深中通道工程高等級(jí)首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

成益品，董理科，韓戰(zhàn)偉，熊金海

（1.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071；2.廣東省公路建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510623）

0 引言

工程控制網(wǎng)是針對(duì)某項(xiàng)工程而布設(shè)的專用控制網(wǎng)，在建筑工程中，工程控制網(wǎng)貫穿整個(gè)施工過(guò)程的各個(gè)階段，為工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段提供測(cè)量控制基準(zhǔn)，以銜接和指揮各工序的施工，保證建筑工程符合設(shè)計(jì)要求。由此可見(jiàn)，建筑工程的全過(guò)程是離不開(kāi)工程控制網(wǎng)的，而工程控制網(wǎng)測(cè)量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性對(duì)保證工程質(zhì)量和施工的規(guī)范化起著重要作用[1-3]。

1 工程概況

深圳至中山跨江通道項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱“深中通道”）地處珠江口核心區(qū)域，是一項(xiàng)超大型跨海通道工程，主體工程采用超大跨徑海中橋梁、深水人工島、超寬變截面海底隧道、水下互通立交四位一體的組合方式，項(xiàng)目建設(shè)條件復(fù)雜，工程規(guī)模宏大，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高。項(xiàng)目起于廣深沿江高速機(jī)場(chǎng)互通立交，西至中山馬鞍島，終于橫門(mén)互通立交，主體工程全長(zhǎng)約24.0 km。

深中通道工程首級(jí)控制網(wǎng)采用深中獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，首級(jí)控制網(wǎng)共計(jì)布設(shè)了12個(gè)平面控制點(diǎn)和8個(gè)高程控制點(diǎn)，分別按國(guó)家B級(jí)GNSS控制網(wǎng)和國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求施測(cè)[4]。為了驗(yàn)證首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量成果的可靠性和測(cè)量精度，島隧工程開(kāi)工建設(shè)前，進(jìn)行同等精度的復(fù)核測(cè)量。

2 復(fù)核范圍和內(nèi)容

1）平面控制網(wǎng)復(fù)核。本次平面控制網(wǎng)施工復(fù)核需聯(lián)測(cè)4個(gè)深中通道項(xiàng)目GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站點(diǎn)（SZ01、SZ05、SZ09、SZ12），選取首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)（SZ02、SZ03、SZ04、SZ06、SZ07、SZ08、SZ10、SZ11）進(jìn)行觀測(cè)[5]。點(diǎn)位平面分布見(jiàn)圖1。

圖1 平面控制網(wǎng)復(fù)核點(diǎn)位分布圖Fig.1 Distribution map of plane control network review points

2）高程控制網(wǎng)復(fù)核。本次控制網(wǎng)施工復(fù)核往返測(cè)水準(zhǔn)路線約64 km，選取深圳側(cè)（BM01、BM02、BM03、SZ06）和中山側(cè)（BM05、BM06、BM07、BM08）8個(gè)首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，各形成1個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán)。點(diǎn)位平面分布見(jiàn)圖2。

圖2 高程控制網(wǎng)復(fù)核點(diǎn)位分布圖Fig.2 Distribution map of elevation control network review points

3 作業(yè)計(jì)劃

3.1 復(fù)核工作總流程

為保證高效地完成復(fù)核工作，編制復(fù)核測(cè)量實(shí)施方案，制定嚴(yán)格的測(cè)量作業(yè)計(jì)劃。具體工作流程見(jiàn)圖3。

圖3 復(fù)核工作流程圖Fig.3 Flowchart for review work

3.2 人員、設(shè)備的組織

本次復(fù)核工作擬投入10名測(cè)量員，設(shè)置1名隊(duì)長(zhǎng)全面負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)工作和2名機(jī)動(dòng)調(diào)整人員。首先進(jìn)行GNSS外業(yè)觀測(cè)，然后進(jìn)行水準(zhǔn)外業(yè)觀測(cè)。GNSS外業(yè)觀測(cè)需不間斷觀測(cè)72 h，為確保儀器設(shè)備安全和觀測(cè)數(shù)據(jù)正常，GNSS外業(yè)觀測(cè)分配8人，每個(gè)點(diǎn)位固定1人24 h值守，另外設(shè)置2名機(jī)動(dòng)人員更換電瓶和值守替換。水準(zhǔn)外業(yè)測(cè)量線路長(zhǎng)，且多在交通要道上徒步行走，為確保人員設(shè)備安全，水準(zhǔn)外業(yè)測(cè)量分配5人，并設(shè)置1名專職安全員。復(fù)核投入的測(cè)量?jī)x器均要求通過(guò)國(guó)家計(jì)量授權(quán)的測(cè)繪計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格，并在儀器檢定有效期內(nèi)方可使用。正式復(fù)測(cè)之前進(jìn)行全面的安全和技術(shù)交底。

