建立千萬(wàn)噸級(jí)石化裝置大區(qū)域高精度建筑方格網(wǎng)樁

牛根良

(中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司勘察事業(yè)部，062552)

一、引 言

伴隨華北石化公司廠區(qū)改、擴(kuò)建，自20世紀(jì)80年代開始，陸續(xù)布設(shè)了多批次的建筑網(wǎng)樁，隨即也受到了不同程度的損害，所剩無(wú)幾。僅存控制點(diǎn)平面坐標(biāo)采用1954北京坐標(biāo)系，中央子午線為117°，6°投影分帶，投影變形相對(duì)較大，無(wú)法滿足建設(shè)需要。為了保障華北石化公司后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目的順利開展，需要建立一套基于地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的建筑方格網(wǎng)樁，中央子午線經(jīng)度為116°06'，3°投影分帶，其變形較小，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，投影面采用測(cè)區(qū)平均高程面。

依據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026—2007)規(guī)定，測(cè)區(qū)面積大于1 km2應(yīng)建立Ⅰ級(jí)建筑網(wǎng)樁，測(cè)區(qū)面積小于1 km2建立Ⅱ級(jí)建筑網(wǎng)樁，建筑網(wǎng)樁點(diǎn)間隔在100～300m之間。測(cè)區(qū)總面積近4 km2，分成南、北兩個(gè)部分，兩者相距 6 km，北部測(cè)區(qū)面積為3．5 km2，建立了Ⅰ級(jí)建筑網(wǎng)樁;南部測(cè)區(qū)面積為0．5 km2，建立了Ⅱ級(jí)建筑網(wǎng)樁。北部測(cè)區(qū)共施測(cè)42個(gè)建筑方格網(wǎng)樁，其中鋼釘22個(gè)，水泥石樁20個(gè);南部測(cè)區(qū)共施測(cè)15個(gè)建筑方格網(wǎng)樁，其中鋼釘6個(gè)，水泥石樁9個(gè)。

二、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

本次大規(guī)模高密度建筑網(wǎng)樁施測(cè)所依據(jù)的規(guī)范主要有4個(gè)：①《工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50026—2007);②《油氣田工程測(cè)量規(guī)范》(GB/T 50537—2009);③《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 18314—2009);④《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 12898—2009)。

《工程測(cè)量規(guī)范》和《油氣田工程測(cè)量規(guī)范》在精度指標(biāo)與施測(cè)方法等方面說(shuō)法不一，其中《工程測(cè)量規(guī)范》為國(guó)家通用強(qiáng)制使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，最為嚴(yán)格，必須遵照?qǐng)?zhí)行，其作業(yè)方法相對(duì)保守，采用本規(guī)范的目的在于主要控制好本次建筑網(wǎng)樁的各項(xiàng)硬性精度指標(biāo);《油氣田工程測(cè)量規(guī)范》也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)推薦使用標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)方法相對(duì)靈活，采用本規(guī)范的目的在于為完成本次建筑網(wǎng)樁所采取的靈活多變的軟性作業(yè)方式。在建筑網(wǎng)樁施測(cè)過(guò)程中應(yīng)從不同側(cè)面上分別對(duì)待和使用。

三、測(cè)區(qū)坐標(biāo)高程系統(tǒng)精度分析與轉(zhuǎn)化

1．測(cè)區(qū)現(xiàn)存的系統(tǒng)與基準(zhǔn)

目前測(cè)區(qū)分布著5套平面坐標(biāo)系統(tǒng)及2套高程系統(tǒng)，見表1。

表1 測(cè)區(qū)系統(tǒng)與基準(zhǔn)

原有系統(tǒng)與基準(zhǔn)之間自身就存在著銜接混亂的現(xiàn)象，建筑網(wǎng)樁之間發(fā)生了多級(jí)分支，整體精度衰減很快，發(fā)展到現(xiàn)階段，已經(jīng)無(wú)法再派生下去。原有建筑網(wǎng)樁也沒有得到更好地保護(hù)，絕大部分樁位已經(jīng)不復(fù)存在，現(xiàn)存點(diǎn)位精度、等級(jí)、數(shù)量根本無(wú)法滿足測(cè)區(qū)整體建筑控制網(wǎng)樁施測(cè)需要，更無(wú)法滿足后續(xù)改、擴(kuò)建工程的需要。

