导线测量方案

东海大桥Ⅲ标墩身、箱梁安装测量方案

前言

东海大桥西起上海南汇区的芦潮港镇客运码头往东约4公里南汇咀处，跨越杭州湾北部海域，经小乌龟、大乌龟、颗珠山岛屿，直达浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋山岛，它是上海国际航运中心的集装箱深水港不可少的配套工程，直接为港区大量集装箱陆路集疏运需求和港区供水、供电、通讯等工程服务。

本标段招标范围总长10.99公里，占全桥总长的40%，分为三段：

第一段里程为K15+069~K18+219，长3.15KM。本工程段中心至大桥终端大乌龟岛10.745KM，距沈家湾岛约22KM。

第二段里程为K19+049~K24+579，长5.53KM。本工程段中心至大桥终端大乌龟岛5.575KM，距沈家湾岛约15KM。

第三段里程为K25+079~K27+389，长2.31KM。本工程段中心至大桥终端大乌龟岛1.155KM，距沈家湾岛约10KM。

该海区流速大，风大浪急，气象、水文、气候变化复杂，潮差大，海中间又无天然过渡点，能见度又不够，其施工测量的复杂程度可见一斑。

一、Ⅲ标箱梁、墩身安装段控制测量

1.平面控制

由《东海大桥测量控制交底文件》可知Ⅲ标可以利用的共有19个首级控制点和首级加密控制点，其中0001、0002、0003为首级控制点，位于小洋山

上；ly19～ly34共16个点为首级加密点，位于Ⅲ标内的承台顶面和试桩平台上，间隔1KM左右，这些点都是逐步提供给我们的，直接用来作为Ⅲ标大桥施工的首级平面控制。具体分配如下：在K15+069~K18+219段内，有PM293#、PM307#、PM321#、PM332#、B平台上共5个GPS平高点；在K19+049~K24+579段内，有PM343#、PM357#、PM371#、PM386#、PM400#、PM414#、C平台上共7个GPS平高点；在K25+079~K27+389段内，有PM425#、PM 440#、小乌龟、大乌龟上共4个GPS平高点。

由以上我们Ⅲ标要求承台的施工必须保证这些拟布GPS控制点的承台最先竣工，以便业主布设控制点，进而有利于我标段进行承台轴线的复测以及上部结构的施工需要。在墩身箱梁以及桥面铺设施工中所需要的控制点，可以利用全站仪通过承台的控制点向上传递，由于各种影响因素造成不能传递的时候我们必须进行GPS静态加密控制点。

2．高程控制

由《东海大桥测量控制交底文件》可知Ⅲ标在进行承台以上部分施工时，由于承台部分全部施工完毕，业主委托上海测绘院提供的全桥精密水准网就可以建立了，至于承台以上部分的施工就有了高程的首级控制点。充分利用全桥精密水准点引测和加密临时水准点供施工需要。可以依据基准向上传递。

但是，在承台未施工完毕时也就是全桥精密水准未做时，如何进行承台以上部分的高程控制是问题关键之所在。小洋山和芦潮港两处水准不闭合，因此现在我们的GPS高程不能作为承台以上部分的施工的高程基准，从而出现技术上难题。据2002.9.30业主主持的测量会议精神，强调我标可以从小洋山0001、0002、0003三点引测高程，近芦潮港段从上海lyj1、lyj2两点引测高程，中间设1KM调整段。因此我标应该可以从小洋山引测水准至承台，但是远离小洋山又无法进行水准传递时，可以利用承台GPS高程，待承台施工完毕全桥精密

水准贯通后再在支座上调整达到设计标高。

3．GPS静态加密控制点方法概述

Ⅲ标的施工区域内，可以采用小洋山0001、0002、0003这三个首级控制点作为已知点，可在这三个点的任意两点上各置一台GPS接收机，在待加密点上置一台GPS接收机，构成三角形（GPS接收机台数即图形视具体条件而定）进行观测，观测完毕后，运用GPS平差软件进行约束平差，坐标系的转换，最终得到加密点所在坐标系下的坐标值。

二、沈家湾场地布置

1.控制测量部分

场地布置平面及高程控制点由业主提供四个平高点（位于沈家湾岛上），其中平面坐标是北京54坐标系坐标，高程系是国家85高程系统。由GPS施测的这四个平面和高程合一点足以保证整个场地施工放样的控制需要。首级控制网点如下表1所示：

