港珠澳大桥岛隧工程东西人工岛精密跨海高程传递测量

成益品，张 超

港珠澳大桥岛隧工程东西人工岛精密跨海高程传递测量

成益品，张 超

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）

以港珠澳大桥岛隧工程东、西人工岛之间精密高程传递测量为例，介绍经纬仪倾角法在精密高程传递测量的网点设计、觇板制作、外业观测、精度分析等各环节，制定出消除或减弱影响海上测量精度的细则。经工程实践验证，该方法可以达到二等跨河水准的精度，满足长距离精密跨海高程传递测量的需要。

港珠澳大桥；岛隧工程；跨海；高程传递测量

海中建筑物之间跨海高程传递受到跨度大、视距过长、受大气折光等因素的影响，照准和读数很难满足精度要求。对长度超过3.0 km的跨海高程精密传递测量目前国家相关规范中均无具体作业方式。经纬仪倾角法是跨海高程传递测量方法之一，经特殊措施和工艺后，具有操作便捷、稳定性强、测量效率高等特点。港珠澳大桥岛隧工程5.8 km跨海高程传递测量验证了其应用价值。

1 工程概况

港珠澳大桥主体工程岛隧工程全长7 440 m，由东、西人工岛和海中沉管隧道组成，两岛最近边缘间距约5 584m。在东、西人工岛北侧分别建设了测量平台，通过测量平台间直接高精度跨海水准测量，保证沉管垂直定位精度（图1）。

图1 东西人工岛测量平台位置示意图Fig.1 Schematic diagraMof location ofmeasurement p latforMfor east and westartificial islands

2 经纬仪倾角法

经纬仪倾角法选用2台WILD T3光学经纬仪进行同步对向观测，距离测量采用LeicaTS30全站仪测量圆棱镜。按照二等跨海水准的技术要求实施，参照GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》[1]。用垂直度盘测定水平视线上、下两标志的倾角，计算水平视线位置，求出两岸高差。为了削弱跨海场地气象对测量的影响，满足仪器照准觇牌的照准目标尺寸条件，制作照准觇板标志。

2.1 网点设计

跨海水准测量仪器及尺台点按四边形布置。I1、I2表示跨海水准观测仪器设站点，制作仪器脚架；b1、b2为观测照准觇板标志点，分别设置照准标志。仪器脚架顶部焊接强制对中标盘。在平台钢梁上焊接水准标芯及照准觇板，基础安装就位后刷防锈漆。

I1、b1、I2、b2为两岸交替安置仪器和标尺的位置。跨海远尺视线长度（I1b2、I2b1）为5 778.2m；近尺视线长度（I1b1、I2b2）为9.3m，如图2所示。

图2 经纬仪倾角法跨海水准测量布置示意图Fig.2 Schematic diagraMof arrangeMent of sea-crossmeasuring w ith angleMethod of theodolite

2.2 觇板制作、安装

《国家一、二等水准测量规范》规定，仪器照准觇板标志的长度和宽度以及标志线的间距，依跨海视线长度而定，见表1。

表1 标志线大小的计算Table1 Calcu lation of sizeof logo line mm

表中γ为由望远镜至对岸觇板上两标志线的夹角，（″），应小于符合气泡在水准管两端刻划之间的移动量，一般取60″；ρ=206 265″；跨海视线长S=5 778 m。则照准觇板标志的规格为: a=385 mm（实际制作350 mm），b=1 926 mm（实际制作2 700mm），d=1 680mm。

觇板的标志选用白色光源，上下边界设置黑色挡光板以保证成像边界清晰，同时满足白天和夜晚观测要求。每处标尺点设置上下2组灯箱标志，觇板灯箱使用亚克力透光材料制作而成，内置LED发光板。照准觇板灯箱标志（发光部分）的宽度350 mm，长度2 700 mm，上下两标志中心线间距为1 680 mm。觇板牢固地固定于桁架上，使用水平尺调整严格置平，觇板、标志线保证安装精度，误差＜1 mm。灯箱觇板照明采用12 V电瓶作为基本供电电源，观测前后对供电电源进行测试，保证夜晚观测期间充分供光。

