港珠澳大桥岛隧工程项目测量技术与控制.doc

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（6）测量技术与控制

目录

1、施工测控关键技术分析 -1-

2、施工测控关键技术解决方案 -1-

3、施工测量控制 -2-

3.1施工控制网 -2-

1）、首级控制网和首级加密网检测 -2-

2）、施工加密控制网建立 -2-

3）、施工控制网复测 -2-

4）、GPS参考站系统 -2-

5）、坐标及高程系统 -3-

3.2人工岛 -3-

1）、格型钢板桩打设定位控制 -3-

2）、隧道暗埋段对接基准面控制 -3-

3.3隧道基础 -3-

1）、基槽测量精度控制 -3-

2）、减沉桩测量控制 -3-

3）、基床施工测量控制 -3-

3.4隧道沉管段测控 -4-

1）、管节控制点标定 -4-

2）、沉放测量控制 -4-

（1）、近岸段沉管定位 -5-

（2）、远岸段沉管定位 -5-

3.5岛隧结合部桥梁测量控制 -6-

3.6沉降位移测量 -6-

3.7贯通及竣工测量 -6-

4、测量控制管理 -6-

4.1测量组织管理 -6-

4.2测量质量控制管理 -6-

1、施工测控关键技术分析

岛隧工程施工质量与测量精度密切相关。

有别于一般陆上测控技术，岛隧工程测控主要具有以下四个特点：

①离岸长基线，测量现场处于海上，常规测量手段不能满足测控精度要求；

②气象、水文等海上复杂环境因素对测量精度影响较大；

③格型钢板桩、减沉桩打设、基槽开挖、基床整平、管节沉放定位等均为动态、水下测控目标，测控技术要求高；

④测控点多面广、测控技术应用多。

针对以上测控特点，岛隧工程测控关键技术及管理归纳为以下四个方面：

①长基线高精度测控技术；

②自动化、智能化高精度测量控制技术；

③动态、水下高精度测量定位技术；

④大型复杂海上工程测量技术与控制管理。

2、施工测控关键技术解决方案

针对测控关键技术提出有效解决方案，提高测控精度和效率，合理配置高精度鉴定合格的仪器设备、专业软件及技术人员，确保岛隧工程测控质量。

施工测控关键技术解决方案见表2-1。

表2-1施工测控关键技术解决方案

施工测控关键技术

施工测控关键技术解决方案

仪器设备标称精度

长基线高精度测控技术

①加密施工控制网点

②加密GPS参考站

③GPS静态测量

双频GPS接收机LeicaGX1230

静态平面精度：

±（3mm+0.5ppmD）

静态高程精度：

±（6mm+0.5ppmD）

自动化、智能化高精度测量控制技术

①测量机器人动态环境几何形态测控自动化、智能化

②高精度电子水准仪电子测量

③采用鉴定合格的专业测量软件

测量机器人LeicaTCA2003

测角精度：

±0.5″

测距精度：

±（1mm+1ppmD）

蔡司DiNi03:

精度±0.3mm/Km

动态、水下高精度测量定位技术

①CORS系统GPS台站网技术

②高频率动态GPS无线网络定位系统

③多波束测深系统

④沉管水下定位系统。

系统包含拉线单元、陀螺罗经、距离传感器等，精确测量水下沉管相对角度和距离，获知沉管三维姿态

双频GPS接收机LeicaGX1230

动态平面精度：

±（10mm+1ppmD）

动态高程精度：

±（20mm+1ppmD）

挪威EM3002型多波束测深仪

测深精度：

±5cm

沉管水下定位系统

拉线精度：

±10mm

距离传感器精度：

0.02%S

大型复杂海上工程测量技术与控制管理

①建立集成化测控技术与控制管理体系

②建立完善的测控质量保证体系

3、施工测量控制

3.1施工控制网

施工测量遵循“从整体到局部，先控制后施工”的原则。

大桥控制网分四级，分期逐级布设。

施工前期利用港珠澳大桥管理局（业主）提供的一、二等首级控制网和首级加密网进行测量控制，待人工岛区域或防撞墩具备条件时，设置施工加密控制点，建立三、四等施工加密控制网，由此进行各分项工程测量放样、定位等工作。

