港珠澳大桥斜立桥技术

港珠澳大桥斜立桥技术（通用6篇）

篇1：港珠澳大桥斜立桥技术

一提“桥”字，许多人立刻会想到雄伟的港珠澳大桥、见证英国几百年历史的伦敦塔桥、神奇的美国金门大桥。但我会首先想到我们和平小组，在完成主题研究课时，合力做的那座“和平大桥”。

你可能会问，为什么叫“和平大桥”呢?这是因为，我们计划让这座大桥从厦门起跑，跑到澎湖列岛后，转个方向再跑，与高雄连接。模型的底座是海蓝的，代表台湾海峡蔚蓝的波涛。模型中的三个桥墩分别代表厦门、澎湖和高雄，三地通过大桥亲密地联系在一起，象征着和平。这座桥将建成两层，上层走汽车，下层跑火车。把中国现有的两种最现代化的陆地交通工具合二为一，用当前世界上最快的火车——复兴号代替慢悠悠的轮船，让本来需要几个小时才能走完的台湾海峡，变成一个小时的“穿越之旅”。

桥的最高处设计了一面鲜艳的五星红旗。这面国旗和五颜六色的灯光，将成为台湾海峡晚上一道绚丽的风景。桥墩中设计了水力发电机，用绿色能源照亮星空中的“和平大桥”。

我们和平小组是一个非常团结友爱的团体。设计和制作模型过程中，大家扬长避短，各展所长。精通电路的王嘉瑞，精心安装了火车轨道上的彩灯;慷慨大方的何安远购买了制造模型的路灯、汽车和海纹纸，并完成了它们的安装;心细如发的郁明赫认真地完成了路边装饰与铁轨剪贴;憨厚朴实的王墨扬，为斜拉桥绷上了铜丝，并且跑前跑后，给伙伴们提供了良好的工作环境;生病在家的张伯贤，也给我们出了好多主意。我呢，作为组长，尽可能发挥大家的长处，只是做了一些把大家做好的零部件粘起来之类的小事而已。

虽然我们的和平大桥，还有许多需要改进的地方，但我认为那不是最重要的。最重要的，是我们在一起度过的那些快乐时光。

篇2：港珠澳大桥斜立桥技术

1 工程概况

港珠澳大桥全长为49.6 km, 主体工程“海中桥隧”长35.6 km, CB04合同段里程桩号为K22+083~K29+237, 全长7 154 m, 桥址处于港珠澳大桥主体工程桥梁工程的中部位置, 本合同段包括江海直达船航道桥通航孔桥及非通航孔桥两部分, 桩基为变直径复合桩, 通航孔桥桩基112条, 桩径均为φ2.5 m~φ2.15 m, 桩长在96~103 m之间;非通航孔桥桩基330条, 桩径均为φ2.0 m~φ1.75 m, 桩长在50~105 m之间, 均属于大直径深孔桩基础。

本合同段桥址区域为伶仃洋西滩, 海底高程-5.91~-4.72 m, 海底地形平坦, 地质结构主要由软土、黏性土、砂层、基岩等4层结构组成。桥位处海底基埋深变化较大, 淤泥层较厚, 较厚的密实砂层和全、强风化层, 对钢管桩的穿越影响较大。下伏基岩主要为花岗岩, 仅少部分区段揭示为混合片岩, 全、强风化基岩埋深33~90 m, 中风化岩层面埋深50~130 m。从本项目的地质情况看, 海水泥浆配制技术的重点应放在砂层泥浆指标上, 因为钻孔穿越砂层, 容易坍塌失稳。

2 泥浆用水与材料的选择

2.1 泥浆用水

海水泥浆和淡水泥浆本质区别在水质上, 淡水含盐量小、矿物质离子含量少, 水质呈弱碱性;海水是一个复杂的多组分多相体系, 含盐量高, 呈偏碱性。与淡水泥浆相比海水泥浆比重大、胶体率低、稳定性差。这是由于海水中含有大量的盐及各种金属离子。海水泥浆在配方中需要加入各种添加剂, 才能达到与淡水泥浆相同配方的泥浆指标性能, 所以淡水造浆的优越性超越海水造浆[1,2,3]。

若采用淡水造浆, 从施工码头通过船舶运送淡水到施工地点, 运输距离平均长达10 km。工序时间消耗长, 需要更多船舶和人员等资源的配合, 施工中不可控制因素多, 延长实际工期。另外, 在珠海地区, 淡水资源十分紧缺, 而建造港珠澳大桥, 水资源消耗量无法估量, 在水运输供应上, 难以得到保证。桩基施工是连续过程, 成孔时间越短, 桩基成孔质量越好, 如果淡水供应不上, 又不能使用海水造浆, 工程停滞将对桩基质量十分不利, 特别是在不良地质阶段, 有时会出现缩孔和坍塌事故。而处理这些质量事故, 往往花费很长时间, 这不仅延迟工期, 还会大幅增长施工成本。

