深中通道工程高等级首级控制网复测技术设计要点

成益品，董理科，韩战伟，熊金海

（1.中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071；2.广东省公路建设有限公司，广东 广州 510623）

0 引言

工程控制网是针对某项工程而布设的专用控制网，在建筑工程中，工程控制网贯穿整个施工过程的各个阶段，为工程设计、施工及运营各个阶段提供测量控制基准，以衔接和指挥各工序的施工，保证建筑工程符合设计要求。由此可见，建筑工程的全过程是离不开工程控制网的，而工程控制网测量基准的准确性对保证工程质量和施工的规范化起着重要作用[1-3]。

1 工程概况

深圳至中山跨江通道项目（简称“深中通道”）地处珠江口核心区域，是一项超大型跨海通道工程，主体工程采用超大跨径海中桥梁、深水人工岛、超宽变截面海底隧道、水下互通立交四位一体的组合方式，项目建设条件复杂，工程规模宏大，技术标准高。项目起于广深沿江高速机场互通立交，西至中山马鞍岛，终于横门互通立交，主体工程全长约24.0 km。

深中通道工程首级控制网采用深中独立坐标系统，高程系统采用1985国家高程基准，首级控制网共计布设了12个平面控制点和8个高程控制点，分别按国家B级GNSS控制网和国家一等水准测量的精度要求施测[4]。为了验证首级控制网测量成果的可靠性和测量精度，岛隧工程开工建设前，进行同等精度的复核测量。

2 复核范围和内容

1）平面控制网复核。本次平面控制网施工复核需联测4个深中通道项目GNSS连续运行参考站点（SZ01、SZ05、SZ09、SZ12），选取首级控制网点（SZ02、SZ03、SZ04、SZ06、SZ07、SZ08、SZ10、SZ11）进行观测[5]。点位平面分布见图1。

图1 平面控制网复核点位分布图Fig.1 Distribution map of plane control network review points

2）高程控制网复核。本次控制网施工复核往返测水准路线约64 km，选取深圳侧（BM01、BM02、BM03、SZ06）和中山侧（BM05、BM06、BM07、BM08）8个首级控制网点进行观测，各形成1个水准闭合环。点位平面分布见图2。

图2 高程控制网复核点位分布图Fig.2 Distribution map of elevation control network review points

3 作业计划

3.1 复核工作总流程

为保证高效地完成复核工作，编制复核测量实施方案，制定严格的测量作业计划。具体工作流程见图3。

图3 复核工作流程图Fig.3 Flowchart for review work

3.2 人员、设备的组织

本次复核工作拟投入10名测量员，设置1名队长全面负责组织协调工作和2名机动调整人员。首先进行GNSS外业观测，然后进行水准外业观测。GNSS外业观测需不间断观测72 h，为确保仪器设备安全和观测数据正常，GNSS外业观测分配8人，每个点位固定1人24 h值守，另外设置2名机动人员更换电瓶和值守替换。水准外业测量线路长，且多在交通要道上徒步行走，为确保人员设备安全，水准外业测量分配5人，并设置1名专职安全员。复核投入的测量仪器均要求通过国家计量授权的测绘计量检定机构检定合格，并在仪器检定有效期内方可使用。正式复测之前进行全面的安全和技术交底。

3.3 作业实施计划

平面复核测量投入8台双频GNSS接收机，设计机动调整1 d，总计4 d。高程复核测量投入1台电子水准仪，1个小组进行施测，设计机动调整2 d，总计14 d。

4 复核精度等级要求

4.1 复核精度

1）平面首级控制网按GNSS网B级精度要求进行，具体要求见表1。

表1 B级GNSS网的精度要求Table 1 Precision requirements of B GNSS network

2）高程控制网按一等水准测量的精度要求进行，具体要求见表2。

表2 水准测量的总体技术标准Table 2 General technical standards for leveling

4.2 已有成果资料

已有成果资料《首级控制网2000国家大地坐标系成果》、《首级控制网工程独立坐标系成果》、《首级控制网ITRF2000空间坐标系成果》，满足本次复核测量的要求。

4.3 平面坐标和高程系统

按深中通道项目测量控制中心规定，主体工程建设阶段的施工图勘察设计和施工测量必须统一使用深中通道工程独立坐标系，因而，本次对首级控制网复核的平面坐标系统采用深中独立坐标系：中央子午线经度为113°42′52.69″，投影面高程为正常高35 m，参考椭球为国家2000大地坐标系椭球。

高程系统统一采用1985国家高程基准。

5 平面控制网复核

5.1 技术要求

B级GNSS网外业观测技术要求按照GB/T 18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》[6]，具体技术要求见表3。

表3 B级GNSS网观测的基本技术要求Table 3 Basic technical requirements for B GNSS network observation

