导语:

党的十八大以来,我国推动建造了一大批世界第一、中国之最的超级工程和“大国重器”,托举起亿万人民迈向美好生活的中国梦,驱动中国巨轮信心满怀驶向中华民族伟大复兴的胜利彼岸。工程测量在国民经济建设中发挥着不可或缺的关键作用。从我国 17.7 万公里纵横交错的高速公路与4.6 万公里的高速铁路,到拔地而起的 3000 多座超高层建筑;从千座以上规模恢宏的大型桥梁与 4.6 万多个铁路公路隧道,到 350 万公里的城市公用管线,无一不是精准的工程测量数据做先导和安全保障,无一不凝聚着工程测量领域广大测绘科技人员的心血与智慧。为展现工程测量技术创新以及重大工程应用实践所取得的丰硕成果,工程测量分会组织编写的《大国工程测量技术》(第二部)一书于2024年8月出版,现选取其部分代表性项目推出“大国工程测量”专题,以工程案例介绍现代工程测量技术的应用与发展。

大国工程测量—深中通道工程

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工程概况

深圳至中山跨江通道项目是继国家特大级交通项目港珠澳大桥之后,又一个世界级“隧道、人工岛、桥梁”交通集群工程,是国家高速公路网中,沈海高速公路的重要交通连接线,也是国务院颁布《珠江三角洲地区改革发展规划纲要(2008-2020年)》中早已确定的重大基础设施项目,是对接港澳大都市、横穿珠三角城市群、贯通我国大西南的黄金战略通道;是连接珠三角“深莞惠”和“珠中江”两大经济圈唯一的陆路直连通道;是连接广州南沙、深圳前海、珠海横琴三个国家级新区的交通纽带。深中通道的规划建设对巩固提升“21 世纪海上丝绸之路”起点的战略桥头堡地位;推动珠江口湾区世界级城市群崛起;打通粤东通往粤西乃至祖国大西南的便捷通道,对扩大珠三角对祖国西南腹地的经济辐射具有重大战略意义。

深中通道是深圳至中山以及广州市南沙区的跨江通道,设计时速100千米/小时,双向八车道,道路全长24公里,其中海底隧道长约6.8公里,沉管隧道长约5公里,桥梁工程长约17.2公里,其关键控制性工程为主跨1666米的双塔悬索桥,伶仃洋大桥与主跨580米的双塔斜拉桥中山大桥,集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的超级跨海集群工程,采用国内首次应用、国际首次大规模应用的钢壳混凝土组合结构形式,由32节管节和1个最终接头组成,是目前世界上最宽的海底沉管隧道。深中通道平面规划如下图所示。


深中通道平面规划示意图

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解决的关键问题

2.1 长距离跨海测量

深中通道主体工程跨海距离长、控制网布设困难、高程控制测量难度大,一般常规测量方法无法满足精度要求,需要采取新技术、新方法解决问题。


首级网测量图形示意图

2.2 安装精度的保证

钢壳管节标定工作是常态化工作,本身难度不大,但深中通道项目面临钢壳管节在工厂预制完成后,先后经历舾装、演练、浮运、沉放和安装等多个步骤,受到海水、风、浪、一体船以及管节内部水箱的影响,导致沉管管节的几何形状不断发生变化;钢壳混凝土沉管在深水安装过程中,受自身重量、水压力、吊缆拉力和压载水箱压力等各种受力影响,不可避免产生一定的形变;加之端钢壳安装作业在长9m、宽62m、深18m的基坑内进行。由于基坑内自上而下共设置5道支撑梁、6根格构立柱桩及基坑周边砼围檩、支撑梁、立柱、栈桥板等支撑体系对测量视线的影响,基坑内可用于端钢壳安装控制网布设的实际有效空间只有6.3m×35m的范围,由此导致端钢壳控制面板距测量观测墩的最近距离只有5.8m,最大观测仰角达到55°,大大增大了端钢壳安装精度测控难度,因此沉管要实现毫米级对接,做到所有管节都高精度标定,难度较大且极富挑战性。


管节管内贯通与姿态点分布


最终接头推出段贯通与姿态点

2.3 施工环境复杂

施工区域地理环境、气象水文条件恶劣,为测量工作的实施和测量精度产生较大影响。尤其对于控制网的建立及维护造成了巨大的困难。控制网作为现场施工测量的基准,必须严格按照标准执行,但海上施工地点离岸较远,受海上风浪影响大。面对以上难度,为保证控制网精度,需提高控制网建立的标准,并且提高复测频率,研究新技术、新方法,确保控制网精度符合设计及规范要求。

2.4施工监测内容多、难度大

深中通道项目监测内容包括东人工岛的岛体沉降、位移监测、沿江高速桥墩自动监测、堰筑段监测、基坑变形监测、E匝道变形监测、隧道主体结构沉降位移监测、围护结构变形监测;沉管隧道施工沉降、位移监测、接头差异变形监测;伶仃洋大桥、中山大桥桥墩、梁体徐变监测等内容,监测内容多、监测工作量大,应对此种监测内容复杂、工作量大的困难、安全风险高等因素,宜采取自动化监测辅以人工监测的方式进行施工监测工作。

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展望

深中通道作为集“桥、岛、隧、水下互通”四位一体的超级工程,其成功建设将为今后国内外的桥隧建设提供宝贵的经验,具体到测量工作,其主要经验如下:

1.建立高标准的深中通道施工控制网并进行常态化维护,为项目建设提高了严密、精准的起算基准。

2.提出了间接高差测量技术,有效地削弱了大气折光影响,使得长距离跨海高程测量达到二等水准测量精度要求。

3.研制了一种新型跨海测量发光体觇标,提高了跨海高程测量精度和作业效率。

4.应用了管节位姿标定测量系统,保障了管节预制、管节浮运质量及安全。

5.研发的基于摄影测量技术的沉管对接测量,提高了管节贯通测量精度和效率。

6.视觉测量、自动化监测技术在深中通道得到使用,提高了监测效率,并且大量节约了人工成本。

7.建立了精测网二级复核体系,并在施工测量中都融入换手复核工作,对确保深中通道的高质量建设意义重大。

2022年6月中山大桥顺利合龙,2023年4月伶仃洋大桥顺利合龙,2023年6月深中通道海底沉管隧道最终接头成功对接,这标志着深中通道建设主体结构已顺利完成。至此,世界上最长海底沉管隧道的主体结构已完成,这不仅标志着成功就在眼前,也将在继港珠澳大桥之后国内桥隧方面树立起第二个标杆,为行业提供更多技术参考。


深中通道全景图

参考文献:大国工程测量技术,第二部/宋超智,陈翰新,李清泉,西安:西安地图出版社,2024.8

来源:中国测绘学会工程测量分会

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