1）、首级控制网和首级加密网检测

通过测控中心和监理获取相关测量技术资料，并结合岛隧工程测控要求，编制测量技术设计书，对施工需用的首级网控制点、首级加密控制点进行检测。

检测成果与设计移交控制点成果进行对比分析，编制检测成果报告。

控制网检测等级基本与原网同等精度。

平面采用GPS静态测量法，按《全球定位系统（GPS）测量规范》B级精度要求；陆地高程采用电子水准仪电子测量法，按国家二等水准测量精度要求。

一、二等网检测主要精度指标：

相邻GPS点间基线水平分量中误差≤±5mm，垂直分量中误差≤±10mm。

首级控制网检测示意图见图3.1-1。

图3.1-1首级控制网检测示意图

2）、施工加密控制网建立

根据不同施工阶段及精度要求，合理分期、分级布设施工加密控制网。

先后在东、西人工岛稳定且易于保护区域布设施工加密控制点，隧道沉管内施工加密控制点按精密导线要求布设，人工岛及岛隧结合部桥梁加密控制点按精密导线或测边网要求布设。

要求加密控制网图形强度较好，并至少与3个高等级控制点联测。

拟布置人工岛施工加密控制网平面示意图见图3.1-2。

施工加密控制网采用GPS静态测量技术、精密导线或三角锁测边技术。

三、四等施工加密控制网按照交通部现行《公路勘测规范》（JTGC10）的相关规定进行施测。

GPS高程拟合法建立四等高程控制网时，采用测控中心确定的拟合模型，进行内外符合精度检验，同时采用精密水准仪几何水准法或电子水准仪电子测量法进行检验和高程修正。

施工加密控制网主要精度控制指标：

最弱相邻点点位中误差±10mm，每千米水准测量偶然中误差±3mm。

图3.1-2拟布置人工岛施工加密控制网平面示意图

3）、施工控制网复测

根据施工要求，对施工控制网进行不定期或定期复测。

原则上，一、二等首级控制网和首级加密网每年复测一次，三、四等施工加密控制网每3个月复测一次。

复测成果与上期成果进行对比分析，判断点位变化情况，对坐标及高程变化较大且不满足规范要求的点进行数据更新处理，上报监理工程师和测控中心审批。

4）、GPS参考站系统

应用大桥GNSS连续运行参考站系统（HZMB-CORS）进行定位测量，应符合测控中心制定的标准规定。

根据测区情况，按测控中心制定的标准规定及规范要求，拟建立GPS加密多参考站。

多参考站可避免施工船舶对信号的影响，提高数据采集稳定连续性，同时在减少系统误差的基础上提高移动站定位精度，监测参考站控制网络系统稳定可靠性，并实时监测东、西人工岛基准点沉降、位移，实时修正基准数据。

5）、坐标及高程系统

平面统一采用施工坐标系，主体工程范围内的桥梁、岛隧连接段及人工岛施工使用桥梁施工坐标系，沉管隧道施工使用隧道施工坐标系。

根据实际需要建立局部施工坐标系，并建立相应坐标转换。

高程系统采用1985年国家高程基准。

处理好香港1980坐标、PD高程与内地北京1954坐标、国家1985高程及澳门坐标、高程的转换关系。

3.2人工岛

人工岛分项施工测量主要包括：

基础挖泥清淤、SCP砂桩、格型钢板桩以及隧道暗埋段施工测量等。

1）、格型钢板桩打设定位控制

在格体上安装GPS-RTK接收系统，无线数据传输，将GPS天线位置的实时坐标数据传输到控制室计算机，通过专用软件进行数据处理，将格体设计位置、实际位置及扭角在电脑显示屏以图形显示，直观指导施工。

同时在格型钢板桩上安装倾斜仪，实时测量倾斜度，及时进行动态调整，精确控制格体钢板桩垂直度。

2）、隧道暗埋段对接基准面控制

在岛上稳固基础上加密施工控制网，并联测首级控制网，采用高精度测量仪器按常规测量方法进行现浇暗埋段施工放样定位。

暗埋段中心轴线、平整度、高程以及倾斜度对测量精度要求较高，必须进行多余观测，形成检核条件，确保隧道沉管对接基准面的可靠精确性。

暗埋段施工完成，将结构中线、高程引设在暗埋段内，其内分测点的布设与运营监测点统一考虑。

3.3隧道基础

1）、基槽测量精度控制

测量定位控制是在挖泥船上安放GPS接收机，在挖泥过程中通过GPS-RTK实时差分获取高精度三维坐标。

挖泥抓斗船施工测量示意图见图3.3-1。

采用EM3002型多波束测深系统进行基槽开挖检测，开挖精度控制标准：

0～-500mm。

基槽测量精度控制综合考虑抓斗尺寸、GPS定位精度、测深精度以及波浪影响，采用潮位实时遥报系统以及抓斗船自定深系统。

为避免受潮流影响产生漂斗，精挖施工选择在平潮、浪高小于0.5m的时段进行。

基槽开挖过程中，经常复核测量基准控制点和GPS定位系统，校核基槽定位。

图3.3-1挖泥抓斗船施工测量示意图

2）、减沉桩测量控制

减沉桩测量控制采用GPS定位系统。

GPS沉桩定位系统双频GPS接收机测定船体三维坐标，倾斜仪测定船体纵、横空间姿态，免棱镜全站仪测定船体与沉桩相对位置及贯入度。

通过相关辅助软件计算分析处理，实时解算减沉桩桩身位置，并以数据与图形相结合的形式在输出设备中显示，以便准确直观、快速引导打桩船调整桩位，直至桩位偏差小于允许偏差。

