三角高程在跨河水准测量应用探讨

徐弘

安徽省地质矿产勘查局322地质队马鞍山测绘技术院 安徽马鞍山 243000

跨河水准测量是指在道路、桥梁工程中，当因为工程需求，需要跨越大的江面、河面、谷地等实现水准测量时，因为江面、河面、谷地过宽，常规的水准测量方法难以保证其有效精度，从而采用的一种高程测量方法。与常规水准测量方法相比，跨河水准测量在保证每次高程测量精度的情况下，采用高程传递的方法，将本岸高程控制点的高程以指定精度范围，有效传递到河对面。此外，因为常规水准测量方法每次测量视线跨度过短，需要多次架设仪器，非常容易造成人工操作误差。因此，其局限性非常大。

1 三角高程水准测量的原理及方法

三角高程水准测量指的是在需要测量高程的某地点架设仪器，通过架设的经纬仪或全站仪来测量选定的某两个控制点的水平距离以及高度角。然后通过推导公式，求解该选定的两个控制点之间的高程和高差的方法。

2 工程概况及三角高程控制网的布设

2.1 工程概况

马鞍山长江公路大桥主桥位于马鞍山市雨山区、当涂县及和县交界处，大桥中心地处东经118°23′，北纬31°36′，沿长江与南京、芜湖相邻。大桥全长36.14千米，跨江主体部分长11.209千米。安徽省交通控股集团有限公司于2019年对大桥01标段开展桥梁控制网布设及测量工作，项目的目的是为了马鞍山长江公路大桥的养护。

2.2 高程测量技术难点

马鞍山长江公路大桥全场36.14千米，宽33米，为多跨公路桥，其中左汊桥为多跨公路悬索桥，右汊桥为多跨双索面斜拉桥。在对该长江公路大桥01标段养护过程中，因为江面宽度过大的原因，在跨河水准测量中，具有非常大的难度。为保证水准测量的精度，需要采用三角高程测量的方法，将河岸一侧的基准控制点“武宁93”高程传递到江对岸。为此，需要进行相应的桥梁控制网布设，其相关首级平面桥梁控制网，以及高程控制网要求如下：

（1）桥梁控制网等级的确定：因为桥梁结构的原因，该公路大桥为多跨公路抢，根据《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）、《工程测量规范》（GB50026-2016）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）、《公路勘测规范》（JTGC10-2018）等有关规范的规定，以及企业测量精度要求，首先需要对即将建立的桥梁控制网的等级进行确定。本次对马鞍山长江公路大桥01标段首级平面控制网级别确定为C级GPS布设网；对该公路大桥的高程控制网等级确定二等水准布设网。通过相应的C级GPS平面布设网，以及二等高程水准布设网的施测，实现本项目的三角高程测量。

（2）高程测量方法的确定：因为本工程的目的是为了对马鞍山长江公路大桥01标段的桥梁路段实施养护，且由于该路段长江大桥又早已完成通车。因此，本次水准测量的实施，工程条件非常复杂。不仅桥梁长度过大，并且受桥梁主体结构、以及周围其它障碍物的影响，视线通视条件非常差。同时受周围地形条件的限制、以及行人与车辆的影响，很难对该路段的跨河水准测量实施一次性，或分几次完成测量。因此，如果采取常规水准测量的方法，完成本次跨河测量，其误差会非常大。所以，为了控制本项目工程测量的精度，保证水准测量的质量，需要采取三角高程测量的方法，完成本次水准测量的实施。通过布设高程控制网，计算出两次水准测量之间的高差与高程，然后通过高程传递的方法，计算出江面另一侧水准控制点的高差，求出其高程。

2.3 水准控制网的布设

马鞍山长江公路大桥工程中，高程控制测量以国家一等水准点为起算点，按二等水准精度布设二等水准网及跨河三角高程网，作为本次高程基本控制网。其高程控制网由2个一等水准点作为起算点，24个待定点，1条附合路线，4个闭合环组成，水准路线总长93.3千米（不含跨江）。其水准观测的主要技术要求为：二等水准网施测的仪器全部采用数字水准仪施测，高程控制网的施测和加密一次完成。

