基于全站儀的跨海大橋控制測(cè)量技術(shù)

基于全站儀的跨海大橋控制測(cè)量技術(shù)

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，港口項(xiàng)目越來(lái)越多。港口碼頭,常用混凝土管樁或鋼管樁做地下基礎(chǔ),用打樁船來(lái)將其打入水下。管樁大多是直樁,有一部分是斜樁。在碼頭工程中,利用常規(guī)的打樁船,是比較經(jīng)濟(jì)的。在遠(yuǎn)離海岸的區(qū)域,風(fēng)大浪高,利用GPS打樁系統(tǒng)打樁則是較好的選擇。杭州灣跨海大橋位于杭州灣中部,北起海寧市乍浦鎮(zhèn),南至慈溪市底東鎮(zhèn)豐收閘,大橋全長(zhǎng)36km,水面寬近30km,其中海上橋長(zhǎng)32km,是目前世界第一跨海長(zhǎng)橋。本文在介紹了杭州灣跨海大橋控制測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上,討論了在近海區(qū)70m箱梁樁基施工實(shí)時(shí)用全站儀對(duì)常規(guī)打樁船打樁的定位技術(shù)。1控制網(wǎng)絡(luò)配置1.1網(wǎng)共布設(shè)控制控制點(diǎn)杭州灣跨海大橋首級(jí)GPS控制網(wǎng)測(cè)量由浙江省第一測(cè)繪院2000年8~9月完成研究報(bào)告,2001年5月進(jìn)行施測(cè),2001年11月完成全部工作。首級(jí)GPS控制網(wǎng)共布設(shè)了2l座控制點(diǎn),其中北岸布設(shè)了l0座控制點(diǎn),南岸布設(shè)了11座控制點(diǎn)。2個(gè)大橋橋位軸線初步設(shè)計(jì)樁同時(shí)作為控制點(diǎn)。首級(jí)網(wǎng)3個(gè)點(diǎn)與國(guó)家控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)。在位于橋位軸線樁附近南、北兩岸各設(shè)的4座控制點(diǎn)處分別打入4根樹(shù)根深樁并在樁頂?shù)孛嫔辖ㄔ炝说孛嬗^測(cè)墩。其他點(diǎn)分別采用了埋設(shè)混凝土標(biāo)石、打樁建墩和鑿設(shè)巖層基本標(biāo)石等方式。首級(jí)控制網(wǎng)GPS測(cè)量結(jié)果表明:GPS控制點(diǎn)點(diǎn)位的中誤差全部滿足±20mm的技術(shù)設(shè)計(jì)要求,并且有96.6%的控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差在限差的1/3范圍以內(nèi),精度較高。1.2公共gps參考站在杭州灣跨海大橋工程中,分別在南岸和北岸各建立一個(gè)公共的固定GPS參考站,在水域中間建立了兩個(gè)臨時(shí)性的公共GPS參考站。其中固定參考站可以提供實(shí)時(shí)的RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)和事后的參考站靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù),靜態(tài)數(shù)據(jù)以事后文件方式提供。水域中間的參考站僅提供RTK差分?jǐn)?shù)據(jù),為施工單位提供了便利。參考站網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理后獲得了相對(duì)誤差為10-6~10-7高精度基線向量。1.3gps加密控制點(diǎn)為滿足兩岸和近岸灘涂區(qū)施工平面控制的需要,以兩岸參考站網(wǎng)點(diǎn)為起算坐標(biāo),在兩岸布測(cè)了17個(gè)GPS加密控制點(diǎn),其中南岸11個(gè)點(diǎn)、北岸6個(gè)點(diǎn)。平均邊長(zhǎng)約800m,任何一點(diǎn)與相鄰兩點(diǎn)通視。按《公路全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》一級(jí)精度施測(cè)。平差表明,最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位誤差≤10mm。1.4海中、海中互通為滿足海中施工平面控制的需要,在海中每隔1.8km左右的橋墩承臺(tái)上布測(cè)19個(gè)GPS平面控制點(diǎn),另外在海中平臺(tái)上布測(cè)2個(gè)GPS控制點(diǎn),共21個(gè)加密網(wǎng)點(diǎn)。海中加密網(wǎng)按《公路全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》GPS控制網(wǎng)一級(jí)精度施測(cè),每岸至少與兩個(gè)參考站網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)測(cè),其網(wǎng)形布置成以海中橋墩承臺(tái)連線為公共邊的重疊多層三角形。海中加密網(wǎng)點(diǎn)最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位中誤差≤10mm。1.5施工控制網(wǎng)各施工部門(mén)為了單項(xiàng)工作的方便,還根據(jù)規(guī)范要求采用GPS定位或其他方法隨時(shí)根據(jù)以上數(shù)據(jù)建立自己的施工控制網(wǎng)。2港區(qū)基礎(chǔ)位置測(cè)量方法海上打樁定位測(cè)量方法很多,打樁定位測(cè)量方式的選擇主要依據(jù)工程內(nèi)容和所處的地理位置而定。