2．坐標(biāo)間轉(zhuǎn)化

基于建筑網(wǎng)樁等級(jí)與精度需要，以及后期施工統(tǒng)一系統(tǒng)的需要，受測(cè)區(qū)原有建筑網(wǎng)樁點(diǎn)位稀少因素的影響，本次建筑網(wǎng)樁設(shè)計(jì)點(diǎn)位放樣測(cè)量，采用地方獨(dú)立坐標(biāo)系為起算標(biāo)準(zhǔn);后期點(diǎn)位改正后，通過(guò)幾何換算關(guān)系，恢復(fù)點(diǎn)位在原坐標(biāo)系下的建筑坐標(biāo)。

3．坐標(biāo)間轉(zhuǎn)化精度分析

利用規(guī)劃用圖解析出建筑網(wǎng)樁點(diǎn)位的建筑坐標(biāo)(A，B)，利用給出固定轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算出1954北京坐標(biāo)。鑒于原有國(guó)家控制三角點(diǎn)缺失，現(xiàn)有點(diǎn)位精度低且周圍建筑物遮擋，無(wú)法利用1954北京坐標(biāo)系進(jìn)行實(shí)地放樣點(diǎn)位。為了便于放樣，按照一定關(guān)系轉(zhuǎn)換至地方獨(dú)立坐標(biāo)系，再利用GPSRTK進(jìn)行實(shí)地放樣建筑網(wǎng)樁點(diǎn)位。經(jīng)過(guò)若干次坐標(biāo)變換，累積了大量偶然誤差與系統(tǒng)誤差，后期施測(cè)時(shí)必須消除各種累計(jì)誤差。

四、作業(yè)實(shí)施

1．圖上設(shè)計(jì)

依據(jù)測(cè)區(qū)電子版規(guī)劃用圖，根據(jù)建筑軸線進(jìn)行了圖上設(shè)計(jì)，或平行或垂直。為了便于后期使用與保存，點(diǎn)位主要布設(shè)在廠區(qū)規(guī)劃路兩側(cè)或中心。另外結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

2．預(yù)制水泥(砼樁)及制作鋼釘

根據(jù)測(cè)區(qū)建筑網(wǎng)樁特殊要求要求，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制作了符合規(guī)格的水泥石樁及鋼釘，滿足了施工需要。

3．放樣與埋石

1)測(cè)區(qū)新區(qū)建筑網(wǎng)樁水泥石樁依據(jù)圖上設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用GPS RTK進(jìn)行實(shí)地選點(diǎn)、定點(diǎn)、修改、放樣，點(diǎn)位標(biāo)定下來(lái)后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開挖并埋石，做好第一次臨時(shí)標(biāo)志。如圖1所示。

圖1 中心樁與埋石

2)測(cè)區(qū)主廠區(qū)內(nèi)建筑網(wǎng)樁鋼釘布設(shè)在場(chǎng)內(nèi)已有水泥路上，水泥路穩(wěn)定且堅(jiān)固，利用GPSRTK進(jìn)行實(shí)地放樣與定點(diǎn)，利用電鉆直接將鋼釘貫入至水泥路面上。

4．沉降與穩(wěn)定

石樁埋設(shè)完畢后，經(jīng)過(guò)6個(gè)月(至少一個(gè)雨季)自然沉降，到坐標(biāo)改正前石樁已經(jīng)很穩(wěn)定了。鋼釘設(shè)置在已有水泥路上，不存在沉降問(wèn)題。

5．常規(guī)測(cè)量

(1)鋼釘測(cè)量

由于鋼釘直接貫入水泥路上，不需要沉降與穩(wěn)定，也不需要進(jìn)行點(diǎn)位改正，直接利用GPS或常規(guī)方法進(jìn)行聯(lián)測(cè)、計(jì)算、平差即可，各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

