沪苏通长江公铁大桥施工控制网复测分析

郑 强，李剑坤

（1.中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北 武汉 430050）

随着过江通道建设需求的日益增长，单纯以公路或铁路形式过江的项目在建设成本、通道资源利用、结构刚度等方面已不具优势，而更多项目则以公铁合建过江方式建设。公铁大桥能充分发挥铁路桥和公路桥竖向、横向刚度互补的优势，且能充分合理地利用土地、河流和空间等资源，具有良好的经济性，在技术上也具有可行性[1]。施工控制网是直接用于公铁大桥项目建设的测量基准，具有使用周期长、稳定性要求强、精度要求高等特点，在长达数年的建设过程中，需对施工控制网进行定期复测，且复测周期不应超过1 a[2]。国内诸多测绘工作者以项目为载体，围绕施工控制网复测进行了研究，如吴迪军[3-5]等以港珠澳大桥为例，针对首级控制网复测原则、方法和技术要求以及成果比较、稳定性分析方法等关键问题，得出特大型跨海桥梁工程首级控制网复测的若干结论；成益品[6]等以深中通道岛隧工程首级施工控制网复测为例，从技术设计、测量实施和成果比较等方面总结了经验；郭保[7]以东天山特长隧道施工控制网为例，从稳定性分析入手，很好地判断了控制点的稳定性状况，对桥梁工程施工控制网同样具有借鉴价值；李忠峰[8]等基于误差理论方法提出了不同算法，解决了施工控制网起算点可靠性的问题；黄海南[9]围绕特大型桥梁施工控制网复测和施工期沉降观测关键技术开展研究，在稳定性分析、复测周期、沉降观测方法等方面有所收获。

综上所述，公铁大桥施工控制网的稳定性、成果的可靠性是确保项目顺利建设的重要基础条件。相对于公路、铁路、隧道等项目而言，本文研究的沪苏通长江公铁大桥施工控制网使用周期更长、精度要求更高、所处区域地质条件和周边环境更复杂，因此整个复测阶段需解决的问题更多，所积累的经验对类似工程施工控制建网和复测更具有参考与借鉴价值。求，分别于2015年4月、2016年10月、2017年11月和2018年12月组织开展了4次大桥施工控制网复测[11-15]。沪苏通长江公铁大桥施工平面和高程控制网示意图如图1、2所示。

图1 沪苏通长江公铁大桥施工平面控制网示意图

1 项目概况

沪苏通长江公铁大桥北起江苏南通、南至张家港，全长11.072 km，其中正桥长5.827 km、南北岸引桥长5.245 km、跨江主跨1.092 km，是世界上首座“4线铁路+6车道公路”、主跨超千米的公铁两用斜拉桥。大桥的主要特点表现为“高、大、新”，即“世界最高公铁两用斜拉桥主塔”、“跨度大、体积大”和“运用了一大批新材料、新结构、新设备、新工艺”。大桥建设期间，30余名院士到现场指导工程建设，克服了一系列困难，在桥梁建造技术方面取得了重大突破，实现了5个“世界首创”，在我国乃至世界铁路桥梁建设史上具有里程碑意义[10]。沪苏通长江公铁大桥于2014年3月1日动工建设，2020年7月1日建成通车。

图2 沪苏通长江公铁大桥施工高程控制网示意图

2 施工控制网建设和复测情况

沪苏通长江公铁大桥施工控制网于2014年初完成建网，并通过专家评审验收。为确保项目建设期内控制基准的稳定性，满足桥梁工程施工放样的高精度要

2.1 施工控制网建网和复测内容

沪苏通长江公铁大桥施工控制网建网阶段的主要工作包括起算资料收集与联测、大桥控制网布设以及平面、高程测量。各次复测阶段的主要工作包括对平面、高程控制网进行同等级复测以及对点位稳定性进行分析。具体工作情况如表1所示。

表1 沪苏通长江公铁大桥施工控制网建网和复测内容

2.2 复测原则

控制网复测的原则为：①控制网复测宜在精度与等级设计、仪器设备、观测方案等方面与建网相同；②控制网位置、方向、尺度与高度基准需与建网保持一致。

3 施工控制网复测技术标准

3.1 平面控制网复测技术标准

3.1.1 精度设计

平面控制网复测根据TB 10101-2018《铁路工程测量规范》中一等GPS网精度要求，按静态相对测量模式设计与观测。主要技术要求如表2所示。

表2 GPS控制网测量的主要技术要求

3.1.2 外业观测

为了保证控制网成果的质量和精度可靠，观测作业需严格按TB 10101-2018《铁路工程测量规范》要求执行。

3.1.3 数据处理

1）基线解算。外业观测结束后，采用TBC软件解算基线，并从重复基线、同步环和异步环长度、坐标闭合差等方面进行限差验算，以剔除超限数据。当所有基线均满足要求后，方可供内业平差使用。

2）平差计算。利用COSA平差软件进行平面控制网平差计算。平差时选取独立基线，分别在WGS84坐标系、工程坐标系下进行三维无约束平差和二维约束平差，并通过固定稳定、可靠的起算点计算得到其他控制点在工程坐标系中的成果。

