大跨径桥梁平面控制网的研究与应用

周玖利

摘 要：文章以双达卧龙沟特大桥为背景，对大跨径桥梁平面控制网的布设测设和大跨径桥梁平面控制网的精度进行了详细的分析，寻求一种控制点密度适当、图形结构稳定的平面控制网，且其布设形式和精度等级都能满足大跨径桥梁的精度要求，可为类似工程提供借鉴。

关键词：控制网 测量技术 平差计算

随着西部大开发节奏的加快，高速公路的建设有了突飞猛进的发展。尤其在我国西部地区高速公路的建设中，跨谷、跨河类的大跨径桥梁在公路建造中的应用也越来越广，对西部大开发交通事业以及区域经济的发展起到了至关重要的作用，因此，在大跨径桥梁建设中，控制网平面坐标测定的工作就尤为重要，平面坐标与高程控制测量合成形成控制网，控制网的精准是工程施工中各项测量工作的基础，其精度直接影响到工程进度和工程质量。由于双达卧龙沟平面控制网布设难度高、效率低、地形复杂等特点，常规的导线测量方法满足不了平面控制网的精度要求，并且当控制网的精度比较低时，而施工中对结构的控制要求精度比较高，由此怎么设法提高控制网的精度成为了工程中的一个重难点。基于此，文章对大跨径桥梁的平面控制网作具体分析，以网形结构稳定、简单为出发点，用“一点一方向”配合“大地四边形”的方法解决了地形复杂大跨径桥梁的平面控制网图形强度、精度不高等问题。

1.项目背景

文章主要以甘肃双城至达里加公路工程建设项目为例，项目中的卧龙沟3#特大桥为分离式桥梁，引桥采用装配式预应力混凝土小箱梁，主桥采用预应力混凝土变截面连续刚构，下部结构采用分离式承台、柱式墩、空心薄壁墩。桥址区地貌属基岩中山区，位于临夏县麻尼寺沟乡境内，桥址跨越S310省道及卧龙沟沟谷。桥址处沟谷呈宽“U”型。谷深相对高差较大，最大约190m。桥址处沟底较宽阔，沟底为采石场或林地；桥轴线与该沟基本正交。桥面平均高度为70m，最大高163m，桥长978m。

左线：2×40m+ （75+3×140+75） m+ 8×40m=970m ，全橋长978m；

右线：2×40m+ （75+3×140+75） m + 9×4 0 m =1 0 1 0 m，全桥长1018m。

2.大跨径桥梁平面控制网的布设与数据采集

2.1控制网的选点与埋设

控制网中点位的选定是一项非常重要的工作，《公路勘测规范》（JTGC10-2007）规定：规定中指出平面控制网四等及四等以上相邻控制点之间的距离不小于500m，一、二级平面控制网中相邻控制点之间的点位距离在平原、微丘区不小于200m，山岭、重丘区不小于100m，最大距离小于等于平均边长的2倍；路线平面控制点距路线中心线的距离应大于50m，宜小于300m，每一个控制点位至少应有一相邻点通视。特大型构造物每一端头应埋设2个以上平面控制点。在符合规范要求的前提下，控制点位置的选择可以从以下几方面考虑：首先，能在保证控制点稳定性的前提下，直接就近选在施工现场四周，既保证施工应用过程中的方便性，又可以减少控制点的传递过程中造成的传递误差，工程质量也容易控制。其次，由于施工时段长影响，控制点点位经常在施工过程中遭到破坏或位移。因此控制点的维护保养问题也是一个必须考虑的问题。另外，控制网不单单是为施工服务的，同时也是运营期间监测的依据。假如控制点点位在施工结束后都被破坏了，则又要重新布设一套监测控制网，增加控制网成本。

大跨径桥梁的建设周期比较长，对控制点使用频率较高，因此在进行控制网点的埋设时应充分考虑施工场地布设，结合控制网范围的地形地质情况，卧龙沟特大桥的控制网布设为单大地四边形结构，大地四边形是三角网的一种，由4个控制点组成，由于桥梁墩位附近一般受施工环境影响较大，采用大地四边形布网形式便于形成一个相对独立的局部控制网，即两面山腰各2个点，共4个点，均做成强制归心观测墩，便于控制点的使用，控制网的建立既保证了卧龙沟大桥测量控制精度，也实现了与两侧桥梁的顺接。

2.2控制网的测设

在原有的全线导线点的基础上增加控制点，布设成简要的大地四边形网，再按照大地四边形网加测两对角线以提高图形强度，再按三角网施测。三角测量中三角形网布设成连续三角形，同时向各方向扩展而构成网状，优点为点位分布均匀、各点之间牵制性强、图形强度较高。

因卧龙沟特大桥墩柱高为154m，跨径140m，对施工控制网精度的要求较高。相邻桥墩、跨度的相对精度是桥梁施工过程中对测量施工放样精度的主要要求。现今由于测量仪器的发展，桥梁放样多数采用高精度全站仪在施工控制点上建站，利用仪器极坐标法直接放出位置，规范要求的桥梁允许偏差值可作为桥梁控制网精度确定的基础。

本论文介绍了卧龙沟特大桥控制网采用局部加强 “一点一方向”配合“双三角锁”进行测量。SD4、SD5为全线控制网中的2个点，现以SD4为已知点，SD4-SD5的方位角已知（一点一方向）。根据四边形的基本原理，增设SD4-1、SD5-1两个点，与原有SD4、SD5构成大地四边形。

3.大跨径桥梁平面控制网的精度分析

3.1大跨径桥梁测量技术要求

严格按照《公路勘测规范》（JTGC10-2007）中对桥梁跨径长度要求进行控制网等级的选取及对三角测量规范要求进行选取，如表1和表2所示。

3.2大地四边形的平差计算

满足三个图形条件（只有三个图形条件是独立的）及一个边长条件（及条件））是大地四边形的进本几何条件，进行平差计算和精度评定。

通过辅助计算如下式：

由式（3）可看出，当控制点本身造成的误差为总误差的0.4倍时，由此会使得放样点的总误差可增加10%，这一误差影响较小可忽略不计。由此在确定了所要求放样点的的总误差后，就可以用式（3）确定所需施工控制网的精度。

以规范规定的桥梁中轴线中心误差为15mm作为确定施工控制网的精度。根据式（3）有：

按此方法计算，对于跨径3×140m长的桥梁，三角网沿桥梁轴线方向的基线精度为5mm/570m=1/114000。

通过平差计算求得控制点的点位中误差如下：SD5的点位中误差为3mm；SD5-1的点位中误差为4mm；SD4-1的点位中误差为5mm。

因此，经过分析以上相关论证，得出结论，通过一点一方向配合大地四边测的控制网的精度满足规范要求，可以在地形复杂的大跨径桥梁平面控制网中进行应用。

4.结束语

综上所述，在大跨径桥梁平面控制网的布设与测设中，通过在现有控制网的基础上增设控制点点位，构成简单的大地四边形，用“一点一方向”配合“大地四边形”，有效地提高了大跨径桥梁的平面控制网图形强度和精度，这种方法可行性强，且图形强度和精度较高，能满足规范对精度的要求，值得推广应用。

参考文献：

[1]GB/T18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S].中国标准出版社，2009.

[2]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2013（11）.