2.3 距离测量

本岸测站点间的距离采用钢尺直接丈量平距，丈量时使钢尺保持水平，两端拉紧严格对中，并保持稳定，同时读数。往返各读3次，3次测定的距离互差和往返测距离中数之差均<3 mm。

东西人工岛跨海距离采用电磁波测距仪测定，距离进行了气象、加常数、乘常数改算等。边长归算等均按GB/T 16818—2008《中短程光电测距规范》[2]的相关规定执行。

2.4 垂直角观测

近标尺使用特制的三角架支撑，水准尺严格置平。在经纬仪盘左的位置，照准近标尺的基本分划线，读取最近水平视线的标尺厘米分划数，再使水平丝分别照准该分划线的上、下边缘各2次；纵转望远镜以盘右位置，同样照准该分划线的上、下边缘各2次，完成1组观测（近标尺只测1组）。每次照准分划线边缘后，使垂直度盘指标气泡精密符合，用光学测微器进行垂直度盘读数。盘左或盘右同一边缘2次照准读数差≤3″。

观测远标尺，盘左位置用水平丝依次照准下、上标志线各4次，每次照准均同时使垂直度盘指标气泡精密符合，再用光学测微器进行垂直度盘读数，同一标志线4次照准读数之差≤3″。纵转望远镜以盘右位置，按相反次序照准上、下标志线各4次并如前读数。以上操作组成1组观测，依同法进行其他各组的观测，各组算出上、下标志线的倾角α和β，α或β其组间互差≤4″。

上述两项操作组成一岸仪器观测的半测回，两岸仪器同时对测各半测回，组成1个测回。本岸观测完成一半测回数后两岸对调仪器，完成剩余测回的观测。2个测回连续观测时，测回间间歇15min左右。

2.5 计算

观测数据汇总整理，采用记录程序自动计算各项限差，对同一标志垂直角读数差不合要求的现场进行重测，对测回间超限的数据进行重测。

双测回间高差互差限差采用计算公式为:dH限，其中MΔ为每km水准测量的偶然中误差，mm；N为双测回测回数；S为跨海视线长度，km。

跨海高差计算原理:根据上下标志垂直角、上下标志之间的实际距离（2.58m）和夹角（理论为60″），计算水平视线距离上（下）标志的距离，从而得出对岸仪器水平视线距尺台点高差。

3 精度统计

二等跨海水准测量经纬仪倾角法测量外业观测77测回，其中，夜晚36时段，白天2时段，有效地降低大气折光对成果的影响，成果达到了二等跨江水准测量技术指标要求[3-5]，见表2。

4 提高观测精度措施

针对外海长距离跨海高程的特点，为了提高观测精度，外业观测在采取常规措施的基础上，还采取以下3项措施:

1）有利的观测时间。选择在微风、浪小、低潮位、海水面相对稳定期间观测，涨退潮期间不宜观测，观测期间避免观测平台上人员走动；

表2 经纬仪倾角法测量成果技术指标统计Table2 Statistic of technical index ofmeasured resultsby anglemethod of theodolite

2）稳定的照准标志。照准标志采用坚固且强度较高的桁架支撑，底部与基础进行焊接，觇标测前测后相对测站点高差变化均小于1mm；

3）经验丰富的观测员。要求观测员精力充沛，精神高度集中，反应敏捷，眼快、手快。

5 结语

工程实践表明，经纬仪倾角法观测精度满足规范和工程要求，证明了其进行长距离精密高程传递测量的有效性和实用价值。

[1]GB/T 12897—2006，国家一、二等水准测量规范[S].B/T 12897—2006，Specifications for the first and second order leveling[S].

[2]GB/T 16818—2008，中短程光电测距规范[S].

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

[3]港珠澳大桥管理局.港珠澳大桥施工及质量验收标准[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，孙阳阳.光学测微法跨河水准测量应用及精度分析[J].中国港湾建设，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]张建军，张超，刘兆权，等.天宝TSC3手簿与徕卡TS30全站仪在跨海三角高程测量中的应用[J].中国港湾建设，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，河南济源人，测绘高级技师，测绘工程专业。E-mail:28825114@qq.com