港珠澳大橋島隧工程項目測量技術和控制

./〔6測量技術與控制目錄1、施工測控關鍵技術分析-1-2、施工測控關鍵技術解決方案-1-3、施工測量控制-2-3.1施工控制網-2-1>、首級控制網和首級加密網檢測-2-2>、施工加密控制網建立-2-3>、施工控制網復測-2-4>、GPS參考站系統(tǒng)-2-5>、坐標及高程系統(tǒng)-3-3.2人工島-3-1>、格型鋼板樁打設定位控制-3-2>、隧道暗埋段對接基準面控制-3-3.3隧道基礎-3-1>、基槽測量精度控制-3-2>、減沉樁測量控制-3-3>、基床施工測量控制-3-3.4隧道沉管段測控-4-1>、管節(jié)控制點標定-4-2>、沉放測量控制-4-<1>、近岸段沉管定位-5-<2>、遠岸段沉管定位-5-3.5島隧結合部橋梁測量控制-6-3.6沉降位移測量-6-3.7貫通及竣工測量-6-4、測量控制管理-6-4.1測量組織管理-6-4.2測量質量控制管理-6-1、施工測控關鍵技術分析島隧工程施工質量與測量精度密切相關。有別于一般陸上測控技術,島隧工程測控主要具有以下四個特點：離岸長基線,測量現場處于海上,常規(guī)測量手段不能滿足測控精度要求；氣象、水文等海上復雜環(huán)境因素對測量精度影響較大；格型鋼板樁、減沉樁打設、基槽開挖、基床整平、管節(jié)沉放定位等均為動態(tài)、水下測控目標,測控技術要求高；測控點多面廣、測控技術應用多。針對以上測控特點,島隧工程測控關鍵技術及管理歸納為以下四個方面：長基線高精度測控技術；自動化、智能化高精度測量控制技術；動態(tài)、水下高精度測量定位技術；④大型復雜海上工程測量技術與控制管理。2、施工測控關鍵技術解決方案針對測控關鍵技術提出有效解決方案,提高測控精度和效率,合理配置高精度鑒定合格的儀器設備、專業(yè)軟件及技術人員,確保島隧工程測控質量。施工測控關鍵技術解決方案見表2-1。表2-1施工測控關鍵技術解決方案施工測控關鍵技術施工測控關鍵技術解決方案儀器設備標稱精度長基線高精度測控技術加密施工控制網點②加密GPS參考站③GPS靜態(tài)測量雙頻GPS接收機LeicaGX1230靜態(tài)平面精度：±〔3mm+0.5ppm靜態(tài)高程精度：±〔6mm+0.5ppm自動化、智能化高精度測量控制技術測量機器人動態(tài)環(huán)境幾何形態(tài)測控自動化、智能化高精度電子水準儀電子測量采用鑒定合格的專業(yè)測量軟件測量機器人LeicaTCA2003測角精度：±0.5″測距精度：±<1mm+1ppmD蔡司DiNi03:精度±0.3mm/Km動態(tài)、水下高精度測量定位技術CORS系統(tǒng)GPS臺站網技術高頻率動態(tài)GPS無線網絡定位系統(tǒng)多波束測深系統(tǒng)沉管水下定位系統(tǒng)。系統(tǒng)包含拉線單元、陀螺羅經、距離傳感器等,精確測量水下沉管相對角度和距離,獲知沉管三維姿態(tài)雙頻GPS接收機LeicaGX1230動態(tài)平面精度：±<10mm+1ppmD動態(tài)高程精度：±<20mm+1ppmD挪威EM3002型多波束測深儀測深精度：±5cm沉管水下定位系統(tǒng)拉線精度：±10mm距離傳感器精度：0.02%S大型復雜海上工程測量技術與控制管理建立集成化測控技術與控制管理體系建立完善的測控質量保證體系3、施工測量控制3.1施工控制網施工測量遵循"從整體到局部,先控制后施工"的原則。