GPS沉桩定位系统平面布置示意图见图3.3-2。

图3.3-2GPS沉桩定位系统平面布置示意图

3）、基床施工测量控制

基床整平通过操作整平船供料系统、下料系统、测量监控系统及摊铺系统完成。

要求对操作平台、下料管平面位置、高程及工后碎石面高程进行严格控制。

平面控制采用高精度GPS定位系统；高程控制拟采用mmGPS综合测量技术。

基床整平测量控制校核示意图见图3.3-3。

抛石管平面及高程控制采用GPS快速静态法，自动跟踪全站仪进行基准传递。

抛石管底部附近设倾斜仪，进行倾斜管理，主要是检测抛石管底部因卡住、障碍物等而产生的显著倾斜。

测量潮流速度，当抛石管放到施工深度后，进行声纳调零（修正）。

碎石整平施工后，确认成形，并进行检测。

检测成形后发现不良地点时再次整平，并再次检验。

碎石基床整平主要精度指标：

表面平整度±25mm，高程控制±20mm。

图3.3-3基床整平测量控制校核示意图

3.4隧道沉管段测控

沉管隧道地处珠江口通航水域，其水文、气象、地质及环境条件复杂，管节定位精度要求极高。

沉管隧道安装近岸段采用测量塔法（GPS与全站仪）进行定位，远岸段采用沉管水下定位系统进行对接相对定位，并以管内精密导线进行最终绝对定位检核。

为确保隧道定向质量，可采用激光经纬仪或陀螺经纬仪进行初步检查，将隧道外部坐标系统传递到隧道内布设的强制对中观测墩上，使隧道内、外坐标系统相一致。

管节联系测量采用测量机器人、强制对中观测墩以及照准装置，并按精密导线进行测量，以提高测量精度和数据采集效率；高程采用电子水准仪电子测量法，按国家二等水准精度要求。

1）、管节控制点标定

管节按常规测量方法完成预制后，精确测定管节内外控制点相对于管节轴线的三维坐标与几何尺寸，并进行标定，主要用于隧道沉管联系测量、贯通测量及坐标转换。

通过管节顶面标定控制点，精确测定测量塔控制点相对于管节轴线的三维坐标与几何关系，从而通过测量塔GPS接收机或全站仪精确测定待沉管节三维坐标及空间姿态。

GPS测量塔标定控制点及管节标定示意图见图3.4-1。

图3.4-1GPS测量塔标定控制点及管节标定示意图

2）、沉放测量控制

管节沉放前，采用多波束测深系统进行扫床测量；管节沉放过程中，进行管节三维姿态测量；管节沉放对接后，进行管节三维姿态、精密导线、沉降及位移测量；水下最终接头施工前，对最后沉放的三节进行联系测量；沉管贯通后进行贯通测量。

沉管安装测量定位流程示意图见图3.4-2。

近岸段安装定位

远岸段安装定位

测量塔GPS系统与自动跟踪全站仪

定位测量准备

管内精密导线检测，沉管安装微调

沉管安装定位

监控复核，监理检查、验收

GPS定位系统动态监测

动态GPS-RTK粗定位

沉管安装水下定位系统

沉管水下定位系统验证

沉管标定

定位数据计算，监理审核

图3.4-2沉管安装测量定位流程示意图

沉管安装动态GPS测量是数据采集、分析及处理的全过程。

动态GPS数据采集流程示意图见图3.4-3。

通过实时监控系统，分析测量数据的准确性，并根据界定参数，实现测量数据可靠性。

沉管对接主要精度控制指标：

管节竖向偏差：

20mm；管节水平（与隧道轴线）偏差：

35mm；管节中轴线对接误差±10mm。

图3.4-3动态GPS数据采集流程示意图

（1）、近岸段沉管定位

沉管浮运至预安装位置及沉管初期的沉放由沉管头尾两端的测量塔GPS接收机、自动跟踪全站仪及数据显示设备来完成。

近岸段采用GPS测量塔法或自动跟踪全站仪实现沉管安装精确定位，并用管内精密导线校核，同时对远岸段沉管水下定位系统进行验证。

（2）、远岸段沉管定位

随着沉管水下定位系统在近岸段的检核验证，在远岸段采用经反复验证的沉管水下定位系统实现隧道沉管安装精确定位，并用管内精密导线进行检核。

沉管安装水下定位系统可精确测量沉管对接端的相对位置，具有相对定位精度极高、易于安装以及数据采集可靠且稳定等特点。

沉管下放前期，系统拉线测量单元测量的相对角度、距离数据及光纤陀螺罗经运动传感器数据实时传输到控制室，逐步下沉，调整沉管。

沉管下放至已沉沉管40cm时，距离传感器开始工作，实现沉管精密相对定位。

沉管安装水下定位系统关键参数示意图见图3.4-4，沉管安装水下定位系统连接示意图见图3.4-5，沉管安装水下定位系统设备安装位置示意图见图3.4-6，沉管安装水下定位系统对接面测量设备见表3.4-1。

