青島海域跨海高程控制測量的研究

青島海域跨海高程控制測量的研究

0側(cè)膠州灣高速公路李村河大橋青島海灣大橋位于膠東半島的膠州灣（北緯12004'12023，北緯3558'3618'）。大橋始于青島側(cè)膠州灣高速公路李村河大橋北200m處,終于黃島側(cè)膠州灣高速東1km處,順接在建的南濟青線;中間設(shè)立紅島互通立交與紅島連接線相接。大橋主線全長26.747km,其中跨海大橋長25.171km。為了滿足施工需要,2007年11月～2008年4月在原有控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上進行了海中跨海高程貫通測量工作,其中包含海中跨海三角高程60跨,常規(guī)二等水準2.65km。1基于設(shè)備和工作的基礎(chǔ)1.1電子水準儀2套投入LeicaTCA1800測量機器人2套,ZeissDiNi12電子水準儀2套。所投入儀器均經(jīng)過國家認證機構(gòu)鑒定,并在鑒定有效期內(nèi)使用。1.2運營基礎(chǔ)(1)《工程測量規(guī)范》(GB50026-93);(4)《青島海灣大橋工程加密控制網(wǎng)實施方案》)《工)《國1.3高系統(tǒng)本網(wǎng)采用1985國家高程基準。2觀測墩基礎(chǔ)處理青島海灣大橋首級高程控制網(wǎng)(見圖1),通過一等水準往返觀測組成閉合環(huán)線,在青島、紅島、黃島3岸各布設(shè)2對基巖水準點。水準路線由青島的己知高程點開始,經(jīng)紅島到黃島紅石崖鎮(zhèn),沿線聯(lián)測大橋控制網(wǎng)的高程控制網(wǎng)點(觀測墩基礎(chǔ)上的水準標志)。然后由黃島紅石崖鎮(zhèn)返回,經(jīng)紅島到青島,最后閉合至原起點。青島海灣大橋首級施工控制網(wǎng)共埋設(shè)觀測墩15座,水準基巖點6座,普通水準標石12座。QD01、QD05點位于海灘邊,基礎(chǔ)穩(wěn)定性相對較差,進行了基礎(chǔ)處理?；A(chǔ)處理過程由專業(yè)勘察單位進行基礎(chǔ)處理,在每個點位鉆4個鉆孔,鉆孔深度以鉆至穩(wěn)定的基礎(chǔ)為止。然后放入4根規(guī)格為直徑108mm的鋼管,并在鋼管內(nèi)外灌入水泥砂漿。觀測墩頂部埋設(shè)不銹鋼強制對中基盤,基礎(chǔ)上埋設(shè)由鑄鐵標盒和銅標芯組成的水準點標志。普通混凝土水準標志采用先預(yù)制再埋設(shè)的方式,普通混凝土水準標石由混凝土基礎(chǔ)、柱石、防護井、標芯保護蓋及指示盤組成。3高度計算加密3.1海中高程的測量海中高程加密控制點共54個,實際的測量工作量有60跨。青島海灣大橋高程貫通測量利用紅島、黃島和青島三岸陸地區(qū)首級控制網(wǎng)高程點和海中加密控制點共同組成海中高程控制網(wǎng)。采用高程導(dǎo)線,分別從三岸陸地區(qū)起始,經(jīng)海中平臺加密點,用精密三角高程進行跨海水準高程傳遞,對全橋高程進行測量貫通,陸地區(qū)采用電子水準儀進行觀測。陸地上點位為普通標石,埋設(shè)在穩(wěn)定的且不宜被施工破壞的位置,為了消除對中誤差,本項目岸上控制點采用高強度的鋼筋混凝土觀測墩。選定點位時特別考慮了點位附近的環(huán)境及地質(zhì)情況,盡量選擇基礎(chǔ)好的位置,使點位處于丘陵或基巖上。墩頂部埋設(shè)不銹鋼強制對中基盤,為便于未來施工放樣,基盤上需帶有標志,作墩面高程點;海中測量加密點全部布設(shè)在專用測量平臺上,部分控制點為強制墩,海中觀測平臺及觀測墩如圖2所示。全部點位條件均能滿足GPS觀測及常規(guī)測量施工放樣的需要,每個點至少與相鄰兩點通視?？刂泣c點名編碼規(guī)則為QD加合同段號加控制點編號,例如QDB01(其中QD為青島,B代表二合同段,01為序號)。高程觀測路線如圖3所示。3.2角高程測量三角高程觀測采用測回法,利用測量機器人自動測量兩點間的正常高高差。作業(yè)中采用2臺儀器同時對向觀測以消除地球曲率的影響及削弱大氣折光的影響;同一點上2臺儀器交換進行觀測以消除儀器系統(tǒng)誤差的影響,測量過程中實時加入溫度、氣象改正。