大橋控制網分四級,分期逐級布設。施工前期利用港珠澳大橋管理局〔業(yè)主提供的一、二等首級控制網和首級加密網進行測量控制,待人工島區(qū)域或防撞墩具備條件時,設置施工加密控制點,建立三、四等施工加密控制網,由此進行各分項工程測量放樣、定位等工作。1>、首級控制網和首級加密網檢測通過測控中心和監(jiān)理獲取相關測量技術資料,并結合島隧工程測控要求,編制測量技術設計書,對施工需用的首級網控制點、首級加密控制點進行檢測。檢測成果與設計移交控制點成果進行對比分析,編制檢測成果報告?？刂凭W檢測等級基本與原網同等精度。平面采用GPS靜態(tài)測量法,按《全球定位系統(tǒng)〔GPS測量規(guī)范》B級精度要求；陸地高程采用電子水準儀電子測量法,按國家二等水準測量精度要求。一、二等網檢測主要精度指標：相鄰GPS點間基線水平分量中誤差≤±5mm,垂直分量中誤差≤±10mm。首級控制網檢測示意圖見圖3.1-1。圖3.1-1首級控制網檢測示意圖2>、施工加密控制網建立根據不同施工階段及精度要求,合理分期、分級布設施工加密控制網。先后在東、西人工島穩(wěn)定且易于保護區(qū)域布設施工加密控制點,隧道沉管內施工加密控制點按精密導線要求布設,人工島及島隧結合部橋梁加密控制點按精密導線或測邊網要求布設。要求加密控制網圖形強度較好,并至少與3個高等級控制點聯測。擬布置人工島施工加密控制網平面示意圖見圖3.1-2。施工加密控制網采用GPS靜態(tài)測量技術、精密導線或三角鎖測邊技術。三、四等施工加密控制網按照交通部現行《公路勘測規(guī)范》〔JTGC10的相關規(guī)定進行施測。GPS高程擬合法建立四等高程控制網時,采用測控中心確定的擬合模型,進行內外符合精度檢驗,同時采用精密水準儀幾何水準法或電子水準儀電子測量法進行檢驗和高程修正。施工加密控制網主要精度控制指標：最弱相鄰點點位中誤差±10mm,每千米水準測量偶然中誤差±3mm。圖3.1-2擬布置人工島施工加密控制網平面示意圖3>、施工控制網復測根據施工要求,對施工控制網進行不定期或定期復測。原則上,一、二等首級控制網和首級加密網每年復測一次,三、四等施工加密控制網每3個月復測一次。復測成果與上期成果進行對比分析,判斷點位變化情況,對坐標及高程變化較大且不滿足規(guī)范要求的點進行數據更新處理,上報監(jiān)理工程師和測控中心審批。4>、GPS參考站系統(tǒng)應用大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)〔HZMB-CORS進行定位測量,應符合測控中心制定的標準規(guī)定。根據測區(qū)情況,按測控中心制定的標準規(guī)定及規(guī)范要求,擬建立GPS加密多參考站。多參考站可避免施工船舶對信號的影響,提高數據采集穩(wěn)定連續(xù)性,同時在減少系統(tǒng)誤差的基礎上提高移動站定位精度,監(jiān)測參考站控制網絡系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性,并實時監(jiān)測東、西人工島基準點沉降、位移,實時修正基準數據。5>、坐標及高程系統(tǒng)平面統(tǒng)一采用施工坐標系,主體工程范圍內的橋梁、島隧連接段及人工島施工使用橋梁施工坐標系,沉管隧道施工使用隧道施工坐標系。根據實際需要建立局部施工坐標系,并建立相應坐標轉換。