3.2 高程控制网复测技术标准

3.2.1 精度设计

高程控制网复测按GB/T 12897-2006《国家一、二等水准测量规范》中二等水准测量精度进行技术设计与规范观测。

3.2.2 外业观测

1）陆地水准测量。采用数字水准仪及其配套测尺按测段进行往返观测，构成若干个陆地水准闭合环。水准测量中往返测高差较差、附合或环闭合差限差为（F为水准测量的环线或路线长度，单位为km）[16]。观测过程需严格按相关规范要求执行。水准测量视线长度、高度和观测限差规定如表3所示。

表3 二等水准测量视线长度和高度

2）跨河水准测量。跨河水准测量共布设5条跨河线，均采用TB 10101-2018《铁路工程测量规范》中二等测距三角高程法施测。跨河线场地布设为平行四边形，采用高精度全站仪及其配套水准尺、觇标灯对向观测，通过专用软件自动生成外业观测记录。①距离测量，北叉和人工岛跨河线边长采用两台全站仪同时进行对向观测，南叉跨河线边长通过GPS测量坐标，计算跨河点距离，具体技术要求和观测限差如表4所示；②垂直角测量，各测回垂直角测量限差为指标差互差≤8″，同一标志垂直角互差≤4″。

表4 距离测量的技术要求和观测限差

3）限差规定。跨河水准测量视线距离水面要求不得低于2 m，且需满足规范要求的视线高；内业计算的限差主要包括每条边各测回间高差互差限差、环闭合差限差，且满足GB/T 12897-2006《国家一、二等水准测量规范》中跨河水准的相关要求。

3.2.3 数据处理

采用COSA平差软件对高程控制网进行整体严密平差，以稳定已知控制点为施工高程控制网复测的起算数据，且平差结果须满足每千米水准测量偶然中误差的限差要求。

4 施工控制网复测成果比较与分析

本文通过沪苏通长江公铁大桥施工控制网的4次复测，对项目建设期内施工控制网的稳定性进行了全过程监测；从平面和高程两个方面分别对各期成果进行了逐次比较。

4.1 各次平面复测成果比较

本文将平面控制网建网与各次复测成果进行比较，以此作为平面控制基准稳定性和控制点成果可靠性的分析依据。各次平面控制网成果比较结果如图3～6所示。

图3 第一次复测与建网平面成果比较

4.2 各次高程复测成果比较

本文将高程控制网建网与各次复测成果进行比较，以此作为高程控制基准稳定性和控制点成果可靠性的分析依据。各次高程控制网成果比较结果如图7～10所示。

图7 第一次复测与建网高程成果比较

4.3 各次复测成果分析

通过各次平面与高程控制网复测成果比较，并结合各次成果中变化较大的控制点所处位置和环境等情况，分析可知：

1）项目施工控制网在建设期内受破坏情况较严重，受破坏的控制点达到15个，占建网控制点数量的45%。

2）各次控制点复测后均存在平面控制点成果差异较大的情况，各次复测平面控制点坐标变化值差异统计如表5所示。

表5 各次复测平面控制点坐标变化差异统计

3）各次控制点复测后均存在高程控制点成果差异较大的情况，各次复测高程控制点坐标变化值差异统计如表6所示。

图4 第二次复测与第一次复测平面成果比较

图5 第三次复测与第二次复测平面成果比较

图6 第四次复测与第三次复测平面成果比较

图8 第二次复测与第一次复测高程成果比较

图9 第三次复测与第二次复测高程成果比较

图10 第四次复测与第三次复测高程成果比较

表6 各次复测高程控制点坐标变化差异统计

4）通过对差异较大控制点的基础、环境、所处位置等情况进行综合分析发现，其主要原因在于：①受施工期间重载车辆、桥墩基础施工以及其他土建施工等外界因素影响，控制点受到挤压，控制点所处基础发生变形；②部分新埋设控制点位于新建大堤，大堤基础处于沉降稳定期，存在大堤整体沉降，导致部分高程控制点成果差异较大；③受墩身施工影响，江中主塔自身荷载一直在增加，导致塔座高程控制点持续下沉；④部分高程控制点差异由测量误差和起算点差异所致。

5 结语

1）桥梁工程施工控制网具有长周期、高精度的应用需求，在建网选点过程中需确保控制点所处基础的稳定性，同时应确保控制点处于施工影响、外界环境干扰区域外，以保证控制点满足长期、稳定的应用要求。

2）通过项目实测与成果比较可知，案例项目在建设期内控制点破坏较严重，通过检核与分析，同时选用合适的起算点，保证了建设期内控制网基准的稳定与一致，确保了项目的顺利建设。因此，复测外业工作完成后，需对影响控制网基准的起算点稳定性进行检核，确保起算点的成果可靠，以此保证测量基准在建设期内的一致性，避免控制网复测成果与既有成果间出现系统误差。

3）桥梁工程施工控制网是保证工程建设顺利实施的基础且重要的工作之一，与工程建设紧密相关。因此，控制点成果是否更新使用应根据施工进度、控制点成果差异等情况综合考虑。

4）施工控制网的复测与成果选用是一个发现问题、解决问题的过程，因此在完成复测分析后，不仅需要对控制点成果的使用提出建议，还需要对控制点保护、加固和监测以及测量基准维护等提出合理化建议，从而更好地发挥控制点在整个项目建设期内的重要基准功能。