山區(qū)高速公路施工控制測(cè)量技術(shù)研究

劉紀(jì)光

摘 要： 在進(jìn)行坐標(biāo)系的初步建立的過(guò)程中，需要結(jié)合不同的數(shù)據(jù)，對(duì)其平面進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控制，然后做好控制網(wǎng)的相關(guān)布設(shè)工作，讓GPS技術(shù)能夠在控制測(cè)量中得到全方位的應(yīng)用，最終達(dá)到良好的測(cè)量效果。

關(guān)鍵詞： 山區(qū)高速公路;工程獨(dú)立坐標(biāo)系;GPS控制網(wǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】U412.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）08-0044-01

引言：山區(qū)高速公路具有路線(xiàn)長(zhǎng)、地形起伏大、通視條件差、橋隧占比大和施工精度要求高等突出特點(diǎn)，其施工控制測(cè)量難度顯著增大。開(kāi)展工程獨(dú)立坐標(biāo)系、控制網(wǎng)必要精度、選點(diǎn)布網(wǎng)、外業(yè)觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)研究。

1 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

在進(jìn)行平面控制測(cè)量之前，首先應(yīng)確定其平面直角坐標(biāo)系，以保證測(cè)區(qū)內(nèi)投影長(zhǎng)度變形值小于2.5cm/km。在海拔高度小于160m的平坦地區(qū)，由于高程歸化引起的長(zhǎng)度變形值小于2.5cm/km，所以控制網(wǎng)長(zhǎng)度變形只需考慮高斯正形投影就可以了。但在山嶺重丘區(qū)，由于地形起伏較大，海拔較高，不僅高斯正形投影引起的長(zhǎng)度變形可能會(huì)超限，而且高程歸化引起的長(zhǎng)度變形也會(huì)超限，因此在山區(qū)進(jìn)行控制測(cè)量，選擇適宜的坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于提高勘測(cè)成果精度，減少繁瑣的數(shù)據(jù)計(jì)算，顯得尤為重要。根據(jù)規(guī)范要求和山區(qū)特點(diǎn)，結(jié)合山區(qū)經(jīng)緯度、平均高程等因素，按照下列方法選擇坐標(biāo)系：1）當(dāng)勘測(cè)路線(xiàn)距離國(guó)家統(tǒng)一的3°帶中央子午線(xiàn)較近時(shí)，可建立投影于抵償高程面上的高斯正形投影3°帶平面直角坐標(biāo)系。2）當(dāng)勘測(cè)路線(xiàn)偏離國(guó)家統(tǒng)一的3°帶中央子午線(xiàn)較遠(yuǎn)時(shí)，可采用：①投影于抵償高程面上的高斯正形投影任意帶平面直角坐標(biāo)系。②投影于參考橢球面上的高斯正形投影任意帶平面直角坐標(biāo)系。③當(dāng)采用一個(gè)投影帶不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可分為幾個(gè)投影帶，但投影分帶位置不能選擇在大型構(gòu)造物處。

2 平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是將坐標(biāo)投影長(zhǎng)度變形值控制在合理的范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足工程施工的精度要求?！豆房睖y(cè)規(guī)范》（JTGC10-2007）規(guī)定：選擇路線(xiàn)平面控制測(cè)量坐標(biāo)系時(shí)，應(yīng)使測(cè)區(qū)內(nèi)投影長(zhǎng)度變形值不大于2.5cm/km，且大型構(gòu)造物的投影長(zhǎng)度變形值不應(yīng)大于1.0cm/km。大型構(gòu)造物可界定為多孔跨徑總長(zhǎng)大于500m或者單孔跨徑大于150m的大橋、特大橋，以及長(zhǎng)度大于3000m的隧道。高速公路路線(xiàn)比較長(zhǎng)，東西方向跨度較大，國(guó)家坐標(biāo)系或城市坐標(biāo)系通常不能滿(mǎn)足工程建設(shè)對(duì)投影長(zhǎng)度變形的限制要求。一般而言，當(dāng)整個(gè)線(xiàn)路在東西方向上偏離國(guó)家坐標(biāo)系3°（或6°）帶中央子午線(xiàn)或某城市獨(dú)立坐標(biāo)系的中央子午線(xiàn)超過(guò)了50km時(shí)，須建立線(xiàn)路獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)山區(qū)高速公路而言，沿線(xiàn)地形起伏大，路面設(shè)計(jì)標(biāo)高差異大，大型橋梁、隧道精度要求高，獨(dú)立坐標(biāo)系的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，很可能需要建立多個(gè)基于高斯投影的獨(dú)立坐標(biāo)系才能滿(mǎn)足投影變形的要求，或者需采用斜軸墨卡托投影處理方法建立統(tǒng)一的獨(dú)立坐標(biāo)系。在我國(guó)公路工程測(cè)量實(shí)踐中，目前主要采用任意帶任意投影面的高斯投影抵償坐標(biāo)系統(tǒng)。山區(qū)高速公路工程獨(dú)立坐標(biāo)系的設(shè)計(jì)方法歸結(jié)為中央子午線(xiàn)和抵償高程面的確定，一般可首先選定工程中心處的子午線(xiàn)作為中央子午線(xiàn)，選取公路路面平均高程作為坐標(biāo)投影面，并進(jìn)行投影長(zhǎng)度變形計(jì)算和分析，然后根據(jù)公路測(cè)區(qū)總體殘余投影變形及大型構(gòu)造物投影變形值的大小，適當(dāng)調(diào)整中央子午線(xiàn)的位置和投影面的高度，使測(cè)區(qū)及大型構(gòu)造物的殘余投影變形值達(dá)到最小。

