港珠澳沉管隧道测量方案
一、 工程概况及特点
1、工程概况
港珠澳隧桥沉管沉隧全长5990m，其中沉管段5664m，共计32节段，东西两人工岛各设暗埋段163m；平均海面高程+0.54m，海床高程-17.51m，管节底部最低高程-44.5m，基槽底部最低高程-46m；基槽开挖采用1:7和1:3两种坡率，基槽底超宽3.5m，超深0.5m。沉管段基础E32、E1采用钻孔桩，E30、E31、E2、E3采用PHC桩，其它为挖除软土层，进行换填处理；暗埋段基础处理采用部分开挖换填+砂桩，基坑围护采用地连墙、钻孔排桩＋支撑系统。
2、港珠澳沉管测量的特点
1）隧址远离三地，且隧道全长5.9KM，水上无专用测量控制平台，管节沉放对接定位常规测量技术满足不了精度要求；
2）控制点分布在三地，点位分散，控制点复测、加密控制工作量大；
3）位于主航道上，水深浪急对水上测量定位影响大；
4）基槽开挖深、大，对水下标高测量控制困难；
5）管节顶距海平面相差40m左右，对定位用的测量塔要有足够的钢度及稳定性；
6）人工岛上各永久结构细部放样精度要求高，必须采用常规测量手段，因此，需在岛上建立施工用控制点，由于人工岛的不稳定性，控制点基础处理投入大。
7）隧道为“W”形曲线，管节沉放对接技术复杂，计算工作量大。
二、沉管隧道测量
沉管隧道施工从干坞内管节预制到隧址沉放对接各工序测量控制是一个系统工程，具体的测量内容包括：控制网测量、干坞内管节预制测量、海床挖除清理测量、管节浮运沉放对接测量、沉管基础桩测量、沉降观测测量以及人工岛上引道部、暗埋段及其它永久性工程测量。
1、控制网测量
1）、平面控制网测量
隧道控制网分首级网、加密网以及干坞内管节预制控制网。首级网为隧道控制的基准网，在设计交桩后，施工单位应组织测量队伍进行同精度的交桩复测，复测方法可采用GPS静态观测，各项技术指标应满足《公路全球定位系统（GPS）测量规范》要求；加密网为施工过程中满足施工需要加密的控制点，测量方法同样可采用GPS静态测量，观测网形为边连式同步扩展图形，各项技术指标不低于GPS二级控制网要求；干坞内管节预制控制网主要用于管节结构尺寸检查、特征点及测量塔位置标定（一般为独立坐标系），精度要求高，可采用全站仪按二等边角网技术要求进行观测。
2）高程测量
陆上高程控制点可采用精密水准仪进行观测，跨海段采用三角高程对向观测，观测图形为大地四边形，各项观测指标：首级网复测不低于设计等级，坞内控制点、加密网不低于二等水准技术规范要求。
2、沉管对接测量
常规的方法是采用岸上三台全站仪，使用计算机命令统一控制，同步观测管节测量塔上三个固定棱镜，适时动态的获取测量塔上三点的同步坐标数据，指导管节的沉放对接安装。在这过程中，关键是测量塔的安装、测量塔设计坐标数据的确定、三台仪器数据采集的同步性、观测结果计算及时的提供。
港珠澳沉管隧道，隧址距离岸上较远，且隧道过长，常规测量方法无法进行测量精确定位，鉴于GPS全球定位技术在跨海大桥中使用越来越多，定位精度在工程施工中得到认可，沉管沉放对接采用GPS-RTK技术进行同步数据采集定位。方法是将流动站上三台GPS接收机安置在测量塔上，布置为三角形，沉放过程中精度要求不高，采用GPS-RTK技术进行同步观测，沉放到位稳定后采用GPS静态测量，精确的获取管节位置的三维坐标数据，指导管节的调整及下一管节的沉放施工。
1）GPS测量定位的优点：a、全天候作业，不受天气的影响；b、操作简便、可提供三维坐标；c、测站间无须通视，观测时间短，数据同步性好。
2）测量塔的制作安装