3 跨河三角高程的测量

3.1 跨河水准观测的要求

a.跨河水准观测在风力微和、气温变化小的阴天进行，气象条件不符合观测要求时，均不观测。

b.观测开始前30分钟，先将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致。观测时遮蔽阳光。

c.晴天观测，上午在日出后1小时起至太阳中天前2小时止；下午自中天后2小时起至日落前1小时止。阴天只要呈像清晰、稳定均进行观测。

d.目标点（镜站）使用脚架撑稳，并应适时保证圆气泡和管气泡的居中。

e.一测回的观测完成后，间歇15-20分钟再开始下一测回的观测。

f.两台仪器对向观测时，并使用通讯工具，使得两岸同一测回的观测能做到同时开始与结束。

g.跨河水准取用的全部测回数，上、下午应各占一半。

h.跨河观测开始时对两岸的固定点与目标点（镜站）间，进行一次往返测，作为检测目标点（镜站）有无变动的基准。

3.2 跨河三角高程的测量

采用两台测量机器人进行对向观测，测定偏离水平视线标志的倾角，并测量测站至镜站的距离，计算两点间的高差。为了达到高程精密传递的目的，在图形设计时，增加两条观测视线，测量6条边，增加了多余观测。

a.距离测量。采用测距精度为（1mm+1×10ppm×D，测角精度±0.5秒的全站仪施测。

距离测量技术要求和观测限差按表1规定执行。

表1 跨河距离测量技术要求和观测限差

如图1所示，为测距三角高程法的图形布置图，按图中所示，分别测定AB、CD、AC、AD、BC、BD各边的距离，往返测2个测回，往返测距差不大于3毫米。测距仪每照准反射镜1次，读4次数为1测回。仪器高和反射镜高量至1毫米，两次高差测量之差应小于3毫米。距离按规范要求进行气象元素的测定，并进行气象改正和仪器常数改正，将边长归算到A、B、C、D各点的平均高程面上。

图1 测距三角高程法的图形布置

b.垂直角测量。垂直角测量采用测距精度为（1mm+1× 10ppm×D，测角精度±0.5秒的全站仪施测。观测近标尺垂直角时，以标尺上最接近仪器水平视线的1个标尺分划线为目标，采用盘左盘右的方法，对分化的上下边缘分别照准读数2次，同一位置的读数差值应小于3秒，然后取平均值。观测远标尺垂直角时，以标尺上的觇板标志进行测量。每组观测中在盘左盘右位置对每个照准标志读取4次读数，同一标志的读数差值应小于3秒。垂直角指标差互查符合表2要求。

表2 垂直角测量指标差互差精度要求（单位：秒）

4 三角高程跨河水准的精度分析

马鞍山长江公路大桥左汊、右汊跨江三角高程测量路线。通常实施测量，其三角高程闭合环差统计表如下表3、表4所示：

表3 马鞍山公路大桥左汊跨江三角高程测量闭合环差统计表

表4 马鞍山公路大桥右汊跨江三角高程测量闭合环差统计表

由上表可以看出，表中各闭合环均小于对应限差，即满足二等水准测量要求；与桥梁控制网进行平差后，其高差中误差为±0.5㎜，小于精度要求±1㎜，满足二等水准测量的精度要求。

5 结语

文章阐述了三角高程水准测量的原理及方法；然后以马鞍山长江公路大桥01标段的桥梁控制网布设项目为例，介绍了马鞍山长江公路大桥01标段工程概况；分析了该大桥01标段高程测量技术难点及其三角高程控制网的布设情况；探讨了该路段三角高程水准测量的主要方法。通过实例，证明了对于跨河水准测量，三角高程测量方法的可行性与可靠性。