折射影响严重，应进行严格的气象改 正和对向观测或对称观测措施。水准测量对高精度高程观测是必不可少的手段，对近距离施工测 量也很方便。但受距离、高差等制约有时显得很不方便。2. 控制网复测首级控制网是保证全桥整体性的关键基础，鉴于该桥控制网规模 超大，加之桥位区域
4、稳定性差，必须对首级控制网进行超常规复测。2.1复测时间桥墩基础施工前期进行一次；墩台身施工快完成前，即墩、台顶 帽竣工进行一次；对使用频繁的关键控制点应半年作一次局部复测。2.2复测方法2.2.1全网复测按建立首级控制网的方案进行；局部复测用GPS 静态相对定位法，作业仪器不少于3台。2.2.2高程控制网全网复测按建立首级网方案；局部复测视情况可用精密水准或电 磁波三角高程。2.3复测组织实施全网复测应统一组织，按整体方案进行；局部复测由施工单位自 行组织，但各单位之间要及时交换资料，对变化的情应适当处理；跨 江高程复测由承担主墩工程的两单位协同进行。3. 控制网加密为了方便施工，以首级控制
5、网为基础按施工需求，在近岸适当位 置（包括测量平台和施工平台）建立一定数量的施工控制点，供施工 放样和监测使用。平面控制点以GPS静态相对定位施测；高程控制点用电磁波三角 高程施测。控制网加密视工程进展的需要分期灵活布置，不必一次完成；在 施工进程中要经常性地对施工控制点进行检测，主要通过与首级控制 点连测进行检测。4. 主塔基础施工测量主塔离岸控制点达3km之多，江面常年多雾，气象复杂，通视困 难，若在施工进程中完全用全站仪等光学仪器进行施工测量，存在较 多困难，结合实际情况，充分发挥君PS+全站仪”的优势，保证施工 顺利进行。当前GPS静态相对定位精度可达平面：3mm +1皿GPS高程：1
6、0mm +1 ppmRTK定位精度可达平面:10mm +1心，根据该桥的实际情况，允许 高程：20mm + 2 ppm在主塔基础附近设置测量平台，并作为防撞设施，这就为GPS+全站仪”提供了很好条件。4.1钻孔桩施工测量钻孔桩施工平台塔建过程中可以用GPS RTK进行定位，定位速度 快，针对该桥水深流急气象复杂的情况，RTK可实时提供动态变化， 使平台能准确定位。测量平台的搭建，初步定位可用RTK，旦建成，可用“GPS静 态相对定位十全站仪电磁波三角高程”高精度确定其空间位置，作为 放样和检测的依据。在使用过程中也可经常用该办法与高等级控制点 连测，检验其稳定性。钻孔桩的施工，可以用“GPS静
7、态相对定位+全站仪三角高程” 在平台上测设桩位轴线控制点，并定期以高级控制点检测其稳定性； 桩位放样可以以平台上的轴线控制点用全站仪或钢尺，用常规办法进 行；钻孔平台在洪水期和大风浪涌情况下可能发生移位变形，紧急情 况下可用GPS RTK对其进行监控，以便采取应急措施。4.2钢吊箱围堰与承台施工钢吊箱围堰的施工中，一般情况下以施工平台和测量平台控制点 为依据，用全站仪进行定位作业。施工中的锚碇系统，可以用GPS RTK 放样定位，并用全站仪进行检核；在吊箱拼装定位、底板施工、封底 混凝土施工的关键阶段，考虑到外界条件（水位、水流、浪涌、风等） 的影响，可以用GPS RTK随时监控锚碇系统的稳定
8、性和动态变化，以 便施工中采取应急措施。在吊箱施工定位完成到封底砼强度达到要求 前的一个阶段内，对围堰在特殊恶劣条件下的稳定性，也可以用GPS RTK进行监测，确保万无一失。承台施工，包括承台的竣工测量，均可用“GPS静态相对定位十 全站仪”进行工作；在承台施工完成后，用同样办法在承台上按设计 建立主塔轴线控制点，作为主塔施工的依据。4.3关于GPS高程的问题在深水基础施工中，由于离岸远，加上气象条件影响，电磁波三 角高程传递比较费事，在某些特定情况下，急需知道施工高程。在施 工测量中GPS可以高精度提供平面位置，但是获取的高程数据误差较 大。为了提供精度较高的高程数据，可以用二次曲面拟合的办