高程系統(tǒng)采用1985年國家高程基準。處理好香港1980坐標、PD高程與內地北京1954坐標、國家1985高程及澳門坐標、高程的轉換關系。3.2人工島人工島分項施工測量主要包括：基礎挖泥清淤、SCP砂樁、格型鋼板樁以及隧道暗埋段施工測量等。1>、格型鋼板樁打設定位控制在格體上安裝GPS-RTK接收系統(tǒng),無線數據傳輸,將GPS天線位置的實時坐標數據傳輸到控制室計算機,通過專用軟件進行數據處理,將格體設計位置、實際位置及扭角在電腦顯示屏以圖形顯示,直觀指導施工。同時在格型鋼板樁上安裝傾斜儀,實時測量傾斜度,及時進行動態(tài)調整,精確控制格體鋼板樁垂直度。2>、隧道暗埋段對接基準面控制在島上穩(wěn)固基礎上加密施工控制網,并聯測首級控制網,采用高精度測量儀器按常規(guī)測量方法進行現澆暗埋段施工放樣定位。暗埋段中心軸線、平整度、高程以及傾斜度對測量精度要求較高,必須進行多余觀測,形成檢核條件,確保隧道沉管對接基準面的可靠精確性。暗埋段施工完成,將結構中線、高程引設在暗埋段內,其內分測點的布設與運營監(jiān)測點統(tǒng)一考慮。3.3隧道基礎1>、基槽測量精度控制測量定位控制是在挖泥船上安放GPS接收機,在挖泥過程中通過GPS-RTK實時差分獲取高精度三維坐標。挖泥抓斗船施工測量示意圖見圖3.3-1。采用EM3002型多波束測深系統(tǒng)進行基槽開挖檢測,開挖精度控制標準：0～-500mm?；蹨y量精度控制綜合考慮抓斗尺寸、GPS定位精度、測深精度以及波浪影響,采用潮位實時遙報系統(tǒng)以及抓斗船自定深系統(tǒng)。為避免受潮流影響產生漂斗,精挖施工選擇在平潮、浪高小于0.5m的時段進行?；坶_挖過程中,經常復核測量基準控制點和GPS定位系統(tǒng),校核基槽定位。圖3.3-1挖泥抓斗船施工測量示意圖2>、減沉樁測量控制減沉樁測量控制采用GPS定位系統(tǒng)。GPS沉樁定位系統(tǒng)雙頻GPS接收機測定船體三維坐標,傾斜儀測定船體縱、橫空間姿態(tài),免棱鏡全站儀測定船體與沉樁相對位置及貫入度。通過相關輔助軟件計算分析處理,實時解算減沉樁樁身位置,并以數據與圖形相結合的形式在輸出設備中顯示,以便準確直觀、快速引導打樁船調整樁位,直至樁位偏差小于允許偏差。GPS沉樁定位系統(tǒng)平面布置示意圖見圖3.3-2。圖3.3-2GPS沉樁定位系統(tǒng)平面布置示意圖3>、基床施工測量控制基床整平通過操作整平船供料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、測量監(jiān)控系統(tǒng)及攤鋪系統(tǒng)完成。要求對操作平臺、下料管平面位置、高程及工后碎石面高程進行嚴格控制。平面控制采用高精度GPS定位系統(tǒng)；高程控制擬采用mmGPS綜合測量技術?；舱綔y量控制校核示意圖見圖3.3-3。拋石管平面及高程控制采用GPS快速靜態(tài)法,自動跟蹤全站儀進行基準傳遞。拋石管底部附近設傾斜儀,進行傾斜管理,主要是檢測拋石管底部因卡住、障礙物等而產生的顯著傾斜。測量潮流速度,當拋石管放到施工深度后,進行聲納調零〔修正。碎石整平施工后,確認成形,并進行檢測。檢測成形后發(fā)現不良地點時再次整平,并再次檢驗。碎石基床整平主要精度指標：表面平整度±25mm,高程控制±20mm。圖3.3-3基床整平測量控制校核示意圖3.4隧道沉管段測控沉管隧道地處珠江口通航水域,其水文、氣象、地質及環(huán)境條件復雜,管節(jié)定位精度要求極高。