苏通大桥复测技术设计书.docx
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苏通大桥复测技术设计书
苏通长江公路大桥桥位首级平面和高程控制网复测
技术设计书
长江水利委员会第十一工程勘测院
二OO四年四月
项目名称：
苏通长江公路大桥桥位首级平面和高程控制网复测
责任单位：
长江水利委员会第十一工程勘测院
资质证书：
建设部工程勘察综合类甲级170015-kj
国家测绘局甲级测绘：
甲测资字4210153
作业单位：
长江水利委员会第十一工程勘测院
项目负责：
技术负责：
报告编写：
报告审核：
报告核准：
总工程师：
汤国强
院长：
熊家富
苏通长江公路大桥桥位首级平面和高程控制网复测
技术设计书
1概述
1.1任务来源
苏通长江公路大桥（以下简称苏通大桥）位于江苏省东部的南通市和苏州（常熟）市之间，西距江阴大桥约80公里，东距长江入海口约110公里，是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道，也是江苏省公路主骨架的重要组成部分。
该项目的建设对完整国家和江苏省干线公路网，增强上海经济辐射作用，促进区域经济均衡发展，合理布局长江下游过江通道，改善过江设施、缓解过江交通压力、减少对长江航运的干扰、保证航运安全等都具有十分重大的意义。
2001年8月，国测一大队完成了苏通大桥桥位首级平面和高程控制网的布设测量工作，并于2003年5月进行了第一次复测。
比较两次观测的成果，部分控制点在水平和垂直两个方向上发生了不同程度的位移，在水平方向上最大位移量达15mm，在垂直方向上最大下沉量达16mm。
由于桥址区域地表松散层较厚和地下水开采等原因，使得控制网点的自然稳定期较长，加上受大桥施工及各项地方建设施工的影响，控制点在复测后很难长期保持稳定。
2004年3月份，主墩钢吊箱及承台开始施工，计划7月份进行墩身的施工，在该施工阶段对放样的精度要求较高，因此对首级平面和高程控制网进行第二次复测很有必要。
另外原首级平面和高程控制网点已无法满足桥轴线上各桥墩特别是江中桥墩施工放样的要求，需增设桥轴线加密控制网。
受江苏省苏通大桥建设指挥部委托，长江水利委员会第十一工程勘测院拟于2004年对苏通大桥桥位首级平面和高程控制网进行复测。
本次复测的技术方案与前期基本相同，主要区别在于高程控制网中跨河测量路线及跨河测量方法不同。
增加的桥轴线加密控制网，其方案另做设计。
1.2测区自然地理概述
苏通大桥位于东经120°59′，北纬31°47′。
桥位处于冲积平原的新三角洲，地势低平，海拔高程仅2～3米。
河沟成网，纵横交错。
南岸居民点较密。
桥位处水面宽约5.8km，两江堤之间宽约6.1km，江堤高4～5米、宽4～6米。
两岸江堤均可通大车和汽车。
桥位西约6km是通常汽渡。
桥位区外围四周市、集镇均有公路通至桥位附近，交通十分方便。
桥位区属亚热带湿润季风气候区。
气候较温和，雨水充沛。
受季风影响，四季分明。
年平均气温15.2℃，最热月平均28～30℃（七月份），最冷月平均-0.2～3.1℃（一月份）。
年高温≥35℃仅3.4～6.2天。
年平均降水量1082.6mm，年最多降水日数为143天（8～9）月。
每年5月至10月为汛期。
11月至次年3月份为枯水期。
1月或2月水位最低。
洪峰多出现在6至8月。
常规风力4～6级，台风主要出现在7～9月份，瞬间极大风速为30.4m/s。
年均雾日为29.4天，一般出现在春、秋、冬季的上午。
桥位区覆盖层较厚，以粘土、亚粘土、粉沙、粗沙和砾石为主。
地层处于下沉趋势，江南不均匀下沉显著，对平面和高程控制点稳定性不利。
2复测的主要工作量和进度计划
2.1复测主要工作量见表2.1。
表2.1
序号
项目
数量
1
首级平面控制网
B级GPS网观测
17点
2
精密激光测距边
5条
3
GPS网平差计算
17点
4
精密激光测距边计算
5条
5
首级高程控制网
二等水准观测及平差计算
35公里
6
跨河水准观测及计算
5条
7
测距三角高程及计算
10条
8
桥轴线加密平面控制网
桥轴线控制点放样
4点
9
C级GPS网观测
17点
10
精密激光测距边
5条
11
C级GPS网平差计算
17点
12
精密激光测距边计算
5条
2.2复测工作进度计划
复测工作计划拟于2004年4月初开始外业工作，5月底完成内业计算、资料整编、检查验收工作。
3已有测绘资料情况
3.12001年苏通大桥桥位首级平面和高程控制网技术设计书及成果资料；
3.22003年苏通大桥桥位首级平面和高程控制网复测技术设计书及成果资料；
3.3桥轴线设计资料。