3.3 作業(yè)實(shí)施計(jì)劃

平面復(fù)核測(cè)量投入8臺(tái)雙頻GNSS接收機(jī)，設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)調(diào)整1 d，總計(jì)4 d。高程復(fù)核測(cè)量投入1臺(tái)電子水準(zhǔn)儀，1個(gè)小組進(jìn)行施測(cè)，設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)調(diào)整2 d，總計(jì)14 d。

4 復(fù)核精度等級(jí)要求

4.1 復(fù)核精度

1）平面首級(jí)控制網(wǎng)按GNSS網(wǎng)B級(jí)精度要求進(jìn)行，具體要求見(jiàn)表1。

表1 B級(jí)GNSS網(wǎng)的精度要求Table 1 Precision requirements of B GNSS network

2）高程控制網(wǎng)按一等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求進(jìn)行，具體要求見(jiàn)表2。

表2 水準(zhǔn)測(cè)量的總體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 General technical standards for leveling

4.2 已有成果資料

已有成果資料《首級(jí)控制網(wǎng)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果》、《首級(jí)控制網(wǎng)工程獨(dú)立坐標(biāo)系成果》、《首級(jí)控制網(wǎng)ITRF2000空間坐標(biāo)系成果》，滿足本次復(fù)核測(cè)量的要求。

4.3 平面坐標(biāo)和高程系統(tǒng)

按深中通道項(xiàng)目測(cè)量控制中心規(guī)定，主體工程建設(shè)階段的施工圖勘察設(shè)計(jì)和施工測(cè)量必須統(tǒng)一使用深中通道工程獨(dú)立坐標(biāo)系，因而，本次對(duì)首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)核的平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用深中獨(dú)立坐標(biāo)系：中央子午線經(jīng)度為113°42′52.69″，投影面高程為正常高35 m，參考橢球?yàn)閲?guó)家2000大地坐標(biāo)系橢球。

高程系統(tǒng)統(tǒng)一采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

5 平面控制網(wǎng)復(fù)核

5.1 技術(shù)要求

B級(jí)GNSS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)技術(shù)要求按照GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》[6]，具體技術(shù)要求見(jiàn)表3。

表3 B級(jí)GNSS網(wǎng)觀測(cè)的基本技術(shù)要求Table 3 Basic technical requirements for B GNSS network observation

5.2 實(shí)施流程

5.2.1 GNSS測(cè)量網(wǎng)形設(shè)計(jì)

控制網(wǎng)復(fù)測(cè)前首先進(jìn)行控制點(diǎn)勘查，檢查控制點(diǎn)的完好性及分布情況。根據(jù)目前控制點(diǎn)布設(shè)情況，采用基于4個(gè)衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的點(diǎn)觀測(cè)模式。

5.2.2 GNSS測(cè)量準(zhǔn)備工作

1）根據(jù)B級(jí)觀測(cè)要求，在所有GNSS接收機(jī)上設(shè)置相同測(cè)量參數(shù)，每臺(tái)GNSS接收機(jī)測(cè)試30 min，查看數(shù)據(jù)質(zhì)量是否與設(shè)置參數(shù)匹配。

2）數(shù)據(jù)檢查完后將內(nèi)存卡數(shù)據(jù)全部清除，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備有足夠的存儲(chǔ)空間。

3）按照一用一備原則準(zhǔn)備18塊新電瓶并充滿電，觀測(cè)期間每4 h檢查電瓶電壓1次，保證電池容量滿足作業(yè)要求。

4）關(guān)注觀測(cè)期間測(cè)區(qū)天氣情況，帳篷、雨傘及其他附件準(zhǔn)確齊全。

5.2.3 GNSS測(cè)量精度的操作要點(diǎn)

1）天線安裝在強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩上，保證天線定向標(biāo)志線指向正北，定向誤差不大于±5°。遇雷雨天氣時(shí)，應(yīng)立即停止觀測(cè)，并卸下天線盤(pán)。

