GPS‐RTK技術(shù)在巖土地區(qū)超高邊坡施工放樣中的應(yīng)用研究

吳蘇倫 岳崇倫

（廣州城建職業(yè)學(xué)院， 廣東 廣州 510925）

1 工程概況

鄧村車輛段選址地塊現(xiàn)狀為林地、山地，地勢起伏較大，東、南、北、三面環(huán)山，選址現(xiàn)狀標(biāo)高為+35.4m～+150m。邊坡工程高程為52～128m，西、南坡面高差80m，邊坡總長約為596m，最高處邊坡共九級，安全等級為1級。從BP1～BP15段坡的錨孔測放頂排水溝及上級坡面先施工、再施工BP16～BP19段?？傮w的邊坡施工原則采用邊挖邊加固，即開挖一級，防護一級，不得一次開挖到底。支護高度達(dá)80m，屬于超高邊坡支護工程，技術(shù)難度高，周期長。

2 關(guān)鍵技術(shù)簡介

高邊坡開挖、刷坡、加固，打錨桿，每道施工工序必須放樣。由于該車輛段面積比較大，高邊坡高度大，所以使用全站儀坐標(biāo)放樣難度大、效率低、勞動強度大。該車輛段為了提高工作效率，打破常規(guī)全站儀坐標(biāo)放樣方法，高邊坡施工放樣方法主要采用GPS-RTK測量技術(shù)。GPS-RTK定位精度:平面:±1cm+ 1ppm;高程:±2cm+1ppm。

3 理論分析

3.1 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

基準(zhǔn)站上安置的接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備（也稱數(shù)據(jù)鏈），實時地發(fā)送給用戶觀測站（流動站）；在用戶觀測站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度，其定位精度可達(dá)1cm~2cm。

圖1 GPS-RTK技術(shù)的工作原理圖

3.2 施工測量要求

3.2.1 儀器情況

南方測繪GPS銀河1系統(tǒng)兩套。RTK定位精度: 平面: ± 1cm+ 1ppm; 高程:±2cm+1ppm。

3.2.2 作業(yè)流程

GPS-RTK技術(shù)測量作業(yè)的效率以及效果，在實際運用GPS-RTK技術(shù)進行工程測量時，需要遵循一定的作業(yè)流程。

圖2 GPS-RTK技術(shù)測量作業(yè)流程圖

4 施工測量數(shù)據(jù)比較

4.1 比較實驗的目的

高邊坡工程應(yīng)用全站儀、GPS定位儀器測設(shè)已知10個點比較效率、成本、精度等。

4.2 比較實驗要求：

以廣州地鐵14號線鄧村車輛段巖土高邊坡工程施工測量為例，測區(qū)已知十個點的本地坐標(biāo)，其坐標(biāo)橢球為“北京-54”橢球，坐標(biāo)系為廣州坐標(biāo)系，中央子午線為本測區(qū)中央子午線（114：00）。已知本地施工坐標(biāo)，典型高邊坡刷坡、錨桿和錨索設(shè)計坐標(biāo)見表1和表2。

表1 施工放線測量記錄1

表2 施工放線測量記錄2

4.3 實驗使用設(shè)備、人員、時間對比

如表3使用全站儀主要投入測量設(shè)備，表4使用GPS投入的主要設(shè)備，表5全站儀坐標(biāo)、GPS-RTK放樣的測量人員比較，表6兩種儀器設(shè)備放樣時間對比。

表3 使用全站儀主要投入測量設(shè)備

表4 使用GPS投入的主要設(shè)備

表5 全站儀坐標(biāo)、GPS-RTK放樣的測量人員比較

表6 兩種儀器設(shè)備放樣時間對比

4.4 兩種儀器放樣精度比較

根據(jù)全站儀坐標(biāo)放樣和GPS-RTK放樣數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)的對比，得出成果如表7和表8所示:

表7 全站儀坐標(biāo)放樣數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)對比表

表8 GPS-RTK放樣數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)對比表

4.5 比較實驗總結(jié)

4.5.1 成本投入總結(jié)

根據(jù)表3、表4，可以分析出表明GPS-RTK放樣技術(shù)投入設(shè)備比全站儀坐標(biāo)放樣投入設(shè)備少，節(jié)約了43.8%的設(shè)備投入費用；根據(jù)表5對比，表明GPS-RTK放樣技術(shù)比全站儀坐標(biāo)放樣技術(shù)人員投入小，節(jié)約75%的人工費；根據(jù)表6對比，表明GPS-RTK放樣技術(shù)比全站儀坐標(biāo)放樣技術(shù)效率高，提高75.7%的工作效率。所以，GPS-RTK測量技術(shù)效率高，成本低。

