昆山市中环快速化改造工程施工控制网的建立*

夏则爱 喻春华 陈 峰

1.上海久创建设管理有限公司 上海 200053；2.上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 项目概况

昆山市中环快速化改造工程在既有东线黄浦江路、南线G312国道、西线江浦路、北线S339省道位置进行快速化改造，成为高架桥形式，全长约44.4 km，呈环形布置，共设4 处互通立交，14 处菱形立交，5 座大桥，主线采用高架桥、地面道路等多种形式。

建立施工测量控制网，是为高架桥梁施工、地面辅道施工及大桥变形监测提供可靠的控制测量基础资料，为高架桥梁的顺利贯通提供有力保证，因此，控制网的布设方案及精度是关键。

2 技术方案的设计

昆山中环快速化改造工程施工控制网包括平面控制网和高程控制网：平面控制网采用二级布网形式。其中，首级平面控制网采用四等GPS网布置，并要求达到以下技术指标：控制网的测量中误差m≤控制网的基线精度σ，重复基线的长度较差，基线向量的改正数均满足小于3 倍基线长度中误差，约束点间的边长相对中误差≤1/100 000，控制网最弱边边长相对中误差≤1/40 000；二级平面控制网采用一级导线布置，导线全长相对闭合差≤1/15 000。

高程控制网按二等水准要求严格实施，每公里水准测量的偶然中误差≤1 mm，每公里水准测量的全中误差≤2 mm。

2.1 平面控制网的设计[1-3]

首级平面控制网采用四等GPS网布置，沿线共计布设48 个点，由本次新布设的36 个控制点和业主方提供的《昆山中环控制点成果报告》中的12 个控制点共同组成。其中，本次新增的控制点布设在中环线内、外侧300～500 m的坚实地面或者桥台处，每处布设一对相距约500 m且通视的控制点，每对控制点之间的距离约2 km；原有的12 个控制点沿中环线均匀分布，其中3 个控制点G18、H40、J01作为首级GPS控制网的起算控制点。所选点位条件均满足地质条件良好，便于保存，既能满足GPS观测的需要，同时又能满足常规测量、施工放样及变形监测的需求。

GPS控制网观测完成后，在每2 对首级GPS控制点之间沿施工线路每350 m左右布设一级导线点，组成附合线路；一级导线点基本沿道路中线或边线布设，部分一级导线点布设在沿线的建筑物顶部；最后对观测数据进行平差，得出平面控制网的点位数据。

2.2 高程控制网的设计

高程控制点按二等水准测量精度要求进行设计，其中包括2 部分：原业主方提供的四等高程控制点中的一部分和新增的高程控制点。新增的高程控制点基本布设在施工区域外侧200 m左右的坚实地面上或者桥台的位置，高程控制点间距约700 m，部分高程控制点和首级GPS控制点重合。

3 技术方案的实施

3.1 坐标系统

本工程根据业主方提供的《昆山中环控制点成果报告》为起算数据，采用昆山城市坐标系统，高程系统采用1985国家高程基准。

3.2 观测点的埋设

为确保平面及高程控制网的可靠性，方便控制网的应用及复测等，本次新增的GPS控制点布设在中环线内、外侧300～500 m的坚实地面或者桥台处；一级导线点基本沿道路中线或边线布设，部分一级导线点布设在沿线的建筑物顶部；新增的高程控制点基本布设在施工区域外侧200 m左右的坚实地面上或者桥台的位置；所有控制点均采用长5 cm、φ1 cm的不锈钢钉作为标志，并用钻孔机钻孔埋设于稳定地基上。

3.3 GPS观测[4,5]

首级GPS控制网由本次新布设的36 个控制点和业主方提供的《昆山中环控制点成果报告》中的12 个控制点共同组成，并从12 个控制点中选择其中3 个较稳定的控制点作为联测点，外业观测按照《工程测量规范》 （GB 50026—2007）中的四等GPS控制网的技术要求进行观测。

采用4 台美国Ashtech Locus单频静态GPS接收机，4 台美国Trimble R8双频静态GPS接收机和1 台美国Trimble 5800双频静态GPS接收机进行了9 站同步观测；另由4 台美国Ashtech Locus单频静态GPS接收机单独进行了3 站同步观测，构成如图1所示的GPS网图。观测时的基本技术条件为：有效观测时段为1 h，卫星高度角≥15°，有效观测卫星数≥6 颗，数据采样间隔为10 s，均满足四等GPS控制网测量的外业技术要求。

图1 首级GPS控制网

3.4 导线观测

一级加密导线是以二维约束平差后的GPS控制点坐标作为起算数据组成附合导线网；测量时使用Leica TCA2003全站仪按一级导线技术要求施测（表1），观测时的主要技术要求为：测角左右角各一测回，测距往返各一测回。