港珠澳大桥工期短、质量要求高, 在施工过程中使用淡水造浆显然不适宜, 海水造浆是更适宜的选择。

2.2 泥浆材料

当前, 海水造浆材料多数是用进口的抗盐膨润土, 其价格昂贵, 成本极高, 大多应用在海上石油开采方面。当前有学者从事海水造浆研究, 如采用改性纤维为主要材料的添加剂, 能改善海水泥浆性能;由普通膨润土和全合成聚合物等组成的盐水泥浆具有良好的热稳定性及抗电解质污染的能力。此外, 研究发现通过往泥浆中添加一些稳定剂, 如:合成高分子纤维、改性石棉、铬木质素磺酸盐等, 具有一定的抗盐、稳定孔壁和使泥浆降黏、降切作用。

结合以往海桥施工泥浆配制技术, 本工程的海水泥浆材料初步设想用钙质膨润土、CMC增黏剂、聚丙烯酸胺絮凝剂、纯碱分散剂和海水等材料配制。

3 海水泥浆及制备

3.1 泥浆制备

海上桩基施工采用优质环保泥浆, 泥浆在待钻孔相临孔内制备。首先按照一定配合比称取水 (海水) 、膨润土 (黏土) 、聚合物和外加剂, 然后将泥浆原料用电动搅拌器搅拌30 min, 根据JTG/T F50—2011《公路桥涵施工技术规范》提供的试验方法测定泥浆各项性能指标, 包括p H值、相对密度、黏度、静切力、含沙率、胶体率、失水量和泥皮厚。其指标满足《港珠澳大桥专用施工规范》后, 再通过泥浆泵进行孔内泥浆循环。

泥浆配置好后, 用泥浆泵抽到待钻孔内。在钻进过程中, 还应设专人负责泥浆各项指标测试, 24 h值班并做好记录。主要测定泥浆的比重、黏度、含砂率、p H值、胶体率等, 不合要求时, 应及时调整[4]。钻孔泥浆必须达到护壁效果好、成孔质量高的要求。桩基成孔过程中, 泥浆性能指标必须符合不同地质要求的相关泥浆指标规定 (见表1) 。

3.2 泥浆循环系统

全桥桩基采用气举反循环方法成孔。钻机成孔过程中, 一边钻进一边利用泥浆孔内配制的优质泥浆置换。置换时, 带有钻渣的泥浆由钻杆中心被吸出, 通过泥浆处理器分离泥浆与钻渣, 分离出来的优质泥浆通过泥浆处理器排放到造浆孔内, 通过连通管将造好的泥浆流入钻孔内。钻进过程中, 通过泥浆泵调节钻孔泥浆面高度高出孔外水面约2 m, 保证孔内水头差。根据施工的实际情况与机械设备的配套情况, 每台钻机采用一套独立的泥浆循环系统。泥浆循环系统示意图见图1。

3.3 泥浆性能控制

在钻孔过程中对泥浆质量严格控制, 在施工现场建立工地泥浆试验室, 泥浆配制好后, 要有专人负责试验工作, 24 h值班并定时检测, 当钻进从一种地质层进入另一种地质层时, 要加强对泥浆指标的监控, 特别是当钻孔至粉砂及砂砾等易塌地层时, 应加大泥浆比重、黏度及胶体率, 以确保护壁厚度, 防止塌孔现象发生。

由于海水水质和工程地质条件的不同, 每座海桥的泥浆配比需通过试验确定, 针对本工程的地质条件配制了3种泥浆。泥浆制备采用传统孔内循环方法[5,6]。

3.4 海水泥浆配比及性能

1) 软黏土。软黏土层, 具有自造浆、钻渣密度小的特点, 所以用膨润土数量要小, 泥浆密度可稍小。软黏层海水泥浆配合比见表2。

kg

经过试验分析, 按照配合比配置出的泥浆各项测试性能见表3。

2) 砂层。砂层结构松散, 易坍塌, 所以加入聚丙烯酸胺絮凝剂, 增大泥浆比重和黏度, 以保证孔壁稳定, 膨润土适当加大比重, 泥浆密度可稍增大[7]。砂层海水泥浆配合比见表4。

kg

经过试验分析, 按照配合比配置出的泥浆各项测试性能见表5。

3) 岩石层。岩石钻渣块状整体结构, 孔壁稳定不需要加聚丙烯酸胺絮凝剂, 由于岩石比重较大, 增大泥浆比重可顺利将钻渣排出。岩石层海水泥浆配合比见表6。

kg

经过试验分析, 按照配合比配置出的泥浆各项测试性能见表7。

3.5 环保性能分析

参照GB 17378.5—2007《海洋监测规范》和GB 18668—2002《海洋沉积物质量》, 将海水泥浆样品外委检测, 对泥浆中的砷、铬、铅、铜、锌、铬、汞、有机碳、硫化物、石油类、六六六、滴滴涕、多氯联苯等有害物浓度进行测定, 评价其环保性能。其检测结果均满足规范要求 (见表8) 。

