港珠澳大橋島隧工程東西人工島精密跨海高程傳遞測量

成益品，張 超

港珠澳大橋島隧工程東西人工島精密跨海高程傳遞測量

成益品，張 超

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071）

以港珠澳大橋島隧工程東、西人工島之間精密高程傳遞測量為例，介紹經(jīng)緯儀傾角法在精密高程傳遞測量的網(wǎng)點設(shè)計、覘板制作、外業(yè)觀測、精度分析等各環(huán)節(jié)，制定出消除或減弱影響海上測量精度的細則。經(jīng)工程實踐驗證，該方法可以達到二等跨河水準的精度，滿足長距離精密跨海高程傳遞測量的需要。

港珠澳大橋；島隧工程；跨海；高程傳遞測量

海中建筑物之間跨海高程傳遞受到跨度大、視距過長、受大氣折光等因素的影響，照準和讀數(shù)很難滿足精度要求。對長度超過3.0 km的跨海高程精密傳遞測量目前國家相關(guān)規(guī)范中均無具體作業(yè)方式。經(jīng)緯儀傾角法是跨海高程傳遞測量方法之一，經(jīng)特殊措施和工藝后，具有操作便捷、穩(wěn)定性強、測量效率高等特點。港珠澳大橋島隧工程5.8 km跨海高程傳遞測量驗證了其應用價值。

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程島隧工程全長7 440 m，由東、西人工島和海中沉管隧道組成，兩島最近邊緣間距約5 584m。在東、西人工島北側(cè)分別建設(shè)了測量平臺，通過測量平臺間直接高精度跨海水準測量，保證沉管垂直定位精度（圖1）。

圖1 東西人工島測量平臺位置示意圖Fig.1 Schematic diagraMof location ofmeasurement p latforMfor east and westartificial islands

2 經(jīng)緯儀傾角法

經(jīng)緯儀傾角法選用2臺WILD T3光學經(jīng)緯儀進行同步對向觀測，距離測量采用LeicaTS30全站儀測量圓棱鏡。按照二等跨海水準的技術(shù)要求實施，參照GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》[1]。用垂直度盤測定水平視線上、下兩標志的傾角，計算水平視線位置，求出兩岸高差。為了削弱跨海場地氣象對測量的影響，滿足儀器照準覘牌的照準目標尺寸條件，制作照準覘板標志。

2.1 網(wǎng)點設(shè)計

跨海水準測量儀器及尺臺點按四邊形布置。I1、I2表示跨海水準觀測儀器設(shè)站點，制作儀器腳架；b1、b2為觀測照準覘板標志點，分別設(shè)置照準標志。儀器腳架頂部焊接強制對中標盤。在平臺鋼梁上焊接水準標芯及照準覘板，基礎(chǔ)安裝就位后刷防銹漆。

I1、b1、I2、b2為兩岸交替安置儀器和標尺的位置?？绾＿h尺視線長度（I1b2、I2b1）為5 778.2m；近尺視線長度（I1b1、I2b2）為9.3m，如圖2所示。

圖2 經(jīng)緯儀傾角法跨海水準測量布置示意圖Fig.2 Schematic diagraMof arrangeMent of sea-crossmeasuring w ith angleMethod of theodolite

2.2 覘板制作、安裝

《國家一、二等水準測量規(guī)范》規(guī)定，儀器照準覘板標志的長度和寬度以及標志線的間距，依跨海視線長度而定，見表1。

表1 標志線大小的計算Table1 Calcu lation of sizeof logo line mm

表中γ為由望遠鏡至對岸覘板上兩標志線的夾角，（″），應小于符合氣泡在水準管兩端刻劃之間的移動量，一般取60″；ρ=206 265″；跨海視線長S=5 778 m。則照準覘板標志的規(guī)格為: a=385 mm（實際制作350 mm），b=1 926 mm（實際制作2 700mm），d=1 680mm。

覘板的標志選用白色光源，上下邊界設(shè)置黑色擋光板以保證成像邊界清晰，同時滿足白天和夜晚觀測要求。每處標尺點設(shè)置上下2組燈箱標志，覘板燈箱使用亞克力透光材料制作而成，內(nèi)置LED發(fā)光板。照準覘板燈箱標志（發(fā)光部分）的寬度350 mm，長度2 700 mm，上下兩標志中心線間距為1 680 mm。覘板牢固地固定于桁架上，使用水平尺調(diào)整嚴格置平，覘板、標志線保證安裝精度，誤差＜1 mm。燈箱覘板照明采用12 V電瓶作為基本供電電源，觀測前后對供電電源進行測試，保證夜晚觀測期間充分供光。

2.3 距離測量

本岸測站點間的距離采用鋼尺直接丈量平距，丈量時使鋼尺保持水平，兩端拉緊嚴格對中，并保持穩(wěn)定，同時讀數(shù)。往返各讀3次，3次測定的距離互差和往返測距離中數(shù)之差均<3 mm。

東西人工島跨海距離采用電磁波測距儀測定，距離進行了氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)改算等。邊長歸算等均按GB/T 16818—2008《中短程光電測距規(guī)范》[2]的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2.4 垂直角觀測