表1 一级导线测量主要技术要求

3.5 水准观测

本次的高程控制网选取《昆山中环控制点成果报告》中20 个较稳定的高程控制点和新布设的67 个高程控制点共同组成本工程的高程控制网。高程控制测量使用Leica DNA03及Trimble Dini03电子水准仪及其配套条形码尺，按照二等水准测量技术要求进行往返观测。二等水准测量主要技术指标如表2、表3、表4。

表2 测站视线长度、前后视距差、视线高度要求

表3 测站观测限差要求（单位：mm）

表4 往返测高差不符值、环闭合差和检测高差的限差要求

测量时主要技术要求：每次测量前检查仪器i角，i角小于10″；分段往返测量，每段闭合差控制在以内（L为往返段线路长度，单位为km）；前后视距较差小于1 m、前后视距离较差累计小于3 m；视线离地面高度大于0.5 m。均满足《工程测量规范》GB 50026—2007二等水准测量技术要求。

4 数据处理

4.1 GPS数据解算

4.1.1 起算数据

根据甲方提供的《昆山中环控制点成果报告》，选出其中部分较稳定的3 个平面控制点H40、J01、G18作为平面控制测量的起算点。

4.1.2 数据解算

首先采用Leica Geo Office软件进行基线解算。基线解算后，再进行同步环、异步环闭合差，重复基线限差的检查。

规范要求的四等GPS控制网的基线精度为

式中：σ——基线长度中误差（mm）；

A——固定比例误差（mm）；

B——比例误差系数（mm/km）；

d——平均边长（km）。

本次GPS控制网的测量中误差为

式中：m——控制网的测量中误差（mm）；

N——控制网中最简异步环个数；

n——异步环的边数；

W——异步环换线全长闭合差。

可知m＜σ，控制网的测量中误差满足规范要求；再进行重复基线长度检查，规范规定的重复基线的长度较差表示为△d，且△d应满足以上各项满足规范要求后进行网平差，进行网平差时，首先在WGS-84参考椭球下进行三维无约束平差，然后在昆山城市坐标系下进行二维约束平差。最后解算得出控制网最弱边边长相对中误差为1/86 956≤1/40 000，即满足规范要求。

4.2 平面控制网平差

角度闭合差，导线全长相对闭合差， 经南方平差易2005平差后的最弱点点位中误差为1/22 850≤1/15 000均满足一级导线的技术要求；各附合导线精度统计如下：

平面控制网等级：城市一级，角度验前单位权中误差：5.00"；已知坐标点个数：48；未知坐标点个数：136；未知边数：165；最大点位误差[G13-1]= 0.021 0 m；最小点位误差[Z41] = 0.005 1 m；平均点位误差= 0.010 6 m；最大点间误差 = 0.018 8 m；最大边长比例误差=22 850；平面网验后单位权中误差=3.47"。总边长：57 067.585 m，平均边长：345.864 m；最小边长：84.620 m，最大边长：721.188 m。

4.3 水准网平差

高程控制网的外业电子手簿经检查，每段往返闭合差限差均满足规范要求。内业平差采用南方平差易2005平差软件按照严密平差方式进行平差。

高程控制网概况：已知高程点个数为20 个，未知高程点个数为67 个；最大高程中误差为2.10 mm，最小高程中误差为0.11 mm；平均高程中误差为1.28 mm，每公里偶然中误差为0.55 mm；每公里高差中误差为1.99 mm，规范允许每公里高差中误差为2 mm；线路总长度为64.373 km，平均点间距为723 m。

5 结语

昆山中环快速化改造工程体量大、线路长，精度要求高，针对该项目特点，通过详细的方案设计及合理的实施手段，所建施工控制网达到了项目的精度要求，为今后类似工程提供了可供参考的经验：

1）GPS点位的选择，所选GPS点应避免靠近高压线、湖面等对GPS信号接收有影响的区域，所选点位与周边建筑物高度角≥15°，数据采样间隔在规范要求内尽可能减少采样间隔以保证观测精度；

2）大面积GPS工程网的布设，点位选择灵活性较差，应综合考虑地形、地质、交通等情况，注意高精度点的合理分布及网的结构组成；

3）观测时段的选择，首级网观测期间还未进行道路封交，观测过程中行驶车辆较多，观测时应避免早晚高峰期，既可提高工作效率，减少行驶车辆遮挡观测路线导致观测等待时间，又可提高观测精度，避免行驶车辆对观测点的振动影响，在有必要的情况下需在夜间观测；

4）确保控制网的精度和稳定性，应在大桥施工前对其进行复测，以检查观测桥墩的自然沉降情况，在施工过程中定期复测，以消除施工对基础稳定性破坏的影响。