从检测结果看, 针对不同地质层的海水泥浆其各项环保指标均满足规范要求, 而且各项有害物指标差异不大, 说明本工程配制的海水泥浆是满足工程需要的。

×10-6

4 结语

在海桥桩基施工中, 应根据不同地质条件配制不同材料的海水泥浆, 在成孔过程中认真检测, 使密度、黏度、胶体率等重要泥浆指标达到施工规范要求, 对于海水泥浆, 由于海水组成的特殊性, 特别要注意胶体率指标, 使其达到大于95%的施工要求[8,9]。港珠澳大桥地处海洋环境, 采用海水造浆技术, 不仅减少施工难度, 而且加快施工进度。虽然海水造浆就材料成本而言, 大大高于淡水造浆, 但从综合成本上看, 用海水造浆, 缩短工期, 极大降低工程固定成本。经检测本合同段442条桩基Ⅰ类桩比例为90%, 说明海水造浆成孔质量好, 完整性好, 桩基质量可靠度大, 在海桥施工中, 采用海水造浆是可取的。

综上所述, 海水造浆技术具有经济、安全、可操作性强等特点, 在海洋桥梁工程实践中值得继续推广。今后, 仍需对其进一步深入研究和学习, 使这项技术能更好应用于海桥建设中, 也希望本项目的海水泥浆技术能为今后同类工程施工提供参考。

参考文献

[1]彭志刚, 陈大钧, 冯茜.深井塑性泥浆研究[J].钻井液与完井液, 2003 (4) :23-27.

[2]张琰.抗高温盐水泥浆的实验研究[J].地质与勘探, 1999, l1 (35) :61-65.

[3]孙晓娜, 李勇萍, 罗敏.江西建材[J].海水泥浆与淡水泥浆的区别, 2014 (13) :68.

[4]张国志, 屠柳青, 夏卫华.水运工程[J].海水拌制泥浆对钻孔灌注桩混凝土耐久性影响研究, 2004 (8) :4-7.

[5]毛志坚, 林海, 高超.公路[J].超大直径桩海水造浆的工艺研究与应用, 2006 (6) :210-213.

[6]高超, 刘可兵, 姚磊华.市政技术[J].杭州湾大桥中的海水造浆技术, 2007 (3) :93-95.

[7]吴湘兴, 杨小平.建筑地基基础[M].广州:华南理工大学出版社, 2003.

[8]JTJ 248—2001港口工程灌注桩设计与施工规程[S].

篇3：“港珠澳大桥”不如“深中大桥”

目前正在热议中的“港珠澳大桥”，不是一个好的方案，存在较大风险，理由如下：

一是港珠澳大桥的建设目的偏离地缘经济发展的重点和方向。任何物流设施都应围绕制造业转，因为只有制造业才有可能“生出”物流。在今天，广东经济的重心已经明显地西移、北移。许多香港人认为：只要建成港珠澳大桥，广东西部的物流就会大量流入香港。这是一厢情愿的误判。从长远角度看，珠江三角洲内部物流业肯定大于香港物流业。从地缘上看，香港地域有限，加上制度不同，成本过高，将来很难保持华南地区首要物流中心的地位。

二是港珠澳大桥投资风险大。从使用价值看，只有同时持有香港澳门牌照和香港内地牌照的车辆才有权通行港珠澳大桥，其余车辆被排除在外（包括仅持有香港本地牌照的车），可以来往香港和珠海两地之间的汽车流量太少，与虎门大桥和杭州湾大桥相比，不是一个概念。也就是说珠江口东西两岸的联系不能完全打通，虎门大桥的通行压力将继续存在，港珠澳大桥使用效率不会太高，存在投资高风险。

三是有破坏珠江三角洲生态环境的可能。伶仃洋西边的大片海域存在大片的泥沙沉积区域，那里的水特别浅，水流比较慢。如果在泥沙沉积区横加一座有几十个桥墩的大桥，势必形成众多的“沙洲”现象，海床被提高，今天宽阔的伶仃洋，明天有可能变成“伶仃水道”。这样一来，“港珠澳大桥”就可能成为珠江口的“三门峡”。

四是从目前看建设横跨珠江口、连接深圳与中山的“深中大桥”较经济。东边以深港西部通道与香港连接，成本低、风险小、作用大，既可解决香港与珠江西岸的联系，又可完善珠江口高速公路网，较好地发挥珠江东岸发达地区如深圳、东莞对珠江西岸的经济辐射作用。