以上资料由苏通大桥建设指挥部提供。
4技术依据
（1）《苏通长江公路大桥桥位首级平面和高程控制网复测主要技术要求》
（苏通大桥建设指挥部）；
（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314－2001）；
（3）《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ／T066－98）中一级标准；
（4）《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73－97）中二级标准；
（5）《精密工程测量规范》（GB／T15314－94）中的精密测距测量纲要；
（6）《中、短程光电测距规范》（GB16818-1997）；
（7）《国家三角测量规范》（GB/T17942－2000）；
（8）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897－91）；
（9）《全球定位系统（GPS）测量型接受机检定规程》（CH8016－1995）；
（10）《测绘产品检查验收规定》（CH1002－1995）。
5坐标系统、投影面、高程系统
5.1坐标系统
（1）世界大地坐标系WGS-84（其坐标为相应ITRF2000国际地球参考框架在参考历元为2004.0的坐标）。
（2）独立坐标系，中央子午线为120°59′00″，投影面分别为参考椭球面和正常高“0米”、“8米”、“76米”，高程异常ζ=62.2米。
5.2高程系统
高程系统采用1985国家高程基准。
6平面和高程控制网主要精度指标
控制网的基本精度指标：
（1）平面控制网中各相邻点点位中误差不大于±5mm；
（2）高程控制网中各相邻点高程中误差不大于±5mm；
（3）桥轴线控制点偏离轴线不超过5mm。
7仪器配置
7.1本次复测采用的主要仪器详见表6.1。
表6.1
序号
仪器
标称精度或型号
数量
1
双频GPS接收机
5mm+1ppm（Trimble5700）
≥4
2
光电测距仪
0.2mm+0.2ppm（ME5000）
1
1mm+1ppm（DI2002）
1
3
光学经纬仪
J1（WILDT3）
4
4
自动安平水准仪
DS1（NA2、NI007）
3
5
水准标尺
线条式分划因瓦标尺
3
6
通风干湿温度表
若干
7
空盒气压表
若干
7.2仪器检验
所有投入作业的仪器均送省部级以上国家法定检定部门检定，并按相应规范规定对作业时必需自检的项目进行检验。
8平面控制网的复测
8.1平面控制网网形设计
平面控制网采用原网的点位设计，由于南岸ST16被破坏，本次复测不再恢复，这样由南岸9个点ST02、ST04、ST06、ST08、ST10、ST12、ST14、ST18、ST20，北岸8个点ST01、ST03、ST05、ST07、ST09、ST11、ST13、ST15，共17个点组成平面控制网。
平面控制网示意图见附图一。
8.2施测方案
观测按常规静态作业方式，由4台以上同类型GPS双频接收机（内置抑径板天线）组成同步图形进行观测。
同步环和同步环之间采用边连接。
8.3观测技术要求
8.3.1基本技术要求
（1）观测技术要求参照《全球定位系统（GPS）测量规范》B级规定执行，见表8.3.1。
（2）观测时段的分布应日夜均匀，夜间观测从日落后1小时开始起算至日出为止。
也可日夜24小时连续观测。
（3）测量时必须同时观测记录各项气象元素和天气状况。
（4）雷电、风暴天气时不宜进行GPS测量。
表8.3.1
卫星截止高度角（°）
15
同时观测有效卫星数
≥4
有效观测卫星总数
≥9
观测时段数
≥4
时段长度（min）
≥360
采样间隔（s）
30
时段中任一卫星有效观测时间（min）
≥30
8.3.2测前准备
（1）观测前应事先编制GPS卫星可见性预报表和作业调度表。
（2）每天出发前应检查电池容量是否充足。
（3）作业前应检查接收机内存容量是否足够。
（4）天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中，天线的指向应相同。
当天线安置在较高处或风较大的地方，须采取措施，以防天线被风刮倒。
8.3.3观测作业要求
（1）观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一组卫星。
（2）每时段开机前、关机后各量取天线高一次，两次量测互差应小于3mm。
每次在互为120°三个方向上量测，量测互差应小于2mm。
并记录量测方式。
（3）仪器中的参数设置，未经技术负责人同意，不得随意改变或删除。