2）每個(gè)時(shí)段觀測(cè)前后，各量取天線高1次，圍繞天線盤(pán)相隔120°的3個(gè)位置分別量取至天線墩中心標(biāo)志面的垂直距離，取平均值為天線高。

3）觀測(cè)期間不應(yīng)在天線附近50 m以內(nèi)使用電臺(tái)，10 m以內(nèi)使用對(duì)講機(jī)和手機(jī)。

4）各觀測(cè)點(diǎn)嚴(yán)格遵守觀測(cè)指令，當(dāng)發(fā)生異常情況及時(shí)報(bào)告負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)人視情況對(duì)觀測(cè)時(shí)段作統(tǒng)一調(diào)整。

5.3 數(shù)據(jù)處理

5.3.1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及精度評(píng)定

按照規(guī)范要求對(duì)GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步環(huán)和異步環(huán)、重復(fù)基線計(jì)算復(fù)核。單基線解算不合格時(shí)，分析原因，必要時(shí)進(jìn)行基線的補(bǔ)測(cè)和重測(cè)。

5.3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)平差計(jì)算方法

1）基線處理

B級(jí)GNSS網(wǎng)基線數(shù)據(jù)處理采用高精度數(shù)據(jù)處理專用的軟件GAMIT進(jìn)行解算，基線處理時(shí)刪除觀測(cè)條件差的時(shí)段和觀測(cè)條件差的衛(wèi)星。

2）控制網(wǎng)的平差

基線解算完成后，首先在WGS-84橢球下，進(jìn)行空間基線無(wú)約束平差，檢查GNSS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度，并剔除含有粗差的基線邊。然后采用連續(xù)運(yùn)行參考站作為已知點(diǎn)對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行整網(wǎng)約束平差。約束平差后，得到WGS84地心坐標(biāo)，采用與業(yè)主提供的相同的高斯中央投影子午線和高程投影面獲取高斯投影平面直角坐標(biāo)[7]。

5.4 成果評(píng)判方法及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)復(fù)核測(cè)量控制網(wǎng)的同步環(huán)、異步環(huán)、重復(fù)基線差、坐標(biāo)點(diǎn)位精度的統(tǒng)計(jì)，首先確認(rèn)控制網(wǎng)精度滿足B級(jí)GNSS網(wǎng)要求的前提下，進(jìn)行控制點(diǎn)檢測(cè)坐標(biāo)與業(yè)主提供坐標(biāo)的比較，當(dāng)控制點(diǎn)的本次檢測(cè)成果X、Y坐標(biāo)差值滿足規(guī)范要求時(shí)，認(rèn)為業(yè)主提供的控制點(diǎn)平面位置穩(wěn)定可靠，作為最終成果坐標(biāo)使用。

當(dāng)控制點(diǎn)的檢測(cè)X、Y坐標(biāo)與業(yè)主提供坐標(biāo)的較差絕對(duì)值大于規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)結(jié)合該點(diǎn)與其周圍相鄰點(diǎn)（通常為前、后相鄰點(diǎn)）的距離變化來(lái)分析判定點(diǎn)位是否發(fā)生位移。確認(rèn)點(diǎn)位在平面位置發(fā)生位移時(shí)，及時(shí)向監(jiān)理和業(yè)主反映。

6 高程控制網(wǎng)復(fù)核

6.1 技術(shù)要求

高程控制網(wǎng)復(fù)核按照GB/T 12897—2006《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》[8]要求進(jìn)行，單站水準(zhǔn)觀測(cè)的技術(shù)要求見(jiàn)表4。

表4 單站一等水準(zhǔn)觀測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Technical standard for first class leveling observation of single station

觀測(cè)讀數(shù)和記錄的數(shù)字取位：使用數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)讀記至0.01 mm。

6.2 實(shí)施流程

6.2.1 測(cè)量準(zhǔn)備工作

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘線路情況，結(jié)合百度地圖規(guī)劃設(shè)計(jì)最為經(jīng)濟(jì)和合理的測(cè)量路線，宜選擇柏油路和水泥路面。

2）開(kāi)測(cè)作業(yè)前對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行i角測(cè)定，使之符合《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》要求。

3）盡可能選擇leica原廠出產(chǎn)的木質(zhì)三腳架，保證觀測(cè)過(guò)程中儀器穩(wěn)定，最大限度的降低交通車輛過(guò)往地面震動(dòng)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