五是从区域经济社会综合发展看，“深中大桥”不可替代，而港珠澳大桥功能暂时可由“深中大桥”替代。建设“深中大桥”是当务之急，“港珠澳大桥”应缓建。

篇4：港珠澳大桥斜立桥技术

港珠澳大桥珠海口岸工程位于港珠澳大桥口岸人工岛北区,该人工岛坐落于珠海拱北湾南侧,由人工填海而成,总面积约2 088 700 m2。珠海口岸建成后,将成为我国唯一同时连接香港和澳门的口岸。珠海口岸地下工程桩基础采用桩径600 mm的预应力高强混凝土PHC桩,共计11 406根。工程基坑围护范围为交通中心地下1层、旅检楼地下1层、交通连廊地下1层以及地铁预留区地下2层(图1),基坑采用放坡开挖的方式,总面积约19.3万m2,地铁预留区面积约1.3万m2。

2地下防水设计

本工程施工场地为填海造地而成的人工岛,地下水位较高,且可能带有腐蚀性,因此地下防水工程非常重要。

本工程地下室防水等级设计为二级,防水设防建筑面积为167 759 m2,防水设计充分考虑了工程的结构特点(桩基础多、节点复杂)和地下水的渗透特征, 设计选用了0.9 mm厚聚乙烯丙纶复合防水卷材,粘结料设计厚度大于1.3 mm,该地下工程主要施工部位防水做法见表1。

3主要防水材料

3.1主体防水材料

工程主体防水材料为0.9 mm厚聚乙烯丙纶复合防水卷材,产品执行GB 18173.1—2012《高分子防水材料第1部分:片材》的标准要求[1]。

3.2专用聚合物水泥粘结料

聚合物水泥配料专门用于高温高湿施工条件下聚乙烯丙纶类复合防水卷材的粘结。本工程所用的专用聚合物水泥粘结料,对阻水(防水)、高温保水等性能进行了针对性功能设计,有效改善了其综合性能, 产品符合CECS 199—2006《聚乙烯丙纶卷材复合防水工程技术规程》中相关性能指标的要求。

3.3专用配套节点型材

本工程针对桩头、阴阳角、管根等部位设计制作了专用配套节点型材,弥补了因现场裁剪卷材后拼接而产生的渗漏隐患,使节点部位无渗漏点,保证了防水系统的完整性。

4细部构造处理措施

本工程防水施工时采用专用配套节点型材进行细部处理,并按CECS 199—2006标准施工;防水混凝土的施工缝、穿墙管道预留洞、转角、后浇带等地下工程薄弱环节构造做法,按GB 50208—2011《地下防水工程质量验收规范》标准执行[2]。

4.1桩头

本工程11 406根预应力高强混凝土PHC桩,桩身采用圆弧折角型材防水,圆弧折角型材上翻至桩身顶部,桩根往外预留110 mm,与底板卷材搭接。

桩身采用两条弧形折角型材包围,每条长1 050 mm,型材上翻高度根据现场桩头实际高度订制。图2为桩头防水设计示意图。

桩头防水采用1.0 mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料,铺设卷材前先对桩头涂刷两道防水涂料,涂刷至桩身以外250 mm区域。图3为桩头防水施工现场。

弧形折角处施工速度快,弧形折角处理的桩头部位不存在裁剪打口等工序,节点部位无渗漏点。型材与卷材粘合宽度大于接缝宽度要求,使建筑防水系统的完整性、封闭性能得以真正体现。

4.2阴阳角

阴阳角处先铺贴增强附加层,附加层宽度为500 mm,附加层验收合格后方可进行大面积施工,图4为阴阳角防水设计示意图,图5为阴阳角施工现场。

4.3其他细部节点

变形缝部位防水设计见图6,后浇带部位防水设计见图7。

5配套节点型材施工

本工程针对节点部位,加强了施工技术方案的制定。防水施工前,技术方案细化到基层含水率调整、作业机具应用、胶粘材料针对性应用、后序铺设保护、防水薄弱节点处理、卷材防护等内容,并将此内容在施工中一一落实,还充分做好了材料、人员、技术的准备,以应对高温季节性天气对防水效果的影响。

5.1作业条件

配套节点型材进场复试、材料存放、基层清理,按规定执行。

5.2节点型材防水施工

节点处施工工艺流程:复杂部位清理、调节含水率→专用聚合物水泥粘结料配混→复杂部位附加层处理→涂刷粘结料(双面)→配套节点型材粘贴→结合部位卷材铺设→节点部位防护→工序交接检验。

5.2.1基层处理

找平层验收合格,在粘贴卷材前需进行表面处理,并根据环境因素调节基层含水率,保证卷材及配套节点型材与基层间的粘结强度。基层过于干燥,可提前喷洒雾状水;基层若有明水,应予以扫除。