2.2 精度設(shè)計(jì)

高速公路施工控制網(wǎng)的精度等級(jí)主要根據(jù)工程結(jié)構(gòu)施工精度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTGC10-2007）規(guī)定了不同等級(jí)路基、橋梁、隧道的控制測(cè)量精度等級(jí)。山區(qū)高速公路中橋隧占比大，控制測(cè)量等級(jí)要求高，而路基施工精度要求較低，因此，全線(xiàn)施工控制網(wǎng)由多種不同精度等級(jí)的局部控制網(wǎng)交替組成，相鄰局部網(wǎng)之間的精度等級(jí)可能相差1～3個(gè)級(jí)別。平面控制網(wǎng)宜按照“整體控制，分級(jí)布網(wǎng)”的原則分兩級(jí)布設(shè)，即先布設(shè)全線(xiàn)首級(jí)控制網(wǎng)，再以首級(jí)控制網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)不同精度等級(jí)的施工控制網(wǎng)。施工控制網(wǎng)的精度等級(jí)系根據(jù)構(gòu)造物的規(guī)模及其復(fù)雜程度、施工精度要求選定。原則上首級(jí)控制網(wǎng)的精度等級(jí)應(yīng)高于施工控制網(wǎng)的最高等級(jí)，但實(shí)際工作中，首級(jí)控制網(wǎng)也可采用施工控制網(wǎng)的最高等級(jí)施測(cè)。

2.3 選點(diǎn)布網(wǎng)設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路工程首級(jí)平面控制點(diǎn)可每隔5～10km沿線(xiàn)路中線(xiàn)兩側(cè)交叉布設(shè)?？紤]到次級(jí)施工控制網(wǎng)一般采用GNSS測(cè)量方法施測(cè)，因此無(wú)需按傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)方式布網(wǎng)，只需按單點(diǎn)布設(shè)，可以節(jié)省將近一半的測(cè)量工作量。首級(jí)控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在穩(wěn)定可靠的地基或結(jié)構(gòu)上，并采取加固措施埋設(shè)標(biāo)石，確保其在工程建設(shè)期間安全、穩(wěn)定，以保持建設(shè)期間全線(xiàn)控制測(cè)量基準(zhǔn)的穩(wěn)定性和精確性。施工控制點(diǎn)點(diǎn)位的選擇應(yīng)分別符合橋梁、隧道或路線(xiàn)控制網(wǎng)選點(diǎn)的相應(yīng)要求。

2.4 觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

各等級(jí)平面控制網(wǎng)一般采用GNSS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行觀測(cè)。在山區(qū)高速公路GNSS控制網(wǎng)觀測(cè)中，衛(wèi)星信號(hào)受山體和樹(shù)木遮擋嚴(yán)重，需要適當(dāng)延長(zhǎng)GNSS觀測(cè)時(shí)間。尤其是三、四等網(wǎng)觀測(cè)的時(shí)段長(zhǎng)度比規(guī)范規(guī)定的最短觀測(cè)時(shí)間大致需要延長(zhǎng)30～50%左右，主要原因是三、四等點(diǎn)的位置選擇受限造成其觀測(cè)環(huán)境比首級(jí)控制點(diǎn)更差。

2.5 數(shù)據(jù)處理方法

第一步，進(jìn)行首級(jí)GNSS控制網(wǎng)平差。平差前，應(yīng)將已知點(diǎn)的國(guó)家坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成本項(xiàng)目工程獨(dú)立坐標(biāo)系，并進(jìn)行已知點(diǎn)兼容性檢驗(yàn);第二步，以首級(jí)GNSS控制點(diǎn)和已知點(diǎn)作為坐標(biāo)起算點(diǎn)，按自高向低的等級(jí)順序?qū)Ω鞯燃?jí)施工控制網(wǎng)進(jìn)行分步平差，具體方法為：①先進(jìn)行二等控制網(wǎng)平差;②再以首級(jí)控制點(diǎn)和二等施工控制點(diǎn)作為已知點(diǎn)，進(jìn)行三等施工控制網(wǎng)平差;③最后以三等及以上高等級(jí)控制點(diǎn)作為已知點(diǎn)，進(jìn)行四等施工控制網(wǎng)平差。

結(jié)語(yǔ)：山區(qū)高速公路平面控制測(cè)量中GPS定位技術(shù)的運(yùn)用十分重要，需要結(jié)合多方面的因素確定公路平面測(cè)量精度。與此同時(shí)，還要對(duì)坐標(biāo)系參數(shù)進(jìn)行正確的選擇，然后加強(qiáng)控制網(wǎng)控制點(diǎn)的均勻性，最后采用多種測(cè)量方式加強(qiáng)其測(cè)量的精確度，使GPS技術(shù)能夠全面地應(yīng)用到山區(qū)高速公路的測(cè)量中。

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