测量塔的作用是将水下管节的特征控制点引出水面，方便现场对沉放管节的姿态定位调整控制，因此，制作时应有一定的钢度及稳定性，同时，测量塔应高出水面2m左右的距离，以便安置测量设备。测量塔布置在管节前后端各一个，后端（对接端）塔顶设GPS接收机一台，前端（推进端）沿管节纵轴线对称布置两台GPS接收机，两台间的横向距离应足够大，最好是布置在管节两侧边上，以便能准确反应控制管节沉放姿态。
3）测量塔设计坐标确定
管节在干坞内预制施工时，采用坞内管节预制控制点（一般为沿管节轴线建立的独立坐标系），测量管节特征点与测量塔的相对位置关系，通过设计提供的管节特征点坐标与实测对应特征坐标进行三维坐标转换，求出转换参数后，即可推出测量控制塔在设计坐坐标系中的坐标。
3、海底基槽开挖测量
本工程海底基槽开挖具有线路长、断面宽、槽底标高低的特点，测量定位采用GPS-RTK技术配合超声波测深仪控制。测量前，应在已知点上对GPS-RTK进行检校，在不同水域校正测深仪的声速，保证水深值的正确性，观测时可同步采用验潮站验潮数据进行校核。测量内容有基槽开挖断面标高测量、基槽换填测量等。
4、干坞预制测量
干坞预制测量内容包括：管节的长度、宽度、高度，前后端面的形状、平整度；对接端、尾端坐标的确定；对接端、尾端与管节中心轴线的夹角；测量塔安装及位置坐标的确定。由于是在预制厂小范围的施工，且节段预制及特征点标定精度要求高，测量定位采用高精度的全站仪和水准仪按常规的测量方法观测，对同一管节特征点采集的数据应进行严密平差处理。
1）管节特征点的布置与测量
节段特征点一般设在管顶及管内，管顶最少布设三点，可布设在管节制作轴线中点和测量塔基座十字线与管段轴线交点处，管内特征点一般为四点，分别设在对应的管段封门中线上。特征点平面位置用极坐标法直接测量，高程按四等水准精度要求测设。
2）管段两端面特征点测设
管段端面四个角点的测量主要是为了评定管段的制作质量是否满足设计要求，以及管段沉放后准确计算相邻管段端面的相对位置。导向装置的测量主要是为了管段的沉放对接测量，导向装置测量时要特别注意两个导向装置相对高差的测量，因为对于曲线管段，其三维扭曲的调整主要是通过调整导向装置的相对高差来确定。测量方法同上。
3）测量塔控制点测量
测量塔的标定是沉管测量中非常重要的一个环，在进行测量塔控制点标定时，首先要测定管段顶面四个角点的相对高差，以便确定管段的纵倾和横倾。本工程中，由于塔高度大，高程测量可采用全站仪三角高程法和水准仪挂尺法精确测量。
5、人工岛上引道段和暗埋段测量
人工岛作为永久性结构，测量内容包括包括岛上附属永久性结构物测量、引道段测量及暗埋段测量。岛上前期施工主要是地基处理，精度要求不是很高，可采用GPS-RTK技术进行现场放样，后期进入暗埋段及救援码头等细部结构施工时，由于精度要求高、基坑槽深，GPS-RTK技术就无法使用。因此，在岛上基础处理完成，地基相对稳定后，设立两至三个控制点（控制点基础应进行加固处理，确保点位稳定），采用高精度的全站仪、水准仪按常规测量手段进行定位。
控制点测量见前述，岛上高程测量由于跨海距离大，水上无固定平台，前期可采用GPS拟合高程。
暗埋段施工完成后，应将控制点引测进暗埋段受施工影响小的位置，作为后期管内测量的控制基准点。
6、管内测量
管段沉放结束，打开水封门后，应进行管内测量，测量分为轴线、高程偏差测量，是评价管段沉放是否满足设计要求的重要依据。
7、沉管隧道沉降观测
管底基础处理结束后，主要是进行沉降观测，观测基准点可选择设在暗埋段受施工影响小的部位，并采取相应的防护措施，防止人为的破坏。沉降观测宜采用S1级精密水准仪，按二等水准测量的精度要求，组成闭合环进行观测，观测结果应进行严密的平差计算处理。
8、海上基础桩测量