本工程因所处位置气温较高,需根据情况在基面表层喷水保湿,但禁止采用基坑水进行表面湿润处理,待施工基面不得有明水。

5.2.2专用聚合物水泥粘结料配混要求

1)专用聚合物水泥粘结料的配制:按水泥∶水∶专用配套填料=100∶50∶2(质量比)的基础配比进行配制, 水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥。

2) 混合方法:先将专用配套填料与水泥干混搅拌,待干混均匀后,加水搅拌成糊状流体,充分静置, 使共混过程中产生的微小气泡有结合排出时间。

5.2.3配套节点型材的铺设(粘贴)

底板主体防水层施工前,应先做好节点、附加层和桩基础钢筋比较集中部位的防水处理,然后由最低标高处向上施工。

1)涂粘结料:首先将已配制好的专用聚合物水泥粘结料用小容器倒在预粘处的节点部位找平层,粘结料要连续、适量、均匀,不露底、不堆积,单面涂刷厚度不小于1.3 mm,然后对配套节点型材进行粘结,用刮板排气压实,排出多余的粘结料。专用聚合物水泥粘结料涂刮均匀后,应随即铺贴配套节点型材,防止时间过长,粘结料中的水分散失,影响粘结质量。

2)搭接形式:配套节点型材与防水卷材采用搭接法铺贴,搭接缝宽度大于100 mm。

3)粘结方法:配套节点型材与卷材搭接缝满粘, 接缝压实后在接缝边缘再涂刷一层水泥素浆,将接缝密封严实,接缝不允许有露底、折皱、翘曲、起空现象。

4)压实排气:用刮板排气刮实卷材的同时,应注意检查卷材下面有无硬性颗粒及其他物质将卷材垫起,如有,应将其取出重新粘贴。已铺设完的防水层在水泥素浆具备一定强度前,应避免人员在上部来回踩踏,以免卷材起鼓。防水层验收合格后,尽快进行下道工序的施工。

5)节点保护:卷材阳角等部位因位置突出,在工种交叉作业时易被踩踏,节点附加层施工后,应注意该处成品保护。

5.2.4与型材结合部位的卷材粘结

与型材结合部位的卷材按CECS 199—2006施工。另外,工程卷材施工时温度较高,采取了粘结料黏度调整、粘结比率、基层含水率调整、表面喷水降温、 遮盖养护等措施保证型材与卷材搭接部位接缝密实。

卷材施工在型材与基层粘结强度形成后进行,施工中注意以下问题:

1)搭接宽度:型材尺寸设计时,搭接宽度应满足施工要求,卷材施工时注意与型材可用搭接面的粘结比率,要求实现满粘。

2)胶粘剂性能:搭接部位粘结层初始粘结强度不足以抵抗收缩应力的时候易出现微观错动,与型材搭接部位出现翘曲现象的几率增加。因此,除上文提及的调整基层施工含水率外,还要注重搭结部位粘结剂的高温保水性、初始粘结强度、固化速度、强度形成时间等技术性能。

3)搭接部位养护:卷材在基层高温施工时,相同外力作用下,材料变形量相对增加,与型材搭接部位应根据作业环境采取喷雾洒水、遮阳降温等方式保证搭接部位固结强度。

5.2.5卷材铺设要求

在施工基面弹好基准线,根据卷材表面印刷的橘黄色敷设线进行卷材预铺调整。

5.3工序交接验收

节点部位完成、防水层施工前,按规定进行验收。

5.4节点部位成品保护

1) 已粘结完成的节点部位,应及时采取保护措施,防止机具和施工作业损伤。

2)变形缝、管等处防水层施工前,应进行临时堵塞,防水层完工后再行清除,保证管、缝内通畅,满足使用功能。

3)施工中不得污染已做完的成品。

6结语

港珠澳大桥珠海口岸工程所在地区施工期间气温高,防水基层形状复杂,节点部位多。在这种构造复杂的防水施工中,防水工程施工技术与相应配套材料是否完善是决定防水系统稳定的基本条件。这就要求防水材料生产商拥有完善的防水配套材料,施工单位有针对性地制定施工技术方案,使防水系统的可靠性、与基层优异的结合能力、突出的节能节材环保性等得到最大程度的体现。

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院.CECS 199—2006聚乙烯丙纶卷材复合防水工程技术规程[S].北京:中国计划出版社,2006.

