導(dǎo)線測(cè)量在武咸公路改造工程中的應(yīng)用*

孟 巖 劉莉淋 田文彬 董 銳

(1.中交二航局五公司,湖北 武漢 430012; 2.武漢交通職院學(xué)院,湖北 武漢 430065;3、4.中建三局第二建設(shè)工程有限公司,湖北 武漢 430074)

0 前言

武咸公路改造工程北接武漢市一環(huán)線,南接武漢市三環(huán)線青菱立交,并與武漢市二環(huán)線相交,全長(zhǎng)約 7.5km,其中主線高架長(zhǎng)約 7.2km,主線地面段長(zhǎng) 0.3km,全寬 50m～70m。武咸公路是主城區(qū)三環(huán)十三射快速骨架路網(wǎng)的重要主城部分,是城市南部重要的快速出口路,因此,必須保證武咸公路改造工程質(zhì)量?？刂茰y(cè)量是工程施工的根本,直接影響到主體及附屬工程的質(zhì)量、安全和美觀,要保證武咸公路改造工程質(zhì)量,就必須做好控制測(cè)量工作。而武咸公路改造工程建設(shè)周期長(zhǎng),施工精度要求高,標(biāo)段多且開工時(shí)間不一,還與武咸公路排水工程、拆遷工程同時(shí)進(jìn)行,施工同時(shí)還必須保證原交通的暢通,使得控制測(cè)量環(huán)境狹窄復(fù)雜,平面交叉多,視線障礙大,給控制測(cè)量工作帶來(lái)極大困難。

1 導(dǎo)線布網(wǎng)

原武咸公路是白沙洲地區(qū)唯一的南北貫通的道路,與 11條次干道級(jí)別道路相交,在改造施工的同時(shí),還必須預(yù)留 4個(gè)車道保證原交通的暢通,因此,武咸公路改造工程的施工寬度僅為 10.0m～20.0m,呈典型的狹長(zhǎng)帶狀,網(wǎng)型受限,只適合布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)。由于工期較緊,施工單位在拆遷工作還未完全結(jié)束就已開工,拆遷工程與改造工程同時(shí)進(jìn)行,同時(shí),為完成武咸公路的改一體化改造,排水工程也同時(shí)進(jìn)行,三項(xiàng)工程同時(shí)進(jìn)行,造成工程之間施工空間的競(jìng)爭(zhēng),相互之間施工干擾大,再加上交通動(dòng)載荷的擾動(dòng)和人為破壞,導(dǎo)線點(diǎn)位極易破壞。因此,為了滿足《工程測(cè)量規(guī)范》對(duì)施工和竣工測(cè)量的限差要求,提高施工測(cè)量的精度和速度,尤其是保證施工放樣和竣工測(cè)量的統(tǒng)一性以及兼顧到施工的適用性,根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的點(diǎn)位,將武咸公路改造工程的控制網(wǎng)布設(shè)為三條附合導(dǎo)線。

由于武漢市政設(shè)計(jì)院提供的基準(zhǔn)網(wǎng)是 D級(jí)GPS點(diǎn)及三級(jí)導(dǎo)線點(diǎn),根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》,將加密控制網(wǎng)布設(shè)為三級(jí)三條導(dǎo)線網(wǎng)(見圖 1)。第一條附合導(dǎo)線是一期導(dǎo)線,是根據(jù)武漢市政設(shè)計(jì)院提供的 GPS控制點(diǎn) X1,X2及 X20,X24,布設(shè)成直伸形狀,共有導(dǎo)線點(diǎn) 51個(gè)(JMA1～JMA18,JMB1～JMB23),相鄰邊長(zhǎng)相差不大。由于大部分規(guī)劃紅線建筑尚未拆遷,無(wú)法遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)的地方,在圍墻之內(nèi),隨著工程的施工,道路兩側(cè)因修便道等原因,部分導(dǎo)線控制點(diǎn)已遭破壞,部分位于在路中,由于車輛行駛已無(wú)法使用,于是又利用X1、X2及 X20、X24分別在左右兩側(cè)便道上布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng),即第二條導(dǎo)線(D1-1～D26-1)、第三條導(dǎo)線(C1-1～C25-1),形成第二期導(dǎo)線網(wǎng)。該平面控制網(wǎng)形式靈活,延伸擴(kuò)展性強(qiáng),檢核條件多,不僅有效保證了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度需要,降低施工過(guò)程的施測(cè)難度,減少了導(dǎo)線測(cè)量中環(huán)境的影響,而且兩期導(dǎo)線網(wǎng)、三條附合導(dǎo)線能相互檢查,相互校核,確?？刂凭W(wǎng)不因房屋拆遷、各種管線改遷與路橋施工中,損毀部分控制點(diǎn)仍可快速準(zhǔn)確施測(cè)。