图3.4-4沉管安装水下定位系统关键参数示意图

图3.4-5沉管安装水下定位系统连接示意图

图3.4-6沉管安装水下定位系统设备安装位置示意图

表3.4-1沉管安装水下定位系统对接面测量设备

沉管A面（已沉沉管）

沉管B面（待沉沉管）

●

·

任意位置

¢

●

距离传感器

参照板4个

拉线挂环1个

防水电缆舱

1个

距离传感器固定板4个

防水电缆舱

1个

拉线测量单元固定板1个

项目经理

测量管理中心

东人工岛测量队

项目总工程师

测控中心

监理、监控单位

专家顾问

西人工岛测量队

岛隧结合部测量队

干坞测量队

沉管预制测量队

沉管隧道测量队

监测控制专业测量队

3.5岛隧结合部桥梁测量控制

基础施工测量主要采用全球卫星定位系统（GPS）进行施工控制，辅以徕卡TC1800全站仪和NA2精密水准仪校核。

注意相邻标段各衔接点处控制点坐标和高程的复核，确保衔接点坐标和高程一致。

承台上的高程基准传递至立柱、墩身、帽梁以及桥面，其高程基准传递方法以全站仪EDM三角高程对向观测及水准仪钢尺量距法为主，以GPS卫星定位静态测量法作为校核。

采用精密水准仪几何水准法控制支座顶高程，严格控制支座纵横向轴线及扭转。

桥面系施工测量按常规施工测量。

3.6沉降位移测量

施工过程中，按规定要求进行桥梁、隧道及人工岛等重要工程的变形测量，及时整理有关资料，反馈建筑物变形信息。

当发现沉降、位移值出现异常时，立即上报监理工程师、测控中心。

工作基点水平位移测量选用视准线法、全站仪法和GPS法；垂直位移采用电子测量方法。

测点布置及观测频率按监控要求，观测精度按现行国家标准《建筑变形测量规程》三等精度要求，点位±10mm，高程±2mm。

为提高观测精度，采用强制对中观测墩，实现测量数据采集实时化，处理自动化，输出标准化，并建立监控量测数据库。

3.7贯通及竣工测量

贯通测量内容包括隧道内部、岛隧结合部桥梁及大桥整体贯通测量。

首先对加密控制网进行复测，并联测3个以上大桥首级控制点。

隧道内部贯通平面测量采用精密导线或边角线形锁方法，岛隧结合部及整体贯通测量采用GPS静态测量，按《全球定位系统（GPS）测量规范》B级精度要求；高程采用电子水准仪电子测量法，按国家二等水准测量精度要求。

竣工测量是评定和衡量施工质量的重要指标。

按照技术规格书和施工验收规范的规定或监理工程师指示，参照测量控制网要求，布设满足工程验收精度要求的控制网，并进行测量。

竣工测量成果、资料整理和测图格式、比例符合技术规格书和监理工程师要求。

根据测量成果编制竣工测量资料，并整理、分类归档保存。

4、测量控制管理

4.1测量组织管理

为确保大桥施工测量管理组织有序，协调统一，须建立完善的集成化测量组织管理体系。

加强测量工作科学组织、系统管理，规范各分项目部测量工作，确保测量方法及精度满足设计及施工要求。

测量组织管理体系见图4.1-1。

图4.1-1测量组织管理体系

4.2测量质量控制管理

根据合同要求及技术规范，结合施工技术作业流程，制定科学化、标准化的测量质量控制程序，合理指导施工测量作业，确保测量质量。

施工测量质量控制管理流程见图4.2-1。

施工过程中的各项测量放样、定位严格按照设计文件和测量方案进行，每项工序完成后进行检查，确保测量可靠性。

测量准备

不合格

测控中心、监理交桩

控制点防护

首级控制网、首级加密网检测

首级

制网点及报验

监理工程师审核

首级

制网点及报验

加密控制网点建立

不合格

加密控制点防护

加密控制网测量及报验

监理工程师审核、测控中心审批

施工方案、施工图

编制施工测量方案、计算放样数据

放样定位精度估算

不合格

施工测量方案、放样数据报验

监理工程师审核、测控中心审批

测量管理中心技术交底

不合格

分项目测量队放样定位、自检，并报验

监理工程师复检

结构物竣工测量

编制竣工测量资料，并整理、分类归档保存

图4.2-1施工测量质量控制管理流程

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