篇5：港珠澳大桥融资安排圆满解决

2 0 0 9年4月8日, 经粤港澳三地政府批准, 港珠澳大桥主桥项目贷款牵头行选聘结果揭晓:中国银行获聘为港珠澳大桥主桥项目贷款唯一牵头行。这标志着港珠澳大桥项目正式开工建设前最重要的环节之一——融资安排得到圆满解决, 标志着大桥项目向开工建设迈出重要一步。

港珠澳大桥工程包括主体工程和连接线、口岸工程两部分, 估算总投资为7 2 6亿元人民币。口岸及连接线部分由粤港澳三地政府投资兴建, 总投资约3 5 0亿元;主桥部分总长2 9.6公里, 总投资约3 7 6亿元, 其中中央政府和粤港澳三地政府共同出资1 5 7.3亿元, 银行贷款融资约2 1 8.7亿元。

(资料来源:《南方日报》2009年4月9日)

篇6：港珠澳大桥斜立桥技术

举世瞩目的港珠澳大桥于2009年12月15日正式动工兴建。大桥跨越珠江口伶仃洋海域,连接香港、珠海、澳门三地,海中桥隧工程总长约35.58km。其中,主体工程全长约29.6km,采用桥隧组合方式,其中桥梁长22.8km,隧道长5.99km,人工岛长1.25km。主体工程设通航孔桥3座,海底隧道1条,人工岛2处,其余均为非通航孔桥。港珠澳大桥具有跨海距离长、工程规模大、工程结构复杂(包括海中桥梁、海底隧道和深海人工岛等工程)、技术难度大、施工周期长、地理位置特殊、建设要求及标准高等突出特点,属于复杂特大型跨海通道工程。该桥首级控制网于2008年9月至2009年2月间建立,并于2008年11月至2009年5月间完成监理复测。本文通过对监理复测方法、复测成果与建网成果的比较分析,探讨特大型跨海桥梁工程首级控制网复测的技术设计、复测方法、成果比较和稳定性分析方法等技术问题,为该桥后续各次复测提供技术指导,也可供类似工程借鉴。

1 控制网复测的技术设计

1.1 监理复测的目的和原则

控制网监理复测的目的有两个,一是复核控制网的建网观测和计算质量,验证控制网测量成果的精度是否达到规定要求;二是通过复测成果与建网成果的比较分析,全面评估控制点的稳定性,并对控制网检测与复测、控制点保护提出建议。

控制网复测应遵循下列基本原则:

(1)复测的精度等级及基本精度指标应与原网相同,复测的网形宜保持不变,复测所采用的仪器精度、观测及数据处理方法等技术要求宜与建网保持一致。

(2)原网的坐标系统和高程系统不得更动,起算点应与原网一致。当原网起算点发生明显位移时,可改用其它稳定可靠的控制点起算,但必须保持位置基准、方向基准、尺度基准和高度基准不变。

(3)复测完成后,应进行严密平差,并采用现场勘验与统计检验相结合的方法进行控制点稳定性分析和评价。

(4)应根据施工进度和控制点稳定等情况合理采用复测成果,并提出控制点保护、加固及监测的措施。

1.2 复测基准设计

复测时采用与建网一致的坐标和高程系统。首级平面控制网包括6种坐标系:(1)2000国家大地坐标系;(2)WGS-84坐标系;(3)1954年北京坐标系;(4)1980西安坐标系;(5)1983珠海坐标系;(6)施工坐标系。施工坐标系是专为工程施工而设计的,它是一个基于1954年北京坐标系的工程独立坐标系。首级高程控制网采用1985国家高程基准。

1.3 复测精度设计

首级控制网复测,分别参照国家《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2001)A级GPS网和国家一、二等水准网的精度实施,具体精度指标应满足如下要求:首级GPS平面控制网中,相邻点间基线水平分量中误差≤5 mm,垂直分量中误差≤10mm,同岸最弱边边长相对中误差≤1/30万,跨海最弱边边长相对中误差≤1/100万;首级高程控制网中,一、二等水准每千米水准测量偶然中误差分别不应大于±0.45 mm和±1.0mm。

2 首级平面控制网复测

2.1 概述

如图1所示,首级平面控制网由16个GPS平面控制点组成,其中香港测区6个(Q1,Q2,…,Q6),珠海测区8个(Q7,Q8,…,Q14),澳门测区2个(Q15,Q16)。每个控制点均建造强制归心观测墩。

2.2 GPS外业观测

使用11台Trimble 5700GPS接收机、4台Trimble R8 GNSS接收机和1台Trimble 5800GPS接收机,按静态相对测量模式同步观测4个时段。GPS观测的主要技术参数为同时观测有效卫星数≥4颗,每时段有效观测时间≥23.5h,卫星截止高度角≥15°,采样间隔为30s。

2.3 GPS数据处理

港珠澳大桥首级控制网的跨海边长达三、四十千米,为了提高控制网测量成果的精度,采用世界上先进的GPS数据处理软件和IGS精密星历进行基线解算,选择IGS跟踪站的精密坐标作为起算点。