表1：控制成果表

2.场地布置放样部分

由业主提供6个红线点，场地的布置以红线为限制，进行总体布局。首先依据控制点进行红线放样，在实地标出红线，这就初步定位了布局的轮廓，然后依据平面布置图进行场地轴线以及碎部放样在实地标定，从而最终将布置图反映到实地位置。具体测量方法是：在首级控制点上放样或者引出转点都是可以达到的。业主提供的红线点坐标如下表2：

表2：红线点坐标

三、出海码头施工测量

1.控制测量部分

由沈家湾首级GPS控制网进行加密，在栈桥轴线两侧海岸上布设加密点做为栈桥施工的平面控制依据，由首级水准点引测临时水准点，进行高程放样。

2.施工测量部分

1)插打斜桩定位：

由于栈桥定位桩涉及到斜桩的定位测量，在斜桩的插打时应考虑斜桩的倾斜度及水平扭角两个因素。斜桩的倾斜度是指倾斜桩在垂直方向的投影与在水平方向线上的投影的比值，一般用n：1来表示；斜桩的平面扭角是指斜桩中心轴线的水平投影与桩排方向间的夹角，常用m来表示。在充分考虑这两个因素后，再计算出定位点坐标。

斜桩插打难度大，应精心控制。东海大桥Ⅲ标、Ⅱ标箱梁出海码头位于沈家湾岛，栈桥共164根桩，皆为圆柱桩，最长47M，最短28M，分为1M直径桩和1.2M直径桩。

鉴于现场无法建立侧面基线，现拟采用一台2秒级经纬仪和两台2秒级全站仪共三台仪器进行桩位定位。为简化计算，现根据业主提供的沈家湾岛上的首级控制点建立栈桥独立坐标系进行桩位交会。

a.仪器设备：

蔡司THEO 010B

TOPCON GTS-602

TOPCON GTS-226

b.测站点坐标:

A（-11.292，180.406，5.820）

B（-3.054， 0.128， 4.225）

C（4.690， -51.180， 6.025）

D（-26.126，87.995， 5.360）

ZD（-5.931，6.938，4.490）

c.测设方法:

测设过程：打桩船初步定位、打桩船水平扭角确定.

计算工作：包括圆管桩桩顶中心在即定高程的坐标及A、B、C三测站相应的观测角及距离,控制标高情况下测站点仪器的角度及距离计算。

d.方案分析：

现以2#墩3#桩的测设为例对斜桩插打进行方案分析：

如图所示：

其中OP延长线为箱梁预制场轴线，P点为箱梁预制场边线BC的中点。

当计算0.9m高程面上视准轴切桩边缘的方位角及竖直角时，首先要计算0.9m高程面上桩中心坐标及其相对测站点的方位角，再进一步计算仪器切桩右（或左）边缘时的方位角。

上图中2号墩3#桩0.9m高程面上桩中心坐标为（x,y），其相对测站点方位角为：

α1=arctan[（y-Y仪）/（x-X仪）]

视准轴切右边缘时情况如下图所示：

其中

J=arcsin(R/S 平)

故方位角为

α=α1+J

从图中可以解出竖直角：

β=arctan(（H 仪-H 桩）/S 平’)（其中S 平’=

2R -2平S ，H 仪为测站高

程与仪器高度之和（下同），H 桩为0.9m(下同)。）

现将视线提升一定高度h 后新的方位角α及竖直角β为

俯打时： ()()()()()()22cos 4/sin 4//arcsin cos 4//sin 4/arctan ）（）（（）（仪仪仪仪X m h x Y m h y R X m h x Y m h y -++-++

-+-+=α

()()()

222cos 4/sin 4//arctan R X m h X Y m h Y h H H A A --++-+--=）（）（）（桩桩桩仪β 仰打时：

()()()()()()22cos 4/sin 4//arcsin cos 4//sin 4/arctan ）（）（（）（仪仪仪仪X m h x Y m h y R X m h x Y m h y -+-+

----=--α ()()()

222cos 4/sin 4//arctan R X m h x Y m h y h H H A --+---=--）（）（）（仪桩仪β 以上计算公式适用于交会桩位时视准轴切钢管桩边缘用，为了控制船的扭角，还要其中一台全站仪随时控制船的扭向。这部分工作的前序工作是根据甲板高程计算甲板上置镜点的坐标，如下图所示：