5.2 实施流程

5.2.1 GNSS测量网形设计

控制网复测前首先进行控制点勘查，检查控制点的完好性及分布情况。根据目前控制点布设情况，采用基于4个卫星定位连续运行基准站的点观测模式。

5.2.2 GNSS测量准备工作

1）根据B级观测要求，在所有GNSS接收机上设置相同测量参数，每台GNSS接收机测试30 min，查看数据质量是否与设置参数匹配。

2）数据检查完后将内存卡数据全部清除，保证数据存储设备有足够的存储空间。

3）按照一用一备原则准备18块新电瓶并充满电，观测期间每4 h检查电瓶电压1次，保证电池容量满足作业要求。

4）关注观测期间测区天气情况，帐篷、雨伞及其他附件准确齐全。

5.2.3 GNSS测量精度的操作要点

1）天线安装在强制对中观测墩上，保证天线定向标志线指向正北，定向误差不大于±5°。遇雷雨天气时，应立即停止观测，并卸下天线盘。

2）每个时段观测前后，各量取天线高1次，围绕天线盘相隔120°的3个位置分别量取至天线墩中心标志面的垂直距离，取平均值为天线高。

3）观测期间不应在天线附近50 m以内使用电台，10 m以内使用对讲机和手机。

4）各观测点严格遵守观测指令，当发生异常情况及时报告负责人，负责人视情况对观测时段作统一调整。

5.3 数据处理

5.3.1 内业数据处理及精度评定

按照规范要求对GNSS观测数据进行同步环和异步环、重复基线计算复核。单基线解算不合格时，分析原因，必要时进行基线的补测和重测。

5.3.2 内业数据平差计算方法

1）基线处理

B级GNSS网基线数据处理采用高精度数据处理专用的软件GAMIT进行解算，基线处理时删除观测条件差的时段和观测条件差的卫星。

2）控制网的平差

基线解算完成后，首先在WGS-84椭球下，进行空间基线无约束平差，检查GNSS基线向量网本身的内符合精度，并剔除含有粗差的基线边。然后采用连续运行参考站作为已知点对控制网进行整网约束平差。约束平差后，得到WGS84地心坐标，采用与业主提供的相同的高斯中央投影子午线和高程投影面获取高斯投影平面直角坐标[7]。

5.4 成果评判方法及标准

根据复核测量控制网的同步环、异步环、重复基线差、坐标点位精度的统计，首先确认控制网精度满足B级GNSS网要求的前提下，进行控制点检测坐标与业主提供坐标的比较，当控制点的本次检测成果X、Y坐标差值满足规范要求时，认为业主提供的控制点平面位置稳定可靠，作为最终成果坐标使用。

当控制点的检测X、Y坐标与业主提供坐标的较差绝对值大于规范要求时，应结合该点与其周围相邻点（通常为前、后相邻点）的距离变化来分析判定点位是否发生位移。确认点位在平面位置发生位移时，及时向监理和业主反映。

6 高程控制网复核

6.1 技术要求

高程控制网复核按照GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》[8]要求进行，单站水准观测的技术要求见表4。

表4 单站一等水准观测技术标准Table 4 Technical standard for first class leveling observation of single station

观测读数和记录的数字取位：使用数字水准仪应读记至0.01 mm。

6.2 实施流程

6.2.1 测量准备工作

1）根据现场踏勘线路情况，结合百度地图规划设计最为经济和合理的测量路线，宜选择柏油路和水泥路面。

2）开测作业前对水准仪进行i角测定，使之符合《国家一、二等水准测量规范》要求。

3）尽可能选择leica原厂出产的木质三脚架，保证观测过程中仪器稳定，最大限度的降低交通车辆过往地面震动对观测数据的影响。

4）每天出工前，关注天气预报。白天观测时测站要打伞遮阳。

6.2.2 测量时段选择

水准路线采用往返观测，并尽量沿同一条路线进行，同一测段的往、返测应分别在上午与下午进行。天气炎热或交通车辆多的测段宜选择早晚时间观测。

6.2.3 测量精度保障措施

1）测量时应保证前后视距尽可能相等，减少仪器i角对高差观测的影响，前后视距差满足规范要求。

2）使用规范要求的专用尺垫，保证水准尺的稳定性，每测站尺垫安放的位置均要踩实。

3）采用专用不锈钢蘑菇头标志在地面钻孔埋设作为观测间歇点，每个观测间歇点埋设3个。同时在每座桥梁两端头和主要交通要道口埋设间歇点，便于数据超限及时补测。间歇点高差检测小于0.7 mm，即可由此起测。

6.3 数据处理

对一等水准的复核测量应以各水准路线测段往返测高差不符值计算每千米高差中数的偶然中误差和全中误差，合格后方可进行高差比对。否则应重测该段水准路线。

高差对比过程中，如果本次复核测量的高差与业主提供的高差相比较，超过一等水准测量应有的限差标准时，则需要沿水准路线追加一次单程的高程测量，用以辅助确认地表高程变化的真实存在。

相邻水准点间的高差计算时，取符合规范要求的往返观测值的平均值作为最终成果。整体平差采用武汉大学科傻平差软件进行平差计算，并进行各水准点间的高差和水准点的高程比较。

外业观测的当天应对观测数据进行初步整理，发现问题及时解决。

6.4 成果评判方法及标准

按照规范要求进行。

7 成果资料提交

所有外业测量工作结束，数据计算复核无误后，编制测量成果报告，并以书面形式提交业主单位复核。对于超大型和精密工程，一般要在业主交桩后，首先要编制控制网复测专项方案提交业主单位审批后，再进行现场控制网的复测工作，确保设计的复测方案满足精度要求。提交的复测成果报告不限于下列资料：

1）《深中通道岛隧工程施工控制网复核方案》。

2）《深中通道岛隧工程施工控制网复核成果报告书》。

3）仪器设备的检定证书。

4）主要作业人员的资格证书。

5）GNSS网原始观测数据的文件拷贝。

6）水准测量的原始记录电子文件拷贝。

8 结语

深中通道岛隧工程高等级首级控制网复测历时22 d，测量方式正确，外业数据完整，通过平差计算及对数据质量检核，复测结果与原首级控制网成果在测量精度范围内一致。通过本次高等级控制网得到的结果表明，针对大型精密控制网复测任务，在方案编制、外业观测和内业计算等各个环节都需要提前策划和精心组织，并进行详尽的技术交底，确保工作任务高效如约完成。