在出海碼頭用全站儀進(jìn)行管樁的定位測(cè)量是其中一種方法。如圖1所示,為出海碼頭70m箱梁打樁測(cè)量方法。首先分別在下游碼頭、上游碼頭建立2個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系。具體是以最靠岸側(cè)下游的樁中心為坐標(biāo)原點(diǎn),出海方向?yàn)閄軸,上游方向?yàn)閅軸建立獨(dú)立坐標(biāo)系。然后,再根據(jù)圖紙上各橋墩的位置關(guān)系推算其相對(duì)坐標(biāo)。為方便控制觀測(cè),應(yīng)結(jié)合打樁船的構(gòu)造,在打樁船兩側(cè)各做兩個(gè)控制點(diǎn),并精確測(cè)出這2個(gè)控制點(diǎn)到龍口中心(即管樁中心)的距離。2.1轉(zhuǎn)換相對(duì)應(yīng)的理論值直樁測(cè)量只須將每個(gè)直樁的理論坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至假定坐標(biāo)系的坐標(biāo),然后用全站儀,使船上的2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至相對(duì)應(yīng)的理論值即可。設(shè)P的三維測(cè)站坐標(biāo)為P(XP,YP,ZP),則P的假定坐標(biāo)系三維坐標(biāo)P(X,Y,Z)為:X=XP+XPcosα-YPsinαY=YP+XPsinα+YPcosαZ=ZP+ZA式中:α是兩坐標(biāo)系的夾角,ZA是兩高程系的水準(zhǔn)面高差。2.2斜樁有待設(shè)計(jì)高程的控制(1)首先計(jì)算出該斜樁在設(shè)計(jì)標(biāo)高高程時(shí)的理論坐標(biāo),根據(jù)斜率,和實(shí)測(cè)打樁船控制點(diǎn)的高程計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的打樁船兩控制點(diǎn)的坐標(biāo),然后用全站儀對(duì)打樁船的兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行放樣,就可放樣出該斜樁的中心。其公式為:X=X′+(h1-h2)×tanδ×cosα,Y=Y′+(h1-h2)×tanδ×sinα.其中的X′,Y′為設(shè)計(jì)高程斜樁的坐標(biāo),h1為所測(cè)斜樁龍口的即時(shí)高程,h2為斜樁龍口設(shè)計(jì)高程,tanδ為斜率,α為扭角,以斜樁與坐標(biāo)系X軸的夾角,在0°~360°范圍內(nèi)取值。X,Y為斜樁龍口所測(cè)高程處的即時(shí)樁中心坐標(biāo)。(2)斜率控制用打樁船的刻度盤(pán)來(lái)控制斜率。(3)高程控制利用三角高程的方法來(lái)控制。具體做法:首先在距樁頂一定距離(A)處打樁錘用白油漆做上明顯的標(biāo)記,根據(jù)儀器高程和樁頂高程的高差及儀器和樁的距離推算出角度,用全站儀控制。計(jì)算公式為:α=arctan控制點(diǎn)高程H+儀器高i?設(shè)計(jì)高程h?A儀器所在控制點(diǎn)到樁中心的距離S?樁半徑Rα=arctan控制點(diǎn)高程Η+儀器高i-設(shè)計(jì)高程h-A儀器所在控制點(diǎn)到樁中心的距離S-樁半徑R2.3允許的偏差和精度根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求,直樁的偏差不超過(guò)樁徑的1/4,斜樁的偏差不超過(guò)樁徑的1/3。只要認(rèn)真作業(yè),該要求不難滿足。3基于rtk的移船定位測(cè)量當(dāng)工程遠(yuǎn)離岸邊時(shí)、打樁定位雖可采用海工工程遠(yuǎn)距離GPS打樁定位系統(tǒng)。但在打樁施工初期,承臺(tái)距岸邊1000m以內(nèi)時(shí),最好同時(shí)用常規(guī)測(cè)量方式進(jìn)行校核。采用海工工程遠(yuǎn)距離GPS打樁定位系統(tǒng)打樁測(cè)量定位時(shí),由3臺(tái)GPS流動(dòng)站及3臺(tái)測(cè)斜裝置以RTK方式實(shí)時(shí)控制打樁船體的位置、方向和姿態(tài),同時(shí)配合2臺(tái)固定在船上的免棱鏡測(cè)距儀測(cè)定樁身在一定標(biāo)高上的相對(duì)于船體樁架的位置,由此可推算出樁身在設(shè)計(jì)標(biāo)高上的實(shí)際位置,并顯示在系統(tǒng)計(jì)算機(jī)屏幕上。通過(guò)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較,進(jìn)行移船糾位,直至定位精度滿足要求后,再打樁。整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能:(1)在GPS-RTK有效作用距離范圍內(nèi),能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離岸邊施工船的定位。(2)實(shí)現(xiàn)了定位過(guò)程中數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理。(3)以圖形和數(shù)字的形式反映施工打樁的當(dāng)前和設(shè)計(jì)位置,便于操作人員調(diào)整船位進(jìn)行施工打樁。(4)能自動(dòng)生成打樁報(bào)表以及進(jìn)行數(shù)據(jù)的回放。4gps打