沉管隧道基础桩有钻孔桩及PHC桩等，对近岛段的钻孔桩可采用岛上控制点用极坐标法放样，也可采用RTK技术放样。海上PHC桩采用打桩船施工时，打桩船一般都配有自动化的水上定位系统（该系统在跨海大桥钢管桩的沉桩定位中，取得了很高的精度）。在前期的沉桩施工中，应采用岛上控制点按常规测量方法对沉桩进行检查，确保打桩船沉桩系统运行正常。
三、沉管隧道施工监理控制重点及难点
1、 首级控制网分布三地，受交通、观测条件等限制，控制网复测工作量大、技术复杂。复测原则是同等精度观测，作为承包商从设备、技术力量、进度按排等因素上考虑，复测都比较困难，因此，能否快速高精度的完成复测工作是整个沉管施工控制的关键；
人工岛上各结构部位施工放样，需设置永久性控制点，由于人工岛前期基础的不稳定性，对控制点需采取措施加固处理，一次性投入比较大。控制点使用过程中，前期复测频率应加大，稳定后频率可定为一个季度复测一次。
2、干坞预制厂管节特征点标定测量应有较高的精度，设计坐标系与管节坐标系间转换参数求取应严密（一般为七参数），计算准确。
测量塔结构应经专门的设计计算，必要时应在同等水深环境条件下进行试验，确保塔身具有一定的稳定性和钢度。
3、水上施工GPS-RTK技术参考站与流动站间直线距离不宜过大（<15km），建议在人工岛基础稳定后，在上面建立施工用参考站（指挥部建有cors系统除外）。
4、管节沉放对接施工中，特征控制点数据采集应同步，数据处理结果应及时，因此，应建立计算机与观测仪器间的通讯连接，实现统一观测命令发出、数据采集及计算全自动化，为管节适时姿态调整提供正确指令。
管节对接稳定后，应精确的测量管节的姿态，并据此计算管节对接面位置、轴线偏位、标高，为下一管节安装提供对接数据。
5、海底基槽开挖测量，由于一般采用的是RTK加测深仪法，定位精度不是很高，因此，使用前应进行严格的校正，观测最好选择在平潮时段。
6、暗埋段施工
四、施工方案审核的重点和难点（1天）
港珠澳沉管隧道施工中，主要的测量方案大体上有《控制网加密复测方案》、《管节预制测量方案》、《管节沉放对接方案》、《沉降观测方案》、《敞开段和暗埋段施工方案》。
对专题所列每项工程，分析出监理应重点控制的关键工序。对每项关键工序说明（可列表）质量检查项目、允许偏差、检查方法、频率、所依据的标准规范。
检查频率应分别列出施工单位检查频率和监理抽查频率。
五、监理人员配备计划（0.5天）
完成该监理工作，需要配置的监理岗位（组长、专监、监理员）及人数（建议列表），可暂不列具体人员姓名。
六、测量仪器配备计划（0.5天）
根据沉管隧道施工的特点，测量仪器按干坞预制及隧址施工两个大的测量组配置。各测量组仪器配置应满足施工复测精度要求，具体的仪器配置情况：
|
仪器名称 |
精度指标 |
数量 |
备注 |
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GPS |
静态:5mm+0.5ppm |
4台 |
采用1+3模式配置 |
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全站仪 |
0.5″ 1mm+1ppm |
2台 |
管节预制、岛上段施工及沉管细部测量 |
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经纬仪 |
2台 |
管节预制检查 |
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水准仪 |
2台 |
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测深仪 |
|||
|
电脑 |
2台 |
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