（4）仪器正常工作后，作业员应及时按照记录手簿的内容做好观测记录。
每时段在观测开始、中间、观测结束时记录气象元素。
气象观测所用通风干湿表需挂在测站附近，与天线相位中心大致等高。
（5）观测员作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和移动，防止他人和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。
（6）接收机在观测过程中不应在接收机附近10m内使用对讲机和50m内使用电台；当遇雷、闪电或大风雨时，应立即停止观测。
（7）经认真检查，所有规定作业项均已全面完成，并符合要求，记录资料完整无误，且将标盖复原后方可迁站。
8.3.4数据处理
（1）基线向量解算
选用IGS精密星历，采用Gamit数据处理软件解算基线向量。
为保证控制点的ITRF2000的坐标精度，作基线精处理时，与上海和武汉两个IGS永久GPS跟踪站联合数据处理进行坐标传递。
（2）基线解算的质量检核
基线解算的质量检验按《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314－2001）对B级网的有关要求进行，其独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足：
WX≤2
WY≤2
WZ≤2
Ws≤
8.4平面控制网的检核边长测量
为了检核GPS测量的外部符合精度，采用ME5000激光测距仪施测5条精密测距边。
8.4.1观测时，每条边观测两个时段，上午和下午对称观测，每个时段测量三个测回，每测回读数三次。
每时段测前、测后测站和镜站各读取干温、湿温和气压一次，温度读至0.2°，气压读至0.2hPa。
8.4.2边长测量记录采用PC-E500计算机记录，各项限差由记录程序自动控制，气象改正由程序自动进行。
8.5平差计算
平差计算使用两种GPS平差软件进行计算。
首先进行三维无约束平差，剔除基线向量改正数超过限差的基线，然后再用满足限差要求的独立基线重新进行三维约束平差。
采用独立坐标系的一个点作为起算点，一个方向作为起算方向，精密测距边进行投影改正后作为高精度观测边长进行二维约束平差，输出平差结果。
通过计算结果对控制点的稳定性进行分析，若确定ST02、ST11稳定，仍以ST02作为已知点，固定ST02—ST11的方位角进行平差计算。
分别计算WGS-84坐标和独立坐标系中投影面分别为参考椭球面和正常高“0米”、“8米”、“76米”的坐标。
平差计算结束后，输出相应坐标系中的二维坐标、基线向量改正数、基线边长、方位及点位中误差、边长相对中误差。
9高程控制网复测
9.1高程控制网网形设计
本次复测的高程控制网主要由以下几种控制点组成：
（1）平面控制网的所有点均布设为高程控制网点，共17个；
（2）5个钢管深井点；
（3）桥轴线加密控制网点均布设为高程控制网点，共13个。
苏通大桥高程控制网共由35个高程控制点组成。
凡是能用直接水准测量的采用几何水准方法测量；不能用直接水准测量的桥轴线控制点标面高程采用测距三角高程法测量；水中试桩控制点的高程采用跨河水准测量经纬仪倾角法测量。
高程控制网示意图见附图二。
在复测观测进行前对原有控制网点进行普查、维护，最终确定复测施测网形。
9.2直接水准测量
直接水准测量按二等水准精度要求施测。
施测时严格按照《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-91）中的有关规定执行。
9.2.1观测技术要求
（1）测站视线长度（仪器至标尺距离）、前后视距差、视线高度按表9.2.1-1规定执行。
表9.2.1-1m
等级
仪器类型
视线长度
前后视距差
任一测站上前后
视距差累积
视线高度
（下丝读数）
二等
DS1，DS05
≤50
≤1.0
≤3.0
≥0.3
（2）测站观测限差应不超过表9.2.1-2的规定。
表9.2.1-2mm
等级
上下丝读数平均值与中丝读数的差
基辅分划
读数的差
基辅分划所测高差的差
检测间歇点
高差的差
0.5cm刻划标尺
1cm刻划标尺
二等
1.5
3.0
0.4
0.6
1.0
（3）往返测高差不符值、环闭合差和检测高差较差的限差应不超过表9.2.1-3的规定。
表9.2.1-3mm
等级
测段、区段、路线
往返测高差不符值
附合路线闭合差
环闭合差
检测已测
测段高差之差
二等
4
4
4
6
注：
K——测段、区段或路线长度，km；
L——路线长度，km；
F——环线长度；km；
R——检测已测段长度，km。
（4）水准测量的精度
每公里水准测量的偶然中误差MΔ不超过1mm。