圖 1 導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)

根據(jù)《工程測(cè)量的規(guī)范》,導(dǎo)線控制點(diǎn)應(yīng)分布均勻,具有足夠的密度,導(dǎo)線邊長(zhǎng)大致相等,相鄰邊長(zhǎng)相差不大,導(dǎo)線樁選在不易被行人車量觸動(dòng),土質(zhì)堅(jiān)硬,便于安置儀器的地方。因此,第一條導(dǎo)線采用無(wú)路面導(dǎo)線樁與有路面導(dǎo)線樁并用;第二條導(dǎo)線采用測(cè)釘為馬路面導(dǎo)線樁,第三條導(dǎo)線為主線圍擋內(nèi)的臨時(shí)導(dǎo)線樁。

2 導(dǎo)線測(cè)量

導(dǎo)線測(cè)量就是依次測(cè)定各導(dǎo)線邊的長(zhǎng)度和各轉(zhuǎn)折角值,再根據(jù)起算數(shù)據(jù),推算出各邊的坐標(biāo)方位角,經(jīng)過(guò)平差改正,從而求出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo),以此平差后的坐標(biāo)作為武咸公路施工過(guò)程中樁基、承臺(tái)、墩柱、箱梁中心線等具體測(cè)量工作的放樣依據(jù)。

根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》要求,按照三等導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行(見表 1)。

表 1 三等導(dǎo)線測(cè)量主要技術(shù)要求

2.1 轉(zhuǎn)角測(cè)量

導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角用 TopconGTS-330N全站儀(測(cè)角精度:±2";測(cè)距精度:±(2mm+2ppmD))按測(cè)回法進(jìn)行觀測(cè),水平角在觀測(cè)中以奇數(shù)測(cè)回和偶數(shù)測(cè)回分別觀測(cè)導(dǎo)線前進(jìn)方向的左角和右角。左、右角平均值之和,應(yīng)等于 360°,其誤差值不大于測(cè)角中誤差的 2倍,且水平角在觀測(cè)過(guò)程中,氣泡中心位置偏離誤差不大于 20"。①何曉輝:《地鐵地面精密導(dǎo)線測(cè)量》,載《隧道建設(shè)》2008年第 3期。

2.2 邊長(zhǎng)測(cè)量

邊長(zhǎng)往返丈量的相對(duì)中誤差一般不得超過(guò) 1/5000,在特殊困難地區(qū)也不得超過(guò) 1/4000,且必須進(jìn)行溫度﹑氣壓等氣象改正,同時(shí)還需進(jìn)行加、乘常數(shù)的改正。②王建華,楊海平:《新型導(dǎo)線在水電工程測(cè)量中的應(yīng)用》,載《測(cè)繪通報(bào)》2005年第 10期。

2.3 測(cè)量結(jié)果

由于施工現(xiàn)場(chǎng)由于拆遷未動(dòng),樹木生長(zhǎng),道路車流量大,施工圍擋等諸多因素影響,雖然給導(dǎo)線測(cè)量難度較大,但通過(guò)嚴(yán)格要求和細(xì)心地工作,測(cè)量結(jié)果見表 2,測(cè)量結(jié)果完全滿足規(guī)范要求。

表 2 導(dǎo)線測(cè)量結(jié)果

3 導(dǎo)線平差計(jì)算

外業(yè)觀測(cè)完導(dǎo)線網(wǎng)之后,便是進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算,即進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)平差和導(dǎo)線控制點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算。計(jì)算前要檢查外業(yè)記錄,以確保計(jì)算用的原始資料正確無(wú)誤,為計(jì)算方便,可繪制草圖注明觀測(cè)數(shù)據(jù)。

3.1 簡(jiǎn)單的導(dǎo)線平差計(jì)算

簡(jiǎn)單的導(dǎo)線平差是常用的簡(jiǎn)單的平差方法,其步驟如下:(1)將實(shí)測(cè)的導(dǎo)線方位角閉合差進(jìn)行簡(jiǎn)易平差,即將角度閉合差平均分配到該導(dǎo)線的各導(dǎo)線角內(nèi);(2)按平差后的導(dǎo)線角,計(jì)算該段導(dǎo)線的各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo),求出坐標(biāo)閉合差;(3)根據(jù)該段導(dǎo)線各邊的邊長(zhǎng)按比例分配坐標(biāo)閉合差,得到各點(diǎn)調(diào)整后的坐標(biāo)值。