(1)基线处理

为了提高GPS基线解算精度,保持首级控制网与国家坐标基准的统一性,顺利实现与香港、澳门坐标系之间的转换,基线处理分两阶段进行。

1)选择中国及周边10个IGS站与位于香港、澳门的7个GPS连续运行参考站构成框架网,起算点为10个IGS站的ITRF2005坐标。

2)选择整个测区的16个首级控制点和港澳地区7个连续运行参考站构成首级网,起算点为7个连续运行参考站的ITRF2005坐标。

基线向量按单天解求解(每个时段24h),全网共解算8个时段,其中框架网和首级网各4个时段,框架网的nrms值最大为0.18,首级网的nrms值最大为0.19,均小于通常要求的0.5。基线在水平方向和垂直方向上的精度统计如表1所示,由表1可见,基线在水平方向上和垂直方向上的精度均达到设计要求。

(2)框架网平差

框架网平差包括2000国家大地坐标系(CGCS2000)、WGS-84两种坐标系下的三维平差,采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量,求解首级网中框架点的三维坐标及其精度。框架网的基线平均长度为1301.6km,基线平均相对精度为0.047ppm,最弱边相对精度为0.43ppm(边长为4.3km)。框架网中,最弱点的纬度分量中误差为0.0035m,经度分量中误差为0.0080m,垂直分量中误差为0.0170m。

(3)首级网平差

先进行三维无约束平差平差。表2、表3分别为基线平差改正数统计及改正数区间个数统计。由此可知,首级网观测质量好、精度高。

再进行二维平差。在施工坐标系中,二维基线绝对误差最大值1.2mm,最小值0.6mm,平均值0.83mm;最佳基线的二维基线相对误差1/39071000,最差基线1/2481000,平均相对误差1/6789833;最弱点的二维点位中误差1.8mm,其中,X误差1.1mm,Y误差1.3mm;最优点的二维点位误差1.1mm,其中,X误差0.7mm,Y误差0.8mm。

2.4 精密测距边长对比

为了检核GPS网的外部符合精度,使用Leica TC 2003全站仪按二等精度测定网中2条边长。光电测距边长与GPS基线长度的比较结果见表4。由表4可知,GPS观测质量高,平差成果精度达到规定标准。

3 首级高程控制网复测

如图2所示,首级GPS网中除Q2,Q6和Q9以外,其余13个GPS点观测墩底座上埋设水准标志作为施工水准点,与香港大屿山基岩点、珠海拱北基岩点共同构成大桥首级高程控制网。网中,香港到珠海之间的跨海高程传递采用陆地绕行(香港———深圳———中山———珠海)一等水准测量精度施测,同岸施工水准点之间的陆地水准联测按国家二等精度施测。

首级高程控制网复测包括港、珠、澳三地一、二等水准测量和跨河(海)水准测量,共计完成一等水准联测248.3km,二等水准联测89.8km,跨河(海)水准测量12处。跨河水准测量根据场地条件、跨河距离分别采用倾斜螺旋法、经纬仪倾角法和测距三角高程法进行观测。水准测量观测高差进行尺长改正、水准面不平行改正和重力异常改正。全网高程以国家一等基岩水准点起算。平差后,每公里水准测量高差中数的中误差为±0.30mm,最弱点高程中误差最大为±4.05 mm,各控制点的高程中误差统计见表5。

4 复测成果比较分析

4.1 首级平面控制网复测成果的比较分析

表6、表7分别给出了2000国家大地坐标系(CGCS2000)下控制点复测坐标与建网坐标较差的最大值、平均值以及按双差观测值无偏方差公式估计的坐标中误差。其中,绝对值小于20mm的三维坐标较差个数占总数的80%,二维坐标较差为88%。

表8给出了施工坐标系下控制点复测坐标与建网坐标的较差值。假设坐标中误差为±10mm,则两期测量坐标较差的限差为可见全部较差均在此容许限差以内,表明控制点未发生明显位移。同时也可以看出,在10~20mm之间的大较差个数(9)占到总个数(30)的30%,主要原因有二,一是复测平差计算所选取的独立基线与原网不完全相同,导致网平差后基线长度存在一定的差异;二是控制网边长较长,最长基线边超过30km,致使控制点的坐标较差增大。在后续的各次复测中,应尽可能选取相同的独立基线进行解算。

4.2 首级高程控制网复测成果的比较分析

4.2.1 测段观测高差比较

按一、二等观测高差成果分别比较。一、二等限差分别按公式计算,R为测段距离(km)。一等水准共计71个测段,各测段复测高差与建网高差的较差均在规范允许限差以内,其中57个测段的高差较差不及限差的1/3,占总测段数的80%;二等水准高差的较差均远小于规定限差,且全部小于一等限差标准。一等水准观测总高差的较差为22.01mm,小于限差(47.27mm)的一半;香港测区二等水准观测总高差的较差为4.27mm(路线总长43.2km),远小于限差(39.45 mm);珠海、澳门测区二等水准观测总高差的较差为2.88mm(路线总长46.6km),远小于限差(40.96mm)。以上数据说明,复测与建网水准测量成果精度高,水准点稳定性好。

