現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在路基施工測(cè)量中的應(yīng)用

李 偉

中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222

近些年我國(guó)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的需求逐年加大，其中新建和改擴(kuò)建道路不斷增加，而施工測(cè)量技術(shù)是工程項(xiàng)目建設(shè)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的施工測(cè)量技術(shù)通常是在國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)線網(wǎng)以及測(cè)邊網(wǎng)、行業(yè)邊角網(wǎng)等方法進(jìn)行測(cè)量，其存在耗時(shí)長(zhǎng)、精度低及測(cè)量費(fèi)用高等缺陷[1]。同時(shí)，僅憑借傳統(tǒng)道路測(cè)繪方法已經(jīng)難以滿足高質(zhì)量道路建設(shè)的需求[2]。

目前，我國(guó)科技迅速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了以遙感衛(wèi)星技術(shù)、地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)等為主的測(cè)繪工程技術(shù)，為我國(guó)工程測(cè)量方式的轉(zhuǎn)變奠定了相應(yīng)的技術(shù)基 礎(chǔ)[3]。為此，將現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到路基施工測(cè)量中便成為提高工程質(zhì)量的必要手段。

1 路基工程測(cè)量

1.1 路基施工的主要工作

根據(jù)施工規(guī)定，路基施工先要進(jìn)行中線測(cè)量放樣，然后對(duì)道路斷面進(jìn)行測(cè)繪，最后求解填筑高程。路基工程的測(cè)量具體包括以下3個(gè)方面[4]：

1）中樁測(cè)繪放樣。在對(duì)中樁進(jìn)行測(cè)繪放樣時(shí)，要根據(jù)測(cè)量和水準(zhǔn)的控制點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)的坐標(biāo)和曲線要素，采用相應(yīng)的測(cè)繪設(shè)備放樣標(biāo)定中樁位置，對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)要進(jìn)行測(cè)量并核定。

2）復(fù)測(cè)線路高程。該過(guò)程主要完成對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)高程的復(fù)測(cè)以及橫斷面的相關(guān)測(cè)繪工作。

3）路基放樣。通常主要是對(duì)坡腳、坡頂和邊溝進(jìn)行測(cè)量，保證放樣作業(yè)。此時(shí)應(yīng)注意標(biāo)定邊樁后要在近坡放線，同時(shí)要考慮預(yù)壓與沉落度等因素。此外，在路基施工作業(yè)時(shí)，損傷控制點(diǎn)及土石方標(biāo)識(shí)應(yīng)及時(shí)測(cè)繪標(biāo)定。

1.2 路基施工的測(cè)量方法

1）復(fù)核圖紙和曲線要素，確定結(jié)果無(wú)誤后，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算出相應(yīng)的中心坐標(biāo)。計(jì)算資料一般分2組進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果對(duì)比無(wú)誤后，方可作為放樣的依據(jù)。

2）根據(jù)坐標(biāo)法配合計(jì)算器，對(duì)路基左（右）開(kāi)挖（填）邊線樁及該點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，檢查設(shè)計(jì)圖紙上的開(kāi)挖邊線和地界是否足夠，放出實(shí)際的開(kāi)挖（填）邊線樁，并在樁頂進(jìn)行標(biāo)記。

3）對(duì)于填（挖）方原地面線與設(shè)計(jì)圖紙出入較大的地段，需及時(shí)將變更的測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)工程部門(mén)。在高邊坡路基第一個(gè)臺(tái)階挖成后，采用全站儀檢查位置、高度和寬度是否正確，并依地形特點(diǎn)對(duì)下一個(gè)開(kāi)挖邊線的樁點(diǎn)位置進(jìn)行放樣。

4）地面開(kāi)挖過(guò)程中要詳細(xì)記錄土石變化處的標(biāo)高及該點(diǎn)至中樁的距離，以便為驗(yàn)工計(jì)價(jià)和竣工結(jié)算提供依據(jù)。

5）在完成放邊樁后，應(yīng)進(jìn)行邊坡放樣，對(duì)深挖填高地段，挖掘機(jī)每換一個(gè)座基（2～5 m），都要放出該挖方的坡腳位置，檢查是否符合設(shè)計(jì)坡度要求，并放樣線樁開(kāi)挖點(diǎn)，測(cè)定其標(biāo)高，以求達(dá)到下一道開(kāi)挖坡度要求。