近標尺使用特制的三角架支撐，水準尺嚴格置平。在經(jīng)緯儀盤左的位置，照準近標尺的基本分劃線，讀取最近水平視線的標尺厘米分劃數(shù)，再使水平絲分別照準該分劃線的上、下邊緣各2次；縱轉(zhuǎn)望遠鏡以盤右位置，同樣照準該分劃線的上、下邊緣各2次，完成1組觀測（近標尺只測1組）。每次照準分劃線邊緣后，使垂直度盤指標氣泡精密符合，用光學測微器進行垂直度盤讀數(shù)。盤左或盤右同一邊緣2次照準讀數(shù)差≤3″。

觀測遠標尺，盤左位置用水平絲依次照準下、上標志線各4次，每次照準均同時使垂直度盤指標氣泡精密符合，再用光學測微器進行垂直度盤讀數(shù)，同一標志線4次照準讀數(shù)之差≤3″。縱轉(zhuǎn)望遠鏡以盤右位置，按相反次序照準上、下標志線各4次并如前讀數(shù)。以上操作組成1組觀測，依同法進行其他各組的觀測，各組算出上、下標志線的傾角α和β，α或β其組間互差≤4″。

上述兩項操作組成一岸儀器觀測的半測回，兩岸儀器同時對測各半測回，組成1個測回。本岸觀測完成一半測回數(shù)后兩岸對調(diào)儀器，完成剩余測回的觀測。2個測回連續(xù)觀測時，測回間間歇15min左右。

2.5 計算

觀測數(shù)據(jù)匯總整理，采用記錄程序自動計算各項限差，對同一標志垂直角讀數(shù)差不合要求的現(xiàn)場進行重測，對測回間超限的數(shù)據(jù)進行重測。

雙測回間高差互差限差采用計算公式為:dH限，其中MΔ為每km水準測量的偶然中誤差，mm；N為雙測回測回數(shù)；S為跨海視線長度，km。

跨海高差計算原理:根據(jù)上下標志垂直角、上下標志之間的實際距離（2.58m）和夾角（理論為60″），計算水平視線距離上（下）標志的距離，從而得出對岸儀器水平視線距尺臺點高差。

3 精度統(tǒng)計

二等跨海水準測量經(jīng)緯儀傾角法測量外業(yè)觀測77測回，其中，夜晚36時段，白天2時段，有效地降低大氣折光對成果的影響，成果達到了二等跨江水準測量技術(shù)指標要求[3-5]，見表2。

4 提高觀測精度措施

針對外海長距離跨海高程的特點，為了提高觀測精度，外業(yè)觀測在采取常規(guī)措施的基礎(chǔ)上，還采取以下3項措施:

1）有利的觀測時間。選擇在微風、浪小、低潮位、海水面相對穩(wěn)定期間觀測，漲退潮期間不宜觀測，觀測期間避免觀測平臺上人員走動；

表2 經(jīng)緯儀傾角法測量成果技術(shù)指標統(tǒng)計Table2 Statistic of technical index ofmeasured resultsby anglemethod of theodolite

2）穩(wěn)定的照準標志。照準標志采用堅固且強度較高的桁架支撐，底部與基礎(chǔ)進行焊接，覘標測前測后相對測站點高差變化均小于1mm；

3）經(jīng)驗豐富的觀測員。要求觀測員精力充沛，精神高度集中，反應敏捷，眼快、手快。

5 結(jié)語

工程實踐表明，經(jīng)緯儀傾角法觀測精度滿足規(guī)范和工程要求，證明了其進行長距離精密高程傳遞測量的有效性和實用價值。

[1]GB/T 12897—2006，國家一、二等水準測量規(guī)范[S].B/T 12897—2006，Specifications for the first and second order leveling[S].

[2]GB/T 16818—2008，中短程光電測距規(guī)范[S].

GB/T 16818—2008,Specifications for short to mediuMrages electro-optical distancemeasurements[S].

[3]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋施工及質(zhì)量驗收標準[S].2013.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality inspection standards for the construction and quality of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].2013.

[4]徐良，孫陽陽.光學測微法跨河水準測量應用及精度分析[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（7）:39-41.

XU Liang,SUN Yang-yang.Application and precision analysis of optical micrometry method for river-crossing leveling[J].China HarbourEngineering,2015,35(7):39-41.

[5]張建軍，張超，劉兆權(quán)，等.天寶TSC3手簿與徠卡TS30全站儀在跨海三角高程測量中的應用[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（11）:29-31.

ZHANG Jian-jun,ZHANGChao,LIU Zhao-quan,etal.Application of Trimble TSC3 hand book and Leica TS30 total-station on sea-crossing trigonometric leveling[J].China Harbour Engineering, 2015,35(11):29-31.

Precision sea-crossing elevation transfer survey between east and west artificial islands for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

CHENGYi-pin,ZHANGChao
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Based on the precision elevation transfer survey between the eastand west artificial islands for Hongkong-zhuhai-Macao Bridge,the paper introduces the theodolite anglemethod in precise elevation transfermeasurement network design, sighting board production,field observation and precision analysis.Detailed rules were worked out for the eliMination or weakening of factors influencing the precision of offshore survey.The engineering practice shows that thismethod can reach second order river crossing leveling accuracy and meet the needs of the long distance cross sea elevation transMission measurement.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;island and tunnel project;sea-crossing;elevation transfermeasurement

U652.4

A

2095-7874（2016）07-0009-03

10.7640/zggw js201607003

2016-06-03

成益品（1983—），男，河南濟源人，測繪高級技師，測繪工程專業(yè)。E-mail:28825114@qq.com