其中P 点为通常置镜点，下面我们以该点为例对控制打桩船扭向的全站仪的计算工作进行分析：

设全站仪测得甲板高程为H 棱，由于船的龙口至桩中心的距离只有两个定

值，即船上置镜点P 至桩中心距离只有两个定值（L 仰和L 俯），所以该仪器观测

的置镜点坐标为：

俯打时：

(m m h x cos 15.19cos 4/+?+,m m h y sin 15.19sin 4/+?+)

仰打时：

）（m m h y m m h x sin 97.21sin 4/,cos 97.21cos 4/+?-+?-

上两个公式中Δh为打桩船甲板上置镜点高程相对0.9m高程面的高差，

L仰=21.97m，L俯=19.15m。

以上计算中并未考虑到钢管桩倾斜后某一高程面对其所截图形为椭圆而并非圆，椭圆长半轴与短半轴（等于圆管桩半径）之差究竟对观测有多大影响，现作如下分析：

因为所有的桩倾斜度皆为4：1，所以桩倾角θ的正切值为4，椭圆长半轴与短半轴关系为：

L长=L短/sinθ

即Δ=R长-R短=R（1/sinθ-1）=R短（1

42 /4-1）

沈家湾箱梁出海码头钢管桩最大直径为1.2m，

故Δmax=0.6×(17/4-1)=1.85cm

在插打钢管桩时此差别可以不予考虑，即将椭圆看作圆来进行桩位交会。

由于海水水位变化较大，给测量工作带来很多不可预见的重复计算，故在交会工作中，先用全站仪测量出要交会定位的高程面的高程。

2)桩顶以上部位测放：

平面点位运用全站仪进行，测放其十字线以及碎部尺寸。水平仪引测高程。钢梁架设按照放好的十字轴线进行放置。

四、墩身施工测量

东海大桥Ⅲ标共有156座桥墩，共有312个墩身，分别为低中高三种断面形式的空心墩。墩身采用陆地预制，海上安装。墩身施工测量方法如下：

1.墩身预制测量

1)预制准备

由于采用陆地预制，为保证墩身质量，首先必须保证墩身预制质量。所以首先要做好台座的测量工作。台座主要要控制好其平面轴线，平面尺寸和平整度。在墩身预制场地地基强夯处理之后，按照场地布置图的要求布置每只台座。用经纬仪放出每只台座的十字轴线，根据轴线拼装台座扩大基础模板，用水准仪控制基础顶面和预埋板的标高，并拉尺检查预埋板的位置。待基础达到强度后，再用经纬仪将十字轴线恢复到基础顶面，做上标记。钢结构台座到达现场之后，按照轴线就位焊接。用水准仪控制好台座顶面的标高和平整度，用铅垂线控制各侧面竖直度。

2)墩身模板检查

墩身采用新制钢模，除顶节外模外在模板组装场内组拼成整体。钢筋扎绑前，先于台座中安装内模，这时检查其尺寸并用垂线检查内模垂直度；外模安装完毕后检查其上口尺寸和倾斜度，满足要求后在模板内标定出高程标记。

3）墩身预制模板质量控制要求

模板标高±10mm

模板内部尺寸±20mm

模板轴线偏差10mm

模板表面平整度5mm

4）墩身竣工

墩身混凝土达到设计强度拆模后，用油漆标定出墩身上下口两方向的中心位置，作为安装的准备。同时，对其上下口断面尺寸和表面平整度、垂直度进行竣工，并做好相关记录。

5）墩身预制台座在预制完一定数量的墩身节段后，须对其尺寸、位置、

平整度进行检查，以满足继续生产的要求。

2.墩身安装测量

1)安装准备

根据控制测量的结果，由承台控制点用全站仪测放出桥中线和墩中线，标定出墩身节段安装位置。根据十字轴线检查底节段墩身支承点的位置和高程。支承点位置安放扁千斤顶支承点，支承点设置要求准确。用水准仪控制预留短柱顶面的标高，必须确保四点的标高一致并符合设计要求。清除短柱及中间混凝土支柱顶面污物，将墩身下落导向架利用经纬仪控制，精确对位，并与承台上的预埋件焊接，在导向架上安装墩身纵横向调整装置，以保证墩身能正确就位。

