浅谈如何建立桥梁桥位平面与高程控制网

浅谈如何建立桥梁桥位平面与高程控制网

摘要：本文从高程控制网的合适精度、起点数据、测量方案的选择与网形设计、选点与埋石、观测与数据处理等五个方面就桥梁桥位平面与高程控制网的建立作了的扼要论述。

关键词：桥位平面与高程控制网网的精度测量方案

桥梁桥位平面与高程控制网的建立，对于桥梁的设计施工到建成后的监测都是十分重要的，是桥位勘测的骨架，骨架建立得质量如何，直接影响着桥位后续勘测及设计和施工放样的质量，因此应当引起各方面给以足够的重视。否则会引发难以收拾的不良后果，造成巨大损失。下面就桥位平面与高程控制网建立几个主要方面作肤浅扼要论述。

（一）桥位平面和高程控制网的精度

1、桥位平面控制网布测的精度，按照《公路勘测规范》的规定是以桥轴线的控制桩间距离确定精度等级；按照《公路全球定位系统（GPS）测量规范》是以特殊要求的桥梁、隧道等提出精度要求。目前长江上所建造的桥梁，在布测的桥位平面测量的精度已比《公路勘测规范》规定的精度提高了几倍，谈不上什么等级，有的建桥施工指挥部门和施工单位（包括施工监理）提出平面位置最弱相邻点点位中误差不大于2mm，这种要求与上述规范规定的精度指标相差甚远，是没有必要的、不合适的。但考虑到施工放样（非构件放样）和将来的变形观测，适度提高精度是必要的，先进高精度测绘仪器的出现，提供了适度提高精度的有力条件。因此，对桥轴线长超过1km 至6km 复杂大桥桥位平面控制网最弱相邻的相对点位中误差提高为±5mm~10mm，桥轴线相对中误差由《公路勘测规范》规定的1/12万和原《公路桥位勘测设计规范》（1991 年版）规定的1/13 万提高到1/40 万~1/70万（桥轴线的控制间距离为1km~6km），实践证明，在1km~6km 的桥轴线长度范围左右，布测独立网是能达到上述精度指标的。如果施工单位认为桥位平面控制网最弱相邻点相对点位中误差不大于±2mm 是必须的，就应使用更高级的精密测量仪器和更严密的测量方法来实现，但是，如果是盲目追求过剩质量，则是不对的。

2、桥位高程控制网布测的精度。按《公路勘测规范》规定2km 以上的特大桥梁应布测三等水准测量精度的高程控制网，并规定水准路线最大长度为50km，按照三等水准测量限差，采用1/2MW√L或2MW√L /4估算公式推算得路线最弱点相对高级起算点高程中误差为21.21mm。这一规定比《公路桥位勘测设计规范》规定的精度提高了一个精度等级。究竟达到什么样的精度合适，有的设计人员说，最好是不差，而有的施工人员要求相邻点间相对高程中误差为毫米级（5mm 以内）。从上述计算最弱点高程中误差的公式不难看出，出现中误差的大小（当MW采用同一值时）与路线长短关系直接。我们估算最弱点高程中误差是不超过±10mm，首先是缩短水准路线长度，如无法再缩短时，就要提高水准测量等级。如要求最弱点高程中不超过±10mm，MW为6mm（三等水准限差），

水准路线只能是11km。如果最弱点高程中误差不能放宽，唯一办法就是提高精度等级布测，若按二等水准要求布测，其水准路线长度可放至100km。大跨度的跨江、河或海峡高程传递测量，各种影响精度的因素很复杂，尤其是折光的影响，因此，不能按MΔ√S来规定高差中数中误差的限差，可研究按2MΔ√S来作为限差较实际些。我们不能不计时间、不计效益、不计需要与否，盲目追求过剩精度，有一定的精度储备就可以了。

（二）桥位平面和高程控制网的起算数据

1、桥位平面控制网的起算数据，桥位平面控制网的精度在（一）节中已提出网中相邻间点位中误差不大于±10mm，这就只能布测成以一个国家三角点或一个GPS控制点为坐标起算点，以该点和另一个国家三角点或GPS点的一条边的方位角为方位起算的不受国家三角网或GPS网控制约束的独立网，这样布测的目的，一是使桥位平控网相邻点点位中误差小于±10mm；二是为了与1954 北京坐标系或1980年西安坐标系发生联系。

为了桥路很好衔接，桥位平控网应联测三个以上国家高级三角网点或国家A、B、C级GPS网点。联测的已知点中最好也都是接线公路勘测控制网联测的已知点。当桥位平控点已布测，在进行路线控制台网布测时，应联测桥位平控点。所联测的起算点基准点应基本相容，因此，在设计联测方案时，应考虑多联测几个点，以便有选取剔除的余地。这里提出两个应注意的问题。