沉管隧道安裝近岸段采用測量塔法〔GPS與全站儀進行定位,遠岸段采用沉管水下定位系統(tǒng)進行對接相對定位,并以管內精密導線進行最終絕對定位檢核。為確保隧道定向質量,可采用激光經緯儀或陀螺經緯儀進行初步檢查,將隧道外部坐標系統(tǒng)傳遞到隧道內布設的強制對中觀測墩上,使隧道內、外坐標系統(tǒng)相一致。管節(jié)聯系測量采用測量機器人、強制對中觀測墩以及照準裝置,并按精密導線進行測量,以提高測量精度和數據采集效率；高程采用電子水準儀電子測量法,按國家二等水準精度要求。1>、管節(jié)控制點標定管節(jié)按常規(guī)測量方法完成預制后,精確測定管節(jié)內外控制點相對于管節(jié)軸線的三維坐標與幾何尺寸,并進行標定,主要用于隧道沉管聯系測量、貫通測量及坐標轉換。通過管節(jié)頂面標定控制點,精確測定測量塔控制點相對于管節(jié)軸線的三維坐標與幾何關系,從而通過測量塔GPS接收機或全站儀精確測定待沉管節(jié)三維坐標及空間姿態(tài)。GPS測量塔標定控制點及管節(jié)標定示意圖見圖3.4-1。圖3.4-1GPS測量塔標定控制點及管節(jié)標定示意圖2>、沉放測量控制管節(jié)沉放前,采用多波束測深系統(tǒng)進行掃床測量；管節(jié)沉放過程中,進行管節(jié)三維姿態(tài)測量；管節(jié)沉放對接后,進行管節(jié)三維姿態(tài)、精密導線、沉降及位移測量；水下最終接頭施工前,對最后沉放的三節(jié)進行聯系測量；沉管貫通后進行貫通測量。沉管安裝測量定位流程示意圖見圖3.4-2。近岸段安裝定位近岸段安裝定位遠岸段安裝定位測量塔GPS系統(tǒng)與自動跟蹤全站儀定位測量準備管內精密導線檢測,沉管安裝微調沉管安裝定位監(jiān)控復核,監(jiān)理檢查、驗收GPS定位系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測動態(tài)GPS-RTK粗定位沉管安裝水下定位系統(tǒng)沉管水下定位系統(tǒng)驗證沉管標定定位數據計算,監(jiān)理審核圖3.4-2沉管安裝測量定位流程示意圖沉管安裝動態(tài)GPS測量是數據采集、分析及處理的全過程。動態(tài)GPS數據采集流程示意圖見圖3.4-3。通過實時監(jiān)控系統(tǒng),分析測量數據的準確性,并根據界定參數,實現測量數據可靠性。沉管對接主要精度控制指標：管節(jié)豎向偏差：20mm；管節(jié)水平〔與隧道軸線偏差：35mm；管節(jié)中軸線對接誤差±10mm。圖3.4-3動態(tài)GPS數據采集流程示意圖<1>、近岸段沉管定位沉管浮運至預安裝位置及沉管初期的沉放由沉管頭尾兩端的測量塔GPS接收機、自動跟蹤全站儀及數據顯示設備來完成。近岸段采用GPS測量塔法或自動跟蹤全站儀實現沉管安裝精確定位,并用管內精密導線校核,同時對遠岸段沉管水下定位系統(tǒng)進行驗證。<2>、遠岸段沉管定位隨著沉管水下定位系統(tǒng)在近岸段的檢核驗證,在遠岸段采用經反復驗證的沉管水下定位系統(tǒng)實現隧道沉管安裝精確定位,并用管內精密導線進行檢核。沉管安裝水下定位系統(tǒng)可精確測量沉管對接端的相對位置,具有相對定位精度極高、易于安裝以及數據采集可靠且穩(wěn)定等特點。