2)墩身安装

墩身吊装于指定的承台位置，基本就位后，首先检查一下垂直度，以利于下步精确就位，然后依靠导向架实现墩身正确到位。这时，可于临近承台顶墩身侧边线位置上置经纬仪，对准墩身侧面设计位置，指导墩身就位，并随时观测其垂直度。同时，观测承台顶面所做十字轴线与墩身节段底部所做的四个中心标记是否吻合，利用导向装置调整，直到满足要求。用垂线或经纬仪检查其垂直度，利用扁千斤顶调节，直到满足要求为止。两项工作交替进行，反复调节。

以上两项工作完成后，利用经纬仪校点将十字轴线传递至节段顶面。桥中心线方向可在临近承台顶面墩中心线位置上置仪器，里程方向可在墩身侧边位置延长线上置仪器。此时，墩身上口所做中心标记应该在桥墩十字轴线位置上。如果出现偏差，复检，并综合分析原因然后进行调整，再用水准仪检查标高，满足要求之后，将墩身上的预埋钢板与短柱预埋钢板焊接牢固，并拆除导向装置。拆除前后置仪器监控墩身位置有否变化。符合要求后，将上口油漆标记用

墨线连接标定出来，作为上节段墩身现浇的施工依据。

3.墩身现浇

1)墩身位置调整到位后，安装墩座模板，浇注墩座湿接缝混凝土，主要控制墩座模板纵横向中心线与墩身纵横中心线、承台中心线的吻合，相关尺寸满足要求后，用水准仪测控标高。

2)墩身现浇节段施工，内模采用劲性骨架支撑，配以组合钢模板进行组拼。其组拼过程参照墩身底节段顶面的十字轴线，控制好垂度组拼上升。相关尺寸和垂直度满足要求后吊装外模。这时需要严格控制与墩身预制部分的接头处的贴实和吻合，避免出现错台现象。由于预制外模与现浇外模一致，用经纬仪控制好垂直度后可以满足要求。

标高用水准仪配合长钢尺测设至现浇墩身顶面，做好标记。

3)现浇部分拆模后，接头处打磨处理，对其上口尺寸、轴线位置、标高进行竣工，并做好相关记录。

4.现浇或预制安装完成后。

一定数量的墩身贯通，全面竣工，恢复中线，由此进行下阶段的施工。在墩顶测放十字线确定支座的位置，指导模板安装。接下来开始架梁。

五、箱梁及桥面系施工测量

东海大桥Ⅲ标共有308片箱梁，箱梁采用陆地预制海上安装，箱梁施工测量方法如下：

1.梁场施工测量

1)模板检查（包括底模﹑侧模、端模、内模）

在立模前应首先检查模板的平整度，采用1米或2米的靠尺多处检查。底模的检查采用经纬仪控制其轴线并量取横向尺寸，用水平仪检查其多处断面标高；内模的检查应用经纬仪在底模顶放中线以便控制内模的中线，并量取内模与侧模的相关尺寸；侧模的检查关键是倾斜度，采用铅垂线检查，并多断面量取两侧模至轴线的尺寸；端模主要检查其中线至梁的轴线相关尺寸以及倾斜度。

2)箱梁预制模板质量控制要求

模板标高±10mm

模板内部尺寸+5.0mm

模板轴线偏差10mm

模板表面平整度5mm

3）箱梁张拉拱度检查

张拉前在梁两侧两端1/4处，1/2处，3/4处用水平仪放置水平线，或在梁顶距轴线处两端1/4处，1/2处，3/4处设置观测点。张拉结束用水平仪观测其有关数据计算拱度。

4)箱梁竣工测量

主要检查纵横向与轴线的偏差，跨度的检查，均采用经纬仪和钢尺量取。

5)梁台座横纵移台座的沉降观测

在台座受压前在多处关键点布置沉降观测点，比较受压前后的数据。

2.架梁施工测量工作

1)墩顶竣工的复测

在箱梁架设前，对墩顶应进行复测工作。

2)箱梁架设的测量工作

箱梁架设的测量工作，主要控制箱梁轴线纵横向与墩顶十字线的偏差，支座的摆放，控制支座四角高差，并达到设计标高要求。

3)湿接头的模板检查工作

主要控制接头模板的纵横向中线是否与梁中线吻合，用水准仪控制标高，避免出现错台现象，接头处平滑连接，达到设计要求。

3．桥面系的施工测量工作

1)防撞墙

用全站仪放出防撞墙中线用以放样和检查防撞墙模板中偏离设计中线尺寸，水平仪控制标高。

2)桥面路面

用全站仪放出道路中线，水平仪实测标高。