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    港珠澳大橋建設中用到了哪些測繪知識

    2018-10-27 14:28:57 來源: 測繪地信
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    大橋跨越珠江口伶仃洋海域,連接香港、珠海、澳門三地,項目全長約50公里,海中橋隧工程總長約35.58km。整個工程施工質量與測量精度密切相關,其中用到了不少測繪專業技術。


    港珠澳大橋總平面圖 | 中國政府網

    一、首級控制網的布測

    港珠澳大橋屬特大型跨海橋隧工程,它跨越粵、港、澳三地,三地的坐標及高程系統互不相同,為了做到高精度、一網多用、長期保持大橋測量基準的穩定和統一,必須先行建立統一的首級平面及高程控制網,將港珠澳大橋的測量基準全部統一到該網基礎之上,以保證后續勘測、施工測量及變形測量監控的順利開展。

    港珠澳大橋首級控制網建網測量于2008年9月至2009年2月間完成,共布設了16個GPS平面兼高程控制點,分別按國家B級GPS控制網和國家一、二等水準測量的精度要求進行設計和測量。控制網平差后的成果精度,均達到了技術設計書規定的精度指標。


    港珠澳大橋首級平面控制網示意圖


    港珠澳大橋首級高程控制網示意圖

    根據建網成果報告中所示:

    首級平面控制網中,CGCS2000坐標系下最弱點GZA08的二維點位中誤差為±3.8mm,最弱邊GZA04—GZA06的相對中誤差為1/764013;工程獨立坐標系下最弱點GZA08的二維點位中誤差為±3.5mm,最弱邊GZA04—GZA06的相對中誤差為1/837388;

    首級高程控制網中,一等水準測量每公里往返測高差中數的偶然中誤差為±0.36mm,二等水準測量每公里往返測高差中數的偶然中誤差分別為±0.48mm(香港測區)和±0.26mm(澳門測區)。

    二、工程坐標系設計

    由于大橋呈近似東西走向、占線長、經度跨越范圍大、工程路面高程變化大(約41.7 ~56.0m) ,國家或地方坐標系在工程區域內存在較大的投影長度變形,為此,必須建立投影變形滿足施工需要的工程獨立坐標系。又因橋梁和隧道的平均高程面差距較大,且沉管隧道施工對測量定位的精度要求高,故需分別建立橋梁工程坐標系和隧道工程坐標系。


    工程坐標系設計參數

    坐標系的投影長度變形主要受兩部分因素的影響:

    (1)實量邊投影到參考橢球面上的長度變形

    (2)參考橢球面上的長度歸算到高斯平面上的長度變形

    港珠澳大橋工程坐標系采用高程抵償面的任意帶高斯正形投影方法,目的是最大限度地減小坐標投影的長度變形。然而,由于全橋中線處在不同的經度位置,中線各處的橋面高程也不一樣,因此,按統一的中央子午線和平均高程面設計的工程坐標系,不可能完全消除投影變形對工程施工的影響,只能使其降至最低。

    經過計算和分析可知: 使用工程坐標系放樣時,主體工程區域內橋梁的投影長度變形值綜合影響在(-4.0~+4.9) mm內; 隧道的投影長度變形值綜合影響在 (-2.7~+3.9) mm內。主體工程投影長度變形均在 ±5 mm/km 以內,滿足工程應用的要求。


    主體工程投影長度綜合變形的變化曲線

    三、沉管隧道貫通測量

    和陸地隧道相比,海上沉管隧道是由預制管節水下對接而成,受環境條件的限制,隧道口控制點布設困難,觀測條件更差。

    沉管隧道不僅要對不同施工面的最終貫通偏差進行控制,還要評估每一個管節的安裝效果,為后續管節的安裝提供指導,這無疑對貫通測量提出了更高的技術要求。

     


    港珠澳大橋沉管隧道平面示意圖

    創新性提出的針對沉管隧道的雙線形聯合鎖網布測方法。通過陸上 1:1 模擬試驗和工程實測數據分析,驗證了雙線形聯合鎖網的精度和可靠性。與全導線網相比,雙線形聯合鎖網精度提高 15%~30%,可靠性也有小幅提升。


    隧道內控制網布設方案

    雙線形聯合鎖網,兩個全導線網的每一對控制點都進行短邊聯系測量。短邊角度測

    量受儀器本身的誤差、對中誤差和覘標照準誤差影響較大,角度觀測值誤差易超限,只進行邊長測量。


    沉管安裝測量定位流程示意圖

    四、控制網監理復測

    控制網監理復測的目的有兩個,一是復核控制網的建網觀測和計算質量,驗證控制網測量成果的精度是否達到規定要求; 二是通過復測成果與建網成果的比較分析,全面評估控制點的穩定性,并對控制網檢測與復測、控制點保護提出建議。

    復測外業從2008年12月21日開始,到2009年5月27日全部結束,內業數據處理和資料整編與分析總結工作在6月底完成。第一次復測的GPS控制網網點16個,同時聯測珠海測區已知GPS控制點3個;高程控制網復測一等水準路線的總長度為249.2 km,二等水準路線的總長度為95.2 km,連測水準點124個;考慮到大橋工程需要進行三維定位,所有觀測墩墩頂均進行了二等水準聯測。(小煤球云丹)
     

    參考文獻:

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    [2]吳迪軍, 熊偉. 港珠澳大橋工程坐標系設計[J]. 測繪通報, 2012(1):53-55.

    [3]熊金海, 吳迪軍等. 特大型跨海橋隧工程測量基準的建立與維護[J]. 測繪地理信息, 2013, 38(1):49-51.

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    [5]港珠澳大橋島隧工程項目測量技術與控制.

    [6]李冠青, 黃聲享. 港珠澳大橋沉管隧道貫通誤差預計[J]. 測繪科學, 2016, 41(12):10-13.

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    [9]吳迪軍, 熊偉, 鄭強. 港珠澳大橋首級控制網復測方法研究[J]. 工程勘察, 2011, 39(9):74-78.

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