GPS在木兰松花江大桥控制网联测中的实践应用★

王天成 李 昂 张思远 李胜利

(1.哈尔滨职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150081; 2.龙建路桥股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

1 工程概况

木兰松花江公路大桥及引道工程，是三莫公路跨越松花江的关键工程，该项目的实施对于贯彻落实振兴东北老工业基地战略，完善区域路网和松花江过江通道布局，加强松花江木兰江段南北岸的交通运输联系，保障过江交通安全，改善区域投资环境，实现木兰融入哈尔滨“1小时经济圈”，促进沿线经济社会协调发展等均具有重要意义。木兰松花江大桥及引道工程起自木兰县谭家店，接省S101线哈尔滨至肇兴公路，于许家屯跨越松花江，止于宾县高丽帽村，接绥芬河至满洲里国家高速公路哈尔滨至同江联络线，其中大桥长2.761 km，桥宽24.5 m，全线采用双向四车道一级公路标准建设，同步建设木兰连接线2.258 km。全桥跨径布置为：引桥37×40 m(预应力混凝土简支转连续T梁)+主桥(95 m+5×160 m+95 m)预应力混凝土连续箱梁+引桥7×40 m(预应力混凝土简支转连续T梁)；桥梁全长2 761.60 m。

2 平面控制网联测仪器配置

针对木兰松花江大桥的结构特点及测量精度要求，在联测控制网时需要将勘测院给定的桥梁3 km范围内及松花江南北岸道路连接线11 km内的平面控制网GPS控制点同时联测，据此龙建路桥股份有限公司联合哈尔滨职业技术学院、哈尔滨中强测绘仪器设备有限公司配置了高精度测量仪器设备：中纬Zenith15Pro GPS设备10台及其相应的辅助工具。测量仪器在使用前，全部送到有关检测部门进行检校、评定，并取得相关的检测证书。

3 平面控制网的联测

由于该桥的结构特点对施工测量精度要求很高，因此在工程开工前，需要建立满足精度要求的桥梁桥位施工测量控制网，对桥梁轴线进行精确定位。利用桥位勘测阶段建立的GPS点及设计文件中给定的控制点建立施工测量控制网。在工程开工前，首先针对设计文件中给出的GPS点精度进行复测与核实，能够满足施工定线精度要求的，要予以充分利用，放样点位不足时，要予以补充。如果原控制点及控制网精度不能满足施工定线要求时，或原控制网的基点桩已移动或丢失，则必须重新建立满足要求的施工测量控制网。那么其控制网联测工作包括两个方面：一是整个公路项目各控制点联测，另一个是桥位平面控制点的联测。

3.1 整个公路项目各控制点联测

其目的是通过整个公路项目各控制点的联测，检验上级设计院给定的控制网的正确性及查勘控制点位是否有变化、损毁或其他意外情况。鉴于全线给定的控制网GPS点16个，通过踏勘查看及监理单位、施工单位确认有部分点位已破坏，选择GPS5,GPS24,GPS6,B7,C2,C3,GPS11,GPS12,K1,K2等10个控制点作为联测网点，使用10台GPS静态模式同步观测的方法确保精度，观测时段选择9:30～11:45，同步时长91 min～155 min，根据图纸设计资料确定如下计算参数：当前坐标系统:1980西安坐标系3度带；椭球长半径:6 378 140.000 000；椭球扁率:1/298.257；控制等级：C级；M0:1.000 000；H：0.000(投影高)；B0:0.000 000 000N，L0：0.000 000 000E(中央子午线)129.000 000 000E；N0:0.000 000(北向加)；E0：500 000.000(东向加)。

依据控制网使用长边约束控制整个测区的理念，在相同的控制等级下，分别使用GPS5—GPS11,GPS5—GPS12固定约束计算其他控制网点坐标，其基线相对误差及平差后点位精度的比较如表1,表2所示。

表1 基线相对误差比较表

表2 平差后点位精度比较表

根据表1和表2比较，得出结论：使用GPS5—GPS12固定约束(方案1)计算的基线相对误差及平差后点位精度均优于GPS5—GPS11固定约束(方案2)，故确定使用GPS5—GPS12固定约束(方案1)计算其他控制网点坐标，具体坐标计算如表3所示，各实测坐标与原设计给定坐标成果的平面纵、横坐标之差最大为6 mm和13 mm，吻合得非常好。

表3 新计算坐标与原设计坐标成果比较表 m

3.2 桥位平面控制点的联测

表4 桥位平面控制点平差结果及成果比较表 m

在桥位平面控制网已经建立，为确保控制点精度能够保证桥梁的施工质量，龙建路桥股份有限公司负责的北岸与中交第二航务工程局有限公司负责的两岸必须联测，根据前面论证结果选择GPS5,GPS12两个固定约束控制点，在已有桥位控制点K11,K7,GPS8,C3,K13,K17,K20,K28,K2,K34上分两批架设中纬Zenith15Pro GPS设备进行静态观测，观测时段选择13:00～17:00，每批同步时长90 min～135 min，根据桥梁规范的要求，采用GPS控制等级E级网进行平差，桥位平面控制点平差结果及成果比较见表4。

从表4中可以看出，桥位平面控制点中纵坐标现实测与原坐标差值最大为18 mm，吻合得非常好，横坐标现实测与原坐标差值最大为K11和K17的分别为31 mm,24 mm，其余横坐标均吻合很好，单独对桥位平面控制点K11和K17进行查勘发现这两个控制点由于2014—2015冬春季冻融影响造成点位有微变化，由于现场无法进行加固处理，确定放弃使用这两个控制点。

4 结语

实践证明，在木兰松花江大桥施工过程中，使用中纬Zenith15Pro GPS设备设置的桥位控制网精度完全能够满足大桥施工的需求，并在松花江大桥全桥施工中起到了关键性的作用，说明建立的测量控制网是实用的、有效的，保证了大桥的总体施工精度和质量。