9.3测距三角高程测量
受轴线控制点标高和地形条件的限制，4个轴线控制点的标面高程将采用测距三角高程测量方法传递高程。
南北两岸测距三角高程路线各自组成附合路线。
9.3.1垂直角观测
采用两台经纬仪用中丝法对向观测垂直角，每条垂直角观测二个时段，每时段观测六测回，第二光段仪器互换位置。
各项观测限差见表9.3.1。
表9.3.1
测微器两次重合读数限差
同一方向各测回指标差互差
同一垂直角各测回互差限差
1″
7″
5″
9.3.2边长观测
采用DI2002进行边长测量，每条边观测二个时段，每时段观测三测回，每测回三次读数。
各项观测限差见表9.3.2。
表9.3.2mm
一测回读数间较差限值
测回间较差限值
时段较差限值
2
3
（1+1×D×10-6）
9.4跨河水准测量
高程控制网中布设有5条跨河路线，长度从500m～3500m不等，详见表9.4。
表9.4
跨河路线
视线长度
南岸～1＃试桩
约3000m
1＃试桩～北岸
约3500m
南岸～5＃试桩
约1500m
5＃试桩～8＃试桩
约500m
8＃试桩～南岸
约1000m
9.4.1施测方案
跨河水准测量采用经纬仪倾角法：
使用两台经纬仪对向观测，用垂直度盘测定水平视线上、下两标志的倾角，计算水平视线的位置，求出两岸高差。
照准标志采用专用跨河觇灯。
（1）跨河水准测量，以跨河视线长度确定应观测的时间段数、测回数与限差。
应观测的时间段数、测回数及组数，按表9.4.1-1规定执行，受潮水、风浪和视线高的影响，测回数可适当增加。
表9.4.1-1
跨河视线长度（m）
二等
最少时间段数
双测回数
半测回中的组数
501～1000
4
8
6
1001～1500
6
12
8
1501～2000
8
16
8
2000以上
4·s
8·s
8
（2）各单测回数的互差dH=4·MΔ
。
式中：
MΔ——每公里水准测量的偶然中误差限值，mm；
N——单测回的测回数；
S——跨河视线长度，km。
（3）观测限差按表9.4.1-2规定执行。
表9.4.1-2
同一标志四次读数互差
指标差互差
同一标志垂直角互差
3″
8″
4″
由于水中试桩控制点稳定性差（施工单位测量人员介绍：
江面一、二级风时，垂直角变化约10秒），影响观测精度，在观测过程中视情况适当放宽限差。
9.4.2施测时要求
（1）长江涨潮落潮、风大浪高、行船密度大、跨河视线低、水中试桩稳定性不高等许多不利因素，观测员应选择最佳观测时间；
（2）因测站设在水中试桩上，观测时注意人身和仪器设备安全；
（3）垂直角观测严格同步，一测回中每组两岸同时开始观测。
9.5数据处理
数据处理采用长江委安全监测与工程测量中心开发研制的《控制网观测数据预处理软件系统》。
直接水准测量高差和跨河水准测量高差加入水准标尺尺长误差改正；测距三角高程测量将垂直角和斜距归算到标心垂直角和标心斜距计算两点高差。
将改正后高差进行水准网的平差。
首先南北两岸水准网分别平差，评定内部符合精度，然后两岸再进行联合平差。
在水准网联合平差时，视跨河水准测量精度分别定权处理。
10桥轴线加密平面控制网观测
10.1桥轴线加密平面控制网网形设计
桥轴线加密平面控制网由陆上试桩控制点4个（SZ1、SZ2、SZ3、SZ4）、轴线控制点4个（ZX1、ZX2、ZX3、ZX4）、水中试桩点5个（SZs1-1、SZs1-2、SZs5-1、SZs5-2、SZs8）组成。
桥轴线加密平面控制网示意图见附图三。
10.2施测方案
观测按常规静态作业方式，由4台以上同类型GPS双频接收机组成同步图形进行作业。
同步环和同步环之间采用网连接。
加测5条精密测距边（ZX1－SZs1-1、ZX1－SZs1-2、SZs5-1－SZs8、SZs5-2－SZs8、SZs8－ZX2）。
10.3观测技术要求
（1）观测技术要求参照《全球定位系统（GPS）测量规范》C级规定执行，详见表10.3。
表10.3
卫星截止高度角（°）
15
同时观测有效卫星数
≥4
有效观测卫星总数
≥9
观测时段数
≥2
时段长度（min）
≥120
采样间隔（s）
15
时段中任一卫星有效观测时间（min）
≥30
（2）边长测量技术要求见9.3.2。
11上交成果内容和要求
11.1苏通长江公路大桥首级平面和高程控制网复测技术设计书10份；
11.2本工程投入的仪器、设备检验资料1份；
11.3野外观测手簿1份；
11.4计算书2份；
11.5技术总结报告、检查验收报告20份；
11.6成果表10份；
11.7包含各项资料电子文件的光盘2份。
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