該方法計(jì)算簡(jiǎn)單快捷,但是權(quán)重設(shè)定不能結(jié)合實(shí)際的測(cè)量項(xiàng)目確定,存在一定的局限性,導(dǎo)致控制網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高,因此,在該項(xiàng)目中采取坐標(biāo)嚴(yán)密平差的方法進(jìn)行平差。

3.2 坐標(biāo)嚴(yán)密平差

坐標(biāo)嚴(yán)密平差屬于間接平差的一種,以待定點(diǎn)的坐標(biāo)平差值作為未知數(shù),根據(jù)全站儀的實(shí)測(cè)坐標(biāo),將其作為待定點(diǎn)的近似坐標(biāo),得到角誤差方程式與邊誤差方程式,再合理地確定其權(quán)重,組成法方程,通過(guò)平差就直接得到了各待定點(diǎn)的坐標(biāo)平差值。①劉蘇,賀春暉:《公路導(dǎo)線控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理的算法研究》,載《交通與計(jì)算機(jī)》2004年第 1期。

角誤差方程為:

邊誤差方程為:

測(cè)角誤差是引起觀測(cè)方向上橫向誤差的因素,而測(cè)邊誤差是引起觀測(cè)方向上縱向誤差的因素,這兩種誤差都使網(wǎng)形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。如果二者引起的變形影響一樣,則說(shuō)明邊長(zhǎng)和角的權(quán)相等,否則就不等。根據(jù)以上分析,導(dǎo)線網(wǎng)中邊角權(quán)的確定可將邊長(zhǎng)觀測(cè)虛擬成方向觀測(cè)定權(quán),應(yīng)用全站儀觀測(cè)的導(dǎo)線,按如下方法確定權(quán)。

(1)導(dǎo)線所有的轉(zhuǎn)折角因測(cè)量的測(cè)回?cái)?shù)相等,按等權(quán)對(duì)待,并設(shè)角度觀測(cè)中誤差為單位權(quán)中誤差,即 μ0=mβ,則 p=1。

(2)導(dǎo)線邊的觀測(cè),因各邊長(zhǎng)不等,則各邊長(zhǎng)觀測(cè)精度不等,可以根據(jù)全站儀的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)距精度求出每條邊的測(cè)距中誤差 mD。邊長(zhǎng)觀測(cè)相當(dāng)于在其垂直方向上進(jìn)行方向觀測(cè),則虛擬方向觀測(cè)的中誤差為根據(jù)邊長(zhǎng)觀測(cè)的權(quán)與虛擬方向觀測(cè)的權(quán)相等的原則,按權(quán)的定義公式,即可確定每一條邊的權(quán)值。

3.3 導(dǎo)線平差結(jié)果

運(yùn)用南方平差易計(jì)算,平差結(jié)果符合要求,第一條導(dǎo)線的最弱點(diǎn)為 JBM4,第二條導(dǎo)線的最弱點(diǎn)為D14-1,第三條導(dǎo)線的最弱點(diǎn)為 C2-1(見表 3)。

表 3 導(dǎo)線平差結(jié)果

經(jīng)檢核,外業(yè)結(jié)果滿足規(guī)范要求,經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算平差,測(cè)量結(jié)果滿足規(guī)范精度要求,因此,最后計(jì)算得到的導(dǎo)線控制點(diǎn)的坐標(biāo)經(jīng)報(bào)監(jiān)理及相關(guān)部門,可以作為以后施工的依據(jù)。但需注意,由于施工及環(huán)境的影響,需要定時(shí)定期測(cè)量導(dǎo)線網(wǎng),以監(jiān)控其是否發(fā)生變形,以保證工程的質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)布設(shè)的兩期、三條附合導(dǎo)線能相互檢查,相互校核,更好地保證了加密控制點(diǎn)的精度。該布網(wǎng)形式可推廣到多個(gè)導(dǎo)線點(diǎn),適合于地形復(fù)雜的城市交通改造工程,特別適合工期緊,房屋拆遷、各種管線改遷與路橋施工同時(shí)進(jìn)行的工程,保證了經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性。

(2)全站儀導(dǎo)線獲取的觀測(cè)值是支導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo),該坐標(biāo)是直接利用含有誤差的角度觀測(cè)值與邊長(zhǎng)觀測(cè)值由儀器自身的計(jì)算功能算出的。因此,本文采用導(dǎo)線的嚴(yán)密坐標(biāo)平差綜合考慮了角度觀測(cè)誤差與邊長(zhǎng)觀測(cè)誤差兩項(xiàng),運(yùn)用南方平差易軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并與手工計(jì)算結(jié)合,得到滿意的結(jié)果。

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