4.5.2 兩種儀器設(shè)備的精度總結(jié)

本次高邊坡放樣共10個點，施工合理，檢核條件嚴(yán)謹(jǐn)，經(jīng)過對設(shè)計數(shù)據(jù)與放樣數(shù)據(jù)的比較，全站儀坐標(biāo)放樣和GPS-RTK放樣都符合工程測量規(guī)范和施工設(shè)計要求。最終結(jié)果，經(jīng)過對表7和表8進行對比分析，全站儀坐標(biāo)放樣數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)最大誤差為 2.0cm，最小誤差為 0.5cm；GPS-RTK放樣數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)最大誤差為3.0，最小誤差為1.0cm；總之，雖然GPS-RTK放樣沒有全站儀施工放樣精度高，但是均在設(shè)計要求的 5cm以內(nèi)，完全滿足建筑施工項目的需要。

5 總結(jié)

該研究以廣州地鐵 14號線鄧村車輛段巖土高邊坡工程施工測量為例，運用GPS-RTK技術(shù)對高邊坡放樣測量工作進行解析，探討GPS-RTK在邊坡支護工程邊坡點放樣測量中的應(yīng)用優(yōu)勢。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析，最大平面較差為2cm，因此，認(rèn)為GPS-RTK測量成果質(zhì)量可信。

5.1 GPS-RTK測量技術(shù)總結(jié)

（1）測站間無需通視。

（2）定位精度高，沒有誤差積累。

（3）操作簡便，測量范圍廣。

（4）作業(yè)成本低。

5.2 使用中需要注意克服問題

（1）注意克服穩(wěn)定性問題：由于受軌道誤差、鐘差、電離層折射和對流層折射、衛(wèi)星和天氣的狀況、數(shù)據(jù)鏈的鏈接狀況以及人為等因素的影響，應(yīng)用GPS-RTK測量的穩(wěn)定性一般不如傳統(tǒng)的測量儀器。因此，在RTK實時定位的時候，要盡量避免人為因素，如:作業(yè)半徑不要過大，測量時水準(zhǔn)氣泡要嚴(yán)密居中、對中桿保持垂直，每次觀測時間不應(yīng)太短，一般以5s鐘為宜等。除此之外，每次測量或者放樣前，應(yīng)采用已知點校核，對比實測坐標(biāo)和理論坐標(biāo)，復(fù)核精度后，再對前一次RTK測量或放樣點復(fù)核，確認(rèn)無誤后方可進行本次作業(yè)。

5.3 使用范圍及推廣前景

目前 RTK作業(yè)技術(shù)在工程施工測量過程中已起到了很大的作用，一般的工程測量，已完全可以取代全站儀而進行構(gòu)筑物的準(zhǔn)確定位。但在高精度的工程施工中，如目前高速鐵路客運專線， RTK技術(shù)在墩臺身以及橋梁上部構(gòu)造的平面定位和高程定位、路基的沉降觀測、無砟軌道板的精調(diào)等方面還達(dá)不到規(guī)范要求的精度。在隧道的洞內(nèi)控制測量和施工放樣中，還需要運用全站儀跟水準(zhǔn)儀。另外，在崇山峻嶺中，特別是植被非常茂盛的地方，RTK由于受到高大山體和樹木的影響，衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈的傳輸嚴(yán)重減弱，不僅作業(yè)半徑變小，測量精度也保證不了，這在工程實踐中已有證明。如在廣從高速公路施工過程中，由于高大山體和樹木的影響，采用南方測繪GPS銀河1系統(tǒng)實時放樣，作業(yè)半徑達(dá)不到2km，有些地方甚至1km的作業(yè)半徑也達(dá)不到，而且RTK測量一直都是浮動解，無法得到固定解。這種情況下，采用RTK技術(shù)已沒有了它的優(yōu)越性。因此，在施工過程中，要將 RTK技術(shù)、傳統(tǒng)的測量技術(shù)綜合應(yīng)用，保證施工精度。

[1]周建鄭.GPS測量定位技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]朱強.GPSRTK在工程施工放樣中的應(yīng)用研究[J].吉林水利，2009,(11):32-35.

[3]孫學(xué)延. GPS RTK 在施工放線中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2011,(3):46-47.