4.2.2 水准点高程比较

首级高程控制网中施工水准点的复测高程与建网高程比较结果列于表9。

由表9显见,香港侧的4个水准点(Q1,Q3,…,Q5)的高程较差均为正值,而珠海、澳门侧的9个水准点(Q7,Q8,Q10,…,Q16)的高程较差均为负值,且绝对值近似相等。可以推测,高程较差的这种区域性分群现象,系因香港与珠澳之间一等水准绕行联测高差的总误差所致(高程起算点近似位于一等水准路线的中央)。

从图3可知,一等水准测量高差的总误差对香港、珠澳水准点高程的影响分别通过Q1、Q8传递,自高程起算点至Q1、Q8的高差较差分别为1.6mm和-18.9mm,在表9中去除此项误差后,即得修正后的高程较差值(表中第3行)。显然,除Q3外,修正后的高程较差均在5mm以内,说明水准点复测高程与建网高程具有非常高的符合性,由此即可推断水准点稳定性良好。

值得说明的是,修正后Q3的高程较差为10.8mm,超过其余各点较差的两倍以上,主要原因是Q3比其他各点高350m以上,比起算点高444m,致使Q3的高程误差较大,由此造成Q3的高程较差比其他点大些。

4.2.3 借助GPS大地高高差辅助跨海高程传递复测的分析

一等水准路线长达248.3km,它是复测中费时费力最多的一项工作,考虑到港珠澳大桥首级控制点大多建在基岩上,复测成果的比较分析也证明了控制点的稳定性良好,因此,可以利用GPS测量得到的大地高数据,结合两岸水准点之间的二等水准观测高差进行对比分析,评定控制点的稳定性,从而决定是否需要进行绕行一等水准测量复测。

表10列出了Q10到其余GPS点之间的大地高高差的较差。表中所列“较差”系指GPS网复测后所得大地高高差与原建网测量所得大地高高差的差值。

由表1可知,GPS基线在垂直方向上的平均中误差为±6.19mm,假设GPS点大地高的平均中误差为±8mm,则按误差传播定律求得大地高高差之较差的限差为4×(±8mm)=±32mm。依此标准判断,表9中Q10至香港侧的Q1,Q2,Q4,…,Q6之间的大地高高差较差均在允许范围内,仅Q10—Q3的大地高高差较差超限,系因高差过大(379.5m),对流层改正模型误差较大,致使Q3的大地高精度偏低,后续复测中应探索采用适当的改正模型对与该点相关的GPS基线进行适当处理;另外,从4.2.1节的分析可知,同岸陆地二等水准观测高差的变化甚微,足以说明同岸水准点间高差无明显变化。综合分析后,即可得出“跨海两岸控制点之间的高差无明显变化”的结论。据此,可不进行一等绕行水准测量。

5 结论

通过监理复测分析,验证了港珠澳大桥首级控制网建网成果的精度及可靠性,首级控制点标石大多建造在基岩上,点位稳定性好,满足大桥长周期精确施工以及变形监测的要求。同时,得出如下主要结论:

(1)对于长距离跨海通道工程,其首级平面控制网中跨海长边通常都在10km以上,因此,GPS网复测时应尽可能保持网形不变、起算点不变,基线解算时应选取相同的独立基线、采用相同的数据处理软件,以缩小各次复测成果之间的差异,以便更准确地评价控制点的稳定性。

(2)水准点稳定性评价不能单靠高程比较,因为水准点间路线长,还得依靠测段高差的比较分析来综合评判。

(3)珠海至香港的一等水准绕行联测是港珠澳大桥首级控制网复测中工作量最大的一项,监理复测分析表明,长距离绕行一等水准不一定有利于高精度传递高程,复测后经过分析判断,只要控制点稳定或位移量在规定范围内,就不需要按一等水准联测结果更新成果;同时,利用GPS大地高高差比较可以替代一等水准复测,从而优化复测方案,减小复测工作量和复测的次数。

(4)香港区域内Q3与其它各点的高差较大,因此改点的水准高程和大地高精度均较其它各点偏低,应探索观测和数据处理方法,以提高其精度。

(5)应进一步探讨控制点稳定性评定的方法,应用统计检验理论并结合本项目实际需求,制定实用、有效的标准,以指导后续各次复测工作。

参考文献

[1]JTG C10-2007.公路勘测规范[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2]GB/T 18314-2001.全球定位系统(GPS)测量规范[S].北京:中国标准出版社,2001.