9、法解决 高程异常问题。以岸上水准点和施工中建立的平台（施工平台、测量 平台）高程控制点作为依据，进行二次曲面拟合，以求取桥址区域点 的高程异值。点的高程异常为q= h -气（1）式中H大地高H 丫正常高拟合式为：q= a + a x + a y + a xy + a x 2 + a y 2（2）012345其中a .拟合系数；x, y 点的平面坐标。用6个以上已知点的高程异常值，即可用最小二乘法解算拟合系 数；对待定点，用其平面坐标即可求取其高程异常值，从而获得其高 程值。设有n个控制点，已知其正常高和GPS大地高，由（2）式出发，用矩阵形式表示:V = Ax + L其中(3)A=1:X1X2
10、:y1 2:X21X22:X1 y1X 2 y 2:y2 _1XnynX2nXnyny 2nx = a0a1a aa4a tL = G 、iG2GT（4）最小二乘法求解矩阵（5）x = -（A t PA）-i （A t PL） 式中p为已知点高程异常的权阵。对于待定点，用（5）式解出的拟合系数及点的X、y坐标，用（2） 式即可求出其高程异常值，进而与点的GPS大地高用（1）式求出点 的高程。为了削弱卫星轨道径向误差带来的GPS大地高误差，以上拟合系 数可以是固定的，但是已知点的GPS大地高，应该使用当次连测定位 时的大地高。对于位于平原地区，且范围不大的桥址区来讲，该办法获取的高 程数据一般情
11、况下与GPS设备标称的高程精度相当，即当前所说的：J 静态 土 10mm+ 1 ppmRTK 土 20 mm + 2 ppm在该桥施工过程中，我们将掌握大量GPS+全站仪（包括水准仪） 的数据、通过解算和统计分析，将得到全面系统的高程异常数据，对 这些结果的深入研究，为我们今后在大型工程中更好应用GPS进行高 程测量提供更科学的办法，这是一个非常有意义的课题。GPS大地高测量还可用于桥塔基础的沉降观测，我们可以用多个 已知点对塔基进行连测获取观测点对已知点的大地高差，因为是高 差，从而削弱了卫星轨道的径向误差的影响，只要运用双频仪器，并 作气象改正，用好的计算模型是可以获取具有一定精度的沉降数
12、据 的。5. 主塔施工测量5.1主塔控制基点如4.2所述，承台竣工后即可用“GPS静态相对定位+全站仪” 在承台顶面建立主塔轴线控制点，作为塔柱施工的平面控制基点；用 电磁波三角高程在承台顶面建立塔柱高程传递基点。5.2塔柱和轴线投测放样在塔柱分节段施工过程中，用“精密天顶基准线法”把塔柱轴线 逐层投测上去，作为立模依据。为了检验轴线投测可靠性，可以用 GPS静态相对定位法进行检核。5.3塔柱高程传递在塔柱施工过程中，在关键部位如下塔柱、横梁、中塔柱、上塔 柱等部位设点用电磁波三解高程检测其高程，并按设计进行误差调 整，防止误差积累。5.4斜拉索导管定位测量依据主塔投测轴线及高程传递进行定位，
13、用全站仪检测。5.5主塔垂直度检测在主塔不同高度埋置棱镜，用全站仪“测距+轴线投测”法检测 主塔垂直度。6. 主桥钢箱梁架设测量主桥钢箱梁架设施工中桥轴线和高程测量以桥轴中心控制点和 主塔横梁高程控制点为依据，用“全站仪+水准测量”进行。由于该 桥跨度大，水准测量视距不能太长，可以视现场实际，在适当位置布 置水准工作基点或用电磁波三角高程。主梁架设合拢前可以用GPS RTK监控其横向稳定性，特别是大风 天气或其他恶劣因素，可以进行不间断实时监测。7. 引桥及其他构筑物施工测量引桥及其他构筑物的施工测量可因地制宜分别采用GPS、全站仪、 水准仪进行，也可用它们的组合办法进行，尽量发挥它们的优势，在 确保可靠性的前提下，追求高效方便。8. 与施工控制的协调配合根据施工设计和施工控制设计，施工测量方案应与施工控制监测 在控制点和工作基点布设、测点布置、测量方法和精度以及测量时机 的选择上尽量协调一致，尽量避免复杂外界条件衍生的不利条件和矛 盾。方案起草：华中科技大学教授、博导赵文光审 查：中国工程院院士宁津生教授2003年3月
