港珠澳大橋島隧工程GPS控制點穩(wěn)定性研究

孫丕川，黃聲享，李冠青

(武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢430079)

一、引 言

港珠澳大橋主體工程島隧工程起于粵港分界線，止于西人工島結(jié)合部非通航孔橋西端，全長約7440 m。東人工島東邊緣距粵港分界線約366 m，西人工島東邊緣距伶仃西航道約2000 m，兩島長度均為625 m，兩島最近邊緣間距約5584 m。目前在東、西人工島北側(cè)分別建設(shè)測量平臺各一個。島隧工程首級加密控制網(wǎng)測量工作對于建立島隧工程統(tǒng)一的測量基準(zhǔn)具有重要意義，為沉管安裝的精確定位及貫通測量提供穩(wěn)定可靠的保障。

穩(wěn)定的基準(zhǔn)是建筑物變形分析的重要參照，由于港珠澳大橋GPS控制點位于人工島上，因水位變化及其他一些環(huán)境因素的影響，會使施工區(qū)發(fā)生一定的變形，必須加強(qiáng)監(jiān)測和穩(wěn)定性分析，來分析變形對GPS控制點的穩(wěn)定性的影響。本文結(jié)合工程實際情況，利用三倍中誤差法進(jìn)行了相應(yīng)的控制點穩(wěn)定性研究。

二、GPS觀測和數(shù)據(jù)處理

本文所涉及的港珠澳大橋島隧工程GPS控制網(wǎng)由11個控制點組成，其中，東人工島埋設(shè)測量控制點6個，西人工島埋設(shè)測量控制點5個。目前，監(jiān)測工作已經(jīng)進(jìn)行多期，根據(jù)歷次復(fù)測各控制點的穩(wěn)定性狀況及現(xiàn)場施工測量需求，至今還在使用中的點位有:

1)東人工島 DD03、DD05、DD06、DD09。

2)西人工島 XD03、XD05、XD06、XD07、XD10。

其中，DD09、XD10兩點是后期復(fù)測時新增加的控制點。根據(jù)現(xiàn)場條件及控制點穩(wěn)定性要求，在鋼圓筒及副格上焊接觀測平臺和觀測墩，埋設(shè)強(qiáng)制對中裝置，控制點頂標(biāo)高約為8.0 m，圖1為島隧工程首級加密控制網(wǎng)圖，由于基線長短差異較大，故東、西島間的跨?；€未在圖上標(biāo)出。

圖1 島隧工程首級加密控制網(wǎng)示意圖

GPS平面控制網(wǎng)采用靜態(tài)觀測模式，將島隧工程首級加密控制網(wǎng)點同東、西島測量平臺參考站及全站儀觀測墩點、HZMB-CORS站、香港小冷水CORS站等共計19個點進(jìn)行聯(lián)測。每期共觀測3個時段，每個時段長度不少于23 h，網(wǎng)形如圖2所示。GPS觀測的基線解算采用GPS精密處理軟件Gamit v10.4配合精密星歷進(jìn)行。單點單時段的GPS有效觀測數(shù)據(jù)不少于20 h。采用科傻(CosaGPS)數(shù)據(jù)處理軟件，按照公路二等的要求對解算完畢的基線進(jìn)行重復(fù)基線檢核、GPS環(huán)閉合差等檢驗。經(jīng)檢驗全部符合技術(shù)要求。

圖2 聯(lián)測構(gòu)網(wǎng)示意圖

同時使用TBC軟件對起算點進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算，通過平差計算發(fā)現(xiàn):HKSL、YELI、YNHN的穩(wěn)定性良好;LRS1、LRS2由于是海中平臺上的點，穩(wěn)定性相對于CORS站較差，但差值不大，可以作為起算點使用。

三、穩(wěn)定性分析方法

采用3倍中誤差法進(jìn)行分析。對數(shù)據(jù)進(jìn)行二維約束平差后，得到控制點的平面坐標(biāo)及各點的點位中誤差，根據(jù)兩期觀測同一控制點的點位中誤差，可以計算出點位坐標(biāo)變化允許值，計算方法為式中，mP1、mP2分別是原測網(wǎng)與復(fù)測網(wǎng)同一控制點的點位中誤差，取其平方和開方的3倍作為點位坐標(biāo)變化允許值，即MP=3mP。

然后計算兩期網(wǎng)中同一控制點的點位較差

式中，xP1、yP1、xP2、yP2分別為原測網(wǎng)和復(fù)測網(wǎng)相應(yīng)點的坐標(biāo)。因此，對于網(wǎng)中任意一點，如果ΔP不超過MP，則認(rèn)為點位是穩(wěn)定的。

四、結(jié)果分析

圖3是兩期的點位位移矢量圖。由圖3可見，XD03、XD07、XD06、DD05 點的位移相對較大。

根據(jù)最新兩期復(fù)測數(shù)據(jù)及平差結(jié)果對7個控制點進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果見表1。

圖3 控制點兩期坐標(biāo)對比位移矢量圖

表1 兩期觀測控制點的三倍中誤差法檢測 cm

由表1可見，點位XD03、XD06、XD07、DD05 的位移變化超限，即該點位不穩(wěn)定。從結(jié)果來看，XD06、DD05超出限差較小，而XD03變化明顯。另外，XD06點的位移趨勢不同于其他點，建議有必要在后續(xù)的監(jiān)測中，應(yīng)加強(qiáng)對XD06及XD03號點的監(jiān)測。

五、結(jié)束語

針對港珠澳大橋主體工程島隧工程建設(shè)期，控制點位環(huán)境的特殊性和點位穩(wěn)定性監(jiān)測要求，利用Gamit軟件對GPS控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)處理及兩期觀測數(shù)據(jù)的二維約束平差，由兩期平差結(jié)果對控制點的點位穩(wěn)定性及其位移趨勢進(jìn)行分析，結(jié)果表明，點位XD03、XD06、XD07、DD05 不穩(wěn)定，XD03 點位變化較大，XD06點位的位移趨勢明顯區(qū)別整體位移趨勢，該分析結(jié)果對后續(xù)復(fù)測工作和施工具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］羅力，黃聲享，楊保岑.三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測GPS控制點的穩(wěn)定性分析［J］.測繪通報，2012(S1):135-138.

［2］黃聲享.監(jiān)測網(wǎng)的穩(wěn)定性分析［J］.測繪信息與工程，2001(3):16-19.

［3］黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理［M］.2版.武漢:武漢大學(xué)出版社，2010.

［4］陳永奇，吳子安，吳中用.變形監(jiān)測分析與預(yù)報［M］.北京:測繪出版社，2001.