(2)石樁改正測(cè)量

經(jīng)過(guò)沉降穩(wěn)定后，建筑網(wǎng)樁點(diǎn)位坐標(biāo)改正前，利用TCA2003測(cè)量機(jī)器人(測(cè)角精度±0．5″)，進(jìn)行了全方位角度、距離測(cè)量。

1)對(duì)所有石樁第一次臨時(shí)點(diǎn)位進(jìn)行常規(guī)“四邊形”邊角網(wǎng)測(cè)量。

2)測(cè)量方法采用“三聯(lián)架固定法”，網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)采用全圓方向觀測(cè)法，測(cè)角兩測(cè)回;距離往返觀測(cè)各一測(cè)回，各項(xiàng)誤差控制在誤差范圍內(nèi)。方向觀測(cè)以正倒鏡投影取中數(shù)確定，測(cè)距為水平距離，加入地表傾斜、溫度、氣壓、儀器常數(shù)改正(采用通風(fēng)干濕溫度計(jì)、采用高原型空盒氣壓計(jì))。

(3)精度評(píng)定

測(cè)角中誤差 mβ= ±4．02″，點(diǎn)位中誤差 mS=±2．56mm，平均測(cè)距相對(duì)中誤差：1/f=1/90 000，最小值為1/32 000，最大值為1/260 000，滿足I級(jí)建筑網(wǎng)樁要求。

(4)復(fù) 測(cè)

對(duì)所有第二次臨時(shí)點(diǎn)位進(jìn)行全面復(fù)測(cè)，測(cè)角兩測(cè)回;距離往返觀測(cè)各一測(cè)回，各項(xiàng)誤差控制在誤差范圍內(nèi)，復(fù)查結(jié)果滿足規(guī)范要求。

(5)點(diǎn)位改正

依據(jù)第二次臨時(shí)點(diǎn)位，利用手鉆進(jìn)行鋼板鉆孔，同時(shí)利用儀器指揮，小孔直徑3 mm，小孔深5mm，鉆出符合標(biāo)準(zhǔn)的小孔，確定為最終點(diǎn)位(如圖2所示)。

圖2 3次臨時(shí)點(diǎn)位標(biāo)識(shí)

(6)GPS聯(lián)測(cè)

采用GPS進(jìn)行整體平面控制測(cè)量，測(cè)量等級(jí)為工程四等，測(cè)量作業(yè)過(guò)程滿足四等GPS施測(cè)要求。

(7)Ⅳ等水準(zhǔn)測(cè)量

利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行了Ⅳ等幾何水準(zhǔn)測(cè)量，形成閉合水準(zhǔn)網(wǎng)，進(jìn)行平差解算，求解高程，高程閉合差均小于規(guī)范要求，滿足IV等水準(zhǔn)精度要求。

(8)抽 檢

利用TCA2003測(cè)量機(jī)器人(測(cè)角精度 ±0．5″)，進(jìn)行了全方位角度、距離檢查，抽檢結(jié)果如下：

測(cè)角中誤差 mβ= ±4．38″，點(diǎn)位中誤差 mS=±2．20mm，平均測(cè)距相對(duì)中誤差：1/f=1/100 000，最小值為1/46000，最大值為1/260 000，滿足I級(jí)建筑網(wǎng)樁要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

1．確定坐標(biāo)系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)

整體控制實(shí)施前，必須理清覆蓋測(cè)區(qū)所有的基準(zhǔn)與系統(tǒng)，必須精準(zhǔn)地確定測(cè)區(qū)未來(lái)的坐標(biāo)系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)?；跍y(cè)區(qū)較多的坐標(biāo)系與高程基準(zhǔn)，在最短時(shí)間內(nèi)清理了各自坐標(biāo)系統(tǒng)的參考橢球、參考水準(zhǔn)面、歸化改正、變形量等一系列測(cè)量參數(shù)，準(zhǔn)確判斷出未來(lái)施測(cè)的建筑網(wǎng)樁所參考的系統(tǒng)與基準(zhǔn)，保持新舊轉(zhuǎn)化關(guān)系，保持系統(tǒng)與基準(zhǔn)各自的延續(xù)性，保持最佳變形量。