沉管下放前期,系統(tǒng)拉線測量單元測量的相對角度、距離數據及光纖陀螺羅經運動傳感器數據實時傳輸到控制室,逐步下沉,調整沉管。沉管下放至已沉沉管40cm時,距離傳感器開始工作,實現沉管精密相對定位。沉管安裝水下定位系統(tǒng)關鍵參數示意圖見圖3.4-4,沉管安裝水下定位系統(tǒng)連接示意圖見圖3.4-5,沉管安裝水下定位系統(tǒng)設備安裝位置示意圖見圖3.4-6,沉管安裝水下定位系統(tǒng)對接面測量設備見表3.4-1。圖3.4-4沉管安裝水下定位系統(tǒng)關鍵參數示意圖圖3.4-5沉管安裝水下定位系統(tǒng)連接示意圖圖3.4-6沉管安裝水下定位系統(tǒng)設備安裝位置示意圖表3.4-1沉管安裝水下定位系統(tǒng)對接面測量設備沉管A面〔已沉沉管沉管B面〔待沉沉管●·任意位置●距離傳感器參照板4個拉線掛環(huán)1個防水電纜艙1個距離傳感器固定板4個防水電纜艙1個拉線測量單元固定板1個項目經理測量管理中心東人工島測量隊項目總工程師測控中心項目經理測量管理中心東人工島測量隊項目總工程師測控中心監(jiān)理、監(jiān)控單位專家顧問西人工島測量隊島隧結合部測量隊干塢測量隊沉管預制測量隊沉管隧道測量隊監(jiān)測控制專業(yè)測量隊基礎施工測量主要采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)〔GPS進行施工控制,輔以徠卡TC1800全站儀和NA2精密水準儀校核。注意相鄰標段各銜接點處控制點坐標和高程的復核,確保銜接點坐標和高程一致。承臺上的高程基準傳遞至立柱、墩身、帽梁以及橋面,其高程基準傳遞方法以全站儀EDM三角高程對向觀測及水準儀鋼尺量距法為主,以GPS衛(wèi)星定位靜態(tài)測量法作為校核。采用精密水準儀幾何水準法控制支座頂高程,嚴格控制支座縱橫向軸線及扭轉。橋面系施工測量按常規(guī)施工測量。3.6沉降位移測量施工過程中,按規(guī)定要求進行橋梁、隧道及人工島等重要工程的變形測量,及時整理有關資料,反饋建筑物變形信息。當發(fā)現沉降、位移值出現異常時,立即上報監(jiān)理工程師、測控中心。工作基點水平位移測量選用視準線法、全站儀法和GPS法；垂直位移采用電子測量方法。測點布置及觀測頻率按監(jiān)控要求,觀測精度按現行國家標準《建筑變形測量規(guī)程》三等精度要求,點位±10mm,高程±2mm。為提高觀測精度,采用強制對中觀測墩,實現測量數據采集實時化,處理自動化,輸出標準化,并建立監(jiān)控量測數據庫。3.7貫通及竣工測量貫通測量內容包括隧道內部、島隧結合部橋梁及大橋整體貫通測量。首先對加密控制網進行復測,并聯測3個以上大橋首級控制點。隧道內部貫通平面測量采用精密導線或邊角線形鎖方法,島隧結合部及整體貫通測量采用GPS靜態(tài)測量,按《全球定位系統(tǒng)〔GPS測量規(guī)范》B級精度要求；高程采用電子水準儀電子測量法,按國家二等水準測量精度要求。竣工測量是評定和衡量施工質量的重要指標。按照技術規(guī)格書和施工驗收規(guī)范的規(guī)定或監(jiān)理工程師指示,參照測量控制網要求,布設滿足工程驗收精度要求的控制網,并進行測量。竣工測量成果、資料整理和測圖格式、比例符合技術規(guī)格書和監(jiān)理工程師要求。根據測量成果編制竣工測量資料,并整理、分類歸檔保存。4、測量控制管理4.1測量組織管理為確保大橋