①国家三角锁（网）分别建于20 世纪50年代初后期、中期和中后期经过了40多年的风风雨雨、地物地貌等各方面都发生了很大的变化，在发生变化的地区，三角点的标志也将发生变化，而且不论是那个等级的三角点，当然变化的程度会有所不同，所以，凡是基准不相容的三角点不论其等级都可予以剔除。

②联已知点时，如既联测国家三角锁（网）点又同时联测国有A、B、C级GPS网点时，更要注意其基准的相容性，现已证实两者的尺度是不同的，在数据处理过程中如发现存在不能允许的影响时，不可强行平差导致网形产生明显的扭曲。

如采用全球定位系统（GPS）布测桥位平控网，其基线解算的起算数据，对于精度要求很高的平控网，应采用精密星历作为基线解算的起算值。

2、桥位高程控制网的起算数据，桥位区的高程如不考虑接线也是属独立高程网，其起算点精度的高低无关紧要，而测定高程的各平控点间的相对高程精度，要求是很高的。为此，要作跨河水准测量（跨河高程传递测量）。将其纳入桥位高程网内，保证其相对精度较均匀的满足要求。为桥路在高程上顺利衔接，要选择点位稳定（最好是真正的基岩水准点并经过检测或复测验证是稳定）的二等以上已知水准点作为起算点。

（三）平面控制网测量方案的选择与网形设计

20 世纪80年代以前，桥位平控网主要是采用经典传统的测量方案布设，光电测距仪问世后，则以边角同时直接测量的方案布设，进入90年代特别是到了90年代初中期，一般均采用先进高效的全球定位系统（GPS）测量方案布设。但在90年代初期，也有个别单位和人对GPS定位抱着怀疑非科学的心态试图否定GPS定位是一种先进高效的定位方案，到了90年代中期以后，大量的GPS 定位测量成果表明了其先进、高质和高效，这才被普遍的接受。无疑特大桥桥位平面控制网的布测应首选GPS定位测量的方案。

桥位平面控制网应以桥轴线为公共边向两侧各布设一个或两个连续大地四边形，并宜将两个或四个连续大地四边形看成一个大四边形再加两条对角线，以使网形结构更加坚强，精度更加均匀。如考虑到两端引桥，可分别加布若干个后排点，这些点可以三角形或大地四形组成；若桥位通过中间有较大些岛屿需建造方位不完全一致的两座大桥，则中间陆岛部分可以大地四边形或中心多边形相联结形成一个完整的桥位GPS网，具体的设计要求，要根据具体情况按照全球定位系统（GPS）测量规范或规程进行。在设计网形时，应尽量使长短边不要相差太悬殊，以利数据处理的便捷。具体设计内容与要求在几个版本的全球定位系统（GPS）测量规范、规程和有关论文中都有详细论述，这里不再赘述了。

（四）高程控制网（包括跨河高程传递）测量方案与网形设计

结构复杂的大桥特别是特大桥对高程测量的精度的要求是很高的，根据前面提到高程中误差不超过±10mm的精度指标，高程控制网应采用至少在目前精度上属最高的几何水准测量方案，而几何水准测量方案在陆地上和河（江、海、湖）的水面宽度不超过100米时，是完全可以一般方法进行观测，超过100米但不超过1000米可采用光学测微法和倾斜螺旋法及经纬仪倾角法观测，超1000米时，要采用经纬仪倾角法或测距三角高程法。另外，还有采连通管水准仪、激光水准仪以及静水面传递和GPS高程作跨河传递测量，但这些方法还缺少实践经验，有的也难以保证精度。因此，都未列入规范作具体规定，但连通管水准仪、激光水准仪以及GPS高程作跨河水准测量应当作为发展方向提出来进行研究。

GPS高程作跨河高程传递，是个效率高、经费低且跨距可长可短的好方法，问题在于受区域性大地水准面的精度及电离层延迟误差等因素的影响，由GPS 测得的大地高拟合转换成正高或正常高，其精度满足不了特大侨设计，特别是满足不了施工对高程的精度要求。尤其是已早发现各级已知水准点大多存在不同程度的不均匀升沉（沉是主要普遍的），当已知点高程不可靠，拟合出的正高或正常高当然也是不可靠的。因此，特大桥高程控制网布测（包括跨河高程传递）至少是目前还不能采用GPS测得大地高以拟合转换为正高或正常高的方法来实现。跨河高程传递，现在还是采用国家水准测量规范中规定的几种方法进行，较为妥当。对于精度要求很高，水面跨距又大的高程传递，有下列六个问题应引起注意和认真研究：

①照准标志的形式和制作的设计与测试；

②观测台位置的选择、观测台的形式高度；