由于海上三角高程觀測受測量平臺尺寸大小的限制,觀測時無法一次將水準傳遞到主水準點上,因此在進行三角高程測量時,在平臺上選取合適的位置作為副水準點來進行高程貫通測量,然后再將副水準點高程傳遞至主水準點上。為了滿足了高精度超長跨海高程傳遞的需要。三角高程測量中需要遵守以下原則:(1)視線距水面的高度原則上應(yīng)≥3.5m。(2)觀測開始前30min,先將儀器置于露天陰影下,使儀器與外界氣溫趨于一致。每個組觀測前,應(yīng)量取兩次儀器高和覘標高,應(yīng)保證每次量取精度不低于1mm,取兩次觀測的均值為其結(jié)果。(3)取剔除粗差后各次高差讀數(shù)的均值為這一組高差的觀測值,取正、倒鏡組觀測值的均值為半測回觀測值,每跨兩側(cè)儀器半測回觀測值的均值為一個單測回高差觀測值。(4)兩臺儀器每跨兩側(cè)對向觀測稱上單測回觀測,對換儀器后每跨兩側(cè)進行的單測回觀測稱下單測回觀測,取上、下單測回觀測均值為一個雙測回觀測值。(5)每一臺儀器均應(yīng)進行正、倒鏡觀測;且觀測16次高差稱為一組觀測;每次觀測均應(yīng)重新照準目標。二等水準觀測,青島側(cè)以QD11為起算點,按二等水準精度引測至距二標段QDB01平臺最近的陸地區(qū)QDBZD點,紅島側(cè)以QD10為起算,按二等水準精度引測至三標段棧橋頭QDCZD點,黃島測以QD01點為起算點。由于青島側(cè)和紅島側(cè)測量平臺控制點距首級控制網(wǎng)點較遠,采用常規(guī)二等水準精度將高程引測至距控制點最近的海邊,青島側(cè)由QD11(首級網(wǎng)一等水準點)引側(cè)至QDBZD點,紅島側(cè)引由QD10(首級網(wǎng)一等水準點)引側(cè)至QDCZD點,采用電子水準儀進行往返觀測,外業(yè)觀測過程嚴格執(zhí)行二等水準規(guī)范相關(guān)要求。3.3角高程測量的計算海中跨海高程觀測采用測量機器人全站儀自動存儲數(shù)據(jù),內(nèi)業(yè)將數(shù)據(jù)下載到計算機。首先對一組正鏡或倒鏡觀測值進行粗差檢驗,剔除不合格的數(shù)據(jù),以保證數(shù)據(jù)準確可靠,以兩臺儀器同時觀測的正倒鏡平均值作為一個單測回,與另一組調(diào)換儀器所觀測的單測回組成一組雙測回,將所有雙測回取平均值即得出一跨兩控制點高差。為了保證跨海三角高程的精度,必須采取嚴密的三角高程計算的模型,已經(jīng)有許多文獻[4～6]討論了測距三角高程的計算問題,我們認為采用由參考文獻的公式才能滿足要求。由文獻得斜距單向觀測三角高測量計算正常高高差的嚴密公式為:正、反雙向觀測的高差嚴密公式為:式(1)和式(2)中,h′1,h′2分別為p1、p2點的正常高高程,D為p1、p2點的傾斜觀測距離;Z′為觀測天頂距,i為儀器高;v為棱鏡高K為大氣折光系數(shù),R為測點地球曲率半徑,S橢球面上兩點的距離,l為平均高程面上的平距,可用橢球近似來估算的值,ε是照準方向的垂線偏差分量,(ε2-ε1)為地面p1,p2點相對垂線偏差在測線方向上的分量,可以用地面測量值計算。公式(2)對于幾千米的三角高程測量其函數(shù)模型誤差小于0.5mm,滿足高精度三角高程測量的應(yīng)用。當(dāng)由它們組成高精度三角高程測量閉合或附合線路時,應(yīng)考慮水準面不平行改正。根據(jù)跨海高程觀測線路,利用所有觀測高差共同組成高程網(wǎng),高程起算點采用首級控制網(wǎng)QD01、QD10、QD11三個高程點的首期觀測成果為起算數(shù)據(jù),按距離定權(quán)進行嚴密平差,求出各海中加密控制點的85高程。水準網(wǎng)平差采用清華山維平差軟件進行嚴密平差。數(shù)據(jù)處理得知,任何一跨用三角高程測量跨間高差的偶然中誤差小于3mm/km,達到三等水準測量的精度要求。具體觀測質(zhì)量如表1、表2所示。4加密方案在復(fù)雜的海水淡化工程中的應(yīng)用由分析知,青島海灣大橋采用獨特的高程控制網(wǎng)加密方案