4）每天出工前，關(guān)注天氣預(yù)報(bào)。白天觀測(cè)時(shí)測(cè)站要打傘遮陽(yáng)。

6.2.2 測(cè)量時(shí)段選擇

水準(zhǔn)路線采用往返觀測(cè)，并盡量沿同一條路線進(jìn)行，同一測(cè)段的往、返測(cè)應(yīng)分別在上午與下午進(jìn)行。天氣炎熱或交通車輛多的測(cè)段宜選擇早晚時(shí)間觀測(cè)。

6.2.3 測(cè)量精度保障措施

1）測(cè)量時(shí)應(yīng)保證前后視距盡可能相等，減少儀器i角對(duì)高差觀測(cè)的影響，前后視距差滿足規(guī)范要求。

2）使用規(guī)范要求的專用尺墊，保證水準(zhǔn)尺的穩(wěn)定性，每測(cè)站尺墊安放的位置均要踩實(shí)。

3）采用專用不銹鋼蘑菇頭標(biāo)志在地面鉆孔埋設(shè)作為觀測(cè)間歇點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)間歇點(diǎn)埋設(shè)3個(gè)。同時(shí)在每座橋梁兩端頭和主要交通要道口埋設(shè)間歇點(diǎn)，便于數(shù)據(jù)超限及時(shí)補(bǔ)測(cè)。間歇點(diǎn)高差檢測(cè)小于0.7 mm，即可由此起測(cè)。

6.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)一等水準(zhǔn)的復(fù)核測(cè)量應(yīng)以各水準(zhǔn)路線測(cè)段往返測(cè)高差不符值計(jì)算每千米高差中數(shù)的偶然中誤差和全中誤差，合格后方可進(jìn)行高差比對(duì)。否則應(yīng)重測(cè)該段水準(zhǔn)路線。

高差對(duì)比過(guò)程中，如果本次復(fù)核測(cè)量的高差與業(yè)主提供的高差相比較，超過(guò)一等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)有的限差標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則需要沿水準(zhǔn)路線追加一次單程的高程測(cè)量，用以輔助確認(rèn)地表高程變化的真實(shí)存在。

相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差計(jì)算時(shí)，取符合規(guī)范要求的往返觀測(cè)值的平均值作為最終成果。整體平差采用武漢大學(xué)科傻平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算，并進(jìn)行各水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差和水準(zhǔn)點(diǎn)的高程比較。

外業(yè)觀測(cè)的當(dāng)天應(yīng)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

6.4 成果評(píng)判方法及標(biāo)準(zhǔn)

按照規(guī)范要求進(jìn)行。

7 成果資料提交

所有外業(yè)測(cè)量工作結(jié)束，數(shù)據(jù)計(jì)算復(fù)核無(wú)誤后，編制測(cè)量成果報(bào)告，并以書(shū)面形式提交業(yè)主單位復(fù)核。對(duì)于超大型和精密工程，一般要在業(yè)主交樁后，首先要編制控制網(wǎng)復(fù)測(cè)專項(xiàng)方案提交業(yè)主單位審批后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)工作，確保設(shè)計(jì)的復(fù)測(cè)方案滿足精度要求。提交的復(fù)測(cè)成果報(bào)告不限于下列資料：

1）《深中通道島隧工程施工控制網(wǎng)復(fù)核方案》。

2）《深中通道島隧工程施工控制網(wǎng)復(fù)核成果報(bào)告書(shū)》。

3）儀器設(shè)備的檢定證書(shū)。

4）主要作業(yè)人員的資格證書(shū)。

5）GNSS網(wǎng)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的文件拷貝。

6）水準(zhǔn)測(cè)量的原始記錄電子文件拷貝。

8 結(jié)語(yǔ)

深中通道島隧工程高等級(jí)首級(jí)控制網(wǎng)復(fù)測(cè)歷時(shí)22 d，測(cè)量方式正確，外業(yè)數(shù)據(jù)完整，通過(guò)平差計(jì)算及對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核，復(fù)測(cè)結(jié)果與原首級(jí)控制網(wǎng)成果在測(cè)量精度范圍內(nèi)一致。通過(guò)本次高等級(jí)控制網(wǎng)得到的結(jié)果表明，針對(duì)大型精密控制網(wǎng)復(fù)測(cè)任務(wù)，在方案編制、外業(yè)觀測(cè)和內(nèi)業(yè)計(jì)算等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要提前策劃和精心組織，并進(jìn)行詳盡的技術(shù)交底，確保工作任務(wù)高效如約完成。