2．具備作業(yè)條件

本次建筑網(wǎng)樁施測(cè)場(chǎng)地包括已有廠區(qū)擴(kuò)建區(qū)、新建開發(fā)區(qū)兩大作業(yè)區(qū)，已有廠區(qū)擴(kuò)建區(qū)條件相對(duì)較好，依托現(xiàn)有廠區(qū)水泥路，布置建筑網(wǎng)樁點(diǎn)，采用鋼釘貫入。新建開發(fā)區(qū)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)樹木林立、管線縱橫、溝壑交叉、亂挖與亂掘，場(chǎng)地尚未平整，不具備作業(yè)條件。為了滿足工期需要，采用GPSRTK法把建筑網(wǎng)樁網(wǎng)樁點(diǎn)放樣到實(shí)地中去。但是在后期依據(jù)常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行點(diǎn)位改正時(shí)，經(jīng)常不滿足通視條件，給距離歸化、點(diǎn)位改正帶來(lái)諸多不便。

3．固定原則

建筑網(wǎng)樁測(cè)量屬于精細(xì)測(cè)量范疇，必須滿足固定儀器設(shè)備、固定作業(yè)人員、固定作業(yè)條件、固定作業(yè)參數(shù)、固定作業(yè)線路等條件。固定儀器設(shè)備是保證建筑網(wǎng)樁精度高度統(tǒng)一的基礎(chǔ)。本次建筑網(wǎng)樁實(shí)地放樣前，做了不同儀器放樣比對(duì)實(shí)驗(yàn)，采用不同儀器放樣，所施測(cè)點(diǎn)位精度不同，誤差大小不一，因此同一測(cè)區(qū)必須同一類型的作業(yè)儀器。固定作業(yè)人員是保證建筑網(wǎng)樁精度高度統(tǒng)一的保障。本次建筑網(wǎng)樁實(shí)地作業(yè)過(guò)程中，自始至終是同一組作業(yè)人員，原因在于不同的作業(yè)人員作業(yè)水平有高低、觀測(cè)方法有區(qū)別，解算過(guò)程有粗細(xì)，會(huì)造成精度指標(biāo)不同。固定作業(yè)條件、固定作業(yè)參數(shù)、固定作業(yè)線路是保證建筑網(wǎng)樁精度高度統(tǒng)一的必要條件。

4．嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)計(jì)劃

建筑網(wǎng)樁作業(yè)過(guò)程是一個(gè)漫長(zhǎng)細(xì)致的過(guò)程，不是一蹴而就的。本次作業(yè)時(shí)間從2010年冬季，跨越2011年春季、夏季、秋季，再到2011冬季，水泥石樁經(jīng)歷了埋設(shè)、沉降、穩(wěn)定的階段，整整一周年的時(shí)間，耗費(fèi)了人力、物力。為了避免錯(cuò)誤與誤差累積，嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)計(jì)劃與作業(yè)流程，避免施測(cè)過(guò)程出現(xiàn)人為偏差。

5．理解規(guī)范內(nèi)容

由于建筑網(wǎng)樁施測(cè)過(guò)程復(fù)雜而煩瑣，細(xì)致且精度要求很高，現(xiàn)有規(guī)范中，均給出了精度等級(jí)、作業(yè)流程、作業(yè)方法，未對(duì)作業(yè)過(guò)程及細(xì)節(jié)再做進(jìn)一步描述。通過(guò)本次大規(guī)模、高密度、高精度建筑網(wǎng)樁施測(cè)，進(jìn)一步豐富了規(guī)范有關(guān)條款的內(nèi)容，而對(duì)規(guī)范條款的理解應(yīng)該是系統(tǒng)性的，而非片面的，不能太過(guò)教條。

[1]GB/T 50537—2009油氣田工程測(cè)量規(guī)范[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010．

[2]GB50026—2007工程測(cè)量規(guī)范[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010．