2 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)

目前測(cè)繪技術(shù)發(fā)展迅速，其全站儀、水準(zhǔn)儀和GNSS等現(xiàn)代化測(cè)繪設(shè)備可以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且采集到的數(shù)據(jù)可以快速地傳輸?shù)娇傉具M(jìn)行存儲(chǔ)和后處理。通過(guò)與數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合，可以發(fā)揮連接信息、定位功能，基于電子數(shù)據(jù)的查詢和檢索操作也較為簡(jiǎn)便，而現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)設(shè)備對(duì)于跨區(qū)域的測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫傳輸覆蓋，顯著提高了施工測(cè)量的精準(zhǔn)度與銜接性[5]。為此，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)可以充分滿足道路建設(shè)的高精度測(cè)量需求，其作業(yè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，極大地提升了工作效率，是測(cè)繪技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向[6]。

2.1 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段

2.1.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是根據(jù)紅外線和目標(biāo)反射的原理，利用傳感器感知對(duì)象的尺寸，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，最后將所得到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化和處理，從而形成相應(yīng)的圖形信息，以此幫助施工人員充分了解當(dāng)前的工程表面[7]。遙感技術(shù)作為工程測(cè)繪的重要技術(shù)，它可以對(duì)所獲數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。由于遙感技術(shù)基于電磁波，所以獲取信息時(shí)間極為短暫，在相關(guān)工作領(lǐng)域里應(yīng)用極為廣泛。在公路測(cè)繪中，遙感技術(shù)主要用于獲取地理信息，可以迅速清晰地探測(cè)出地質(zhì)結(jié)構(gòu)，很多地下水流就可用遙感技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)[8]。

2.1.2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)主要依據(jù)的信息是當(dāng)前地理位置的三維信息，包括當(dāng)前定位、成像等多項(xiàng)數(shù)據(jù)。地理信息技術(shù)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而科學(xué)有效地對(duì)地球表層空間形態(tài)進(jìn)行分析，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸回信息中心，后期地理信息技術(shù)可以對(duì)使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算優(yōu)化。

地理信息系統(tǒng)對(duì)公路測(cè)量具有十分重要的作用?？梢酝ㄟ^(guò)地理信息系統(tǒng)建立地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，方便地質(zhì)探測(cè)人員進(jìn)行相關(guān)工作，從而制定出明確高效的設(shè)計(jì)方案[9]。

2.1.3 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)（GPS）主要包括衛(wèi)星、用戶系統(tǒng)和地面綜合監(jiān)控系統(tǒng)等部分。該系統(tǒng)主要用于對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)定位。該系統(tǒng)可以全天候進(jìn)行工作，同時(shí)還可以進(jìn)行相應(yīng)的三維導(dǎo)航。全球定位系統(tǒng)作為現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的重要組成部分，在全世界具有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，在道路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用率也逐年升高[10]。

2.2 現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 測(cè)繪控制網(wǎng)的應(yīng)用

測(cè)繪控制網(wǎng)作為工程施工的基礎(chǔ)，其測(cè)繪精確性對(duì)測(cè)繪工作的質(zhì)量具有實(shí)質(zhì)性影響。實(shí)際工作中，控制網(wǎng)的精度并非統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)具體工程進(jìn)行選取。在控制網(wǎng)中，測(cè)繪參照點(diǎn)也就是一級(jí)控制網(wǎng)，其精度要求較高，所以在一級(jí)控制網(wǎng)中的坐標(biāo)位置要絕對(duì)保證其精度。傳統(tǒng)工程控制網(wǎng)一般只能在小規(guī)模的測(cè)繪工作中適用，在現(xiàn)代化道路建設(shè)中，小規(guī)模的測(cè)繪工作數(shù)量較少，傳統(tǒng)的邊角法難以滿足實(shí)際的測(cè)繪需求。然而，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)不僅可以在小范圍內(nèi)的測(cè)繪場(chǎng)景中使用，在大范圍內(nèi)的測(cè)繪中也能保持很高的精度，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。GPS控制網(wǎng)的控制點(diǎn)選擇受限較小，且定位精度高，其成本比邊角法低。在實(shí)際的工程測(cè)繪中，GPS技術(shù)一般都具備載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，可以將精度保證在毫米級(jí)，具有很高的精度。相比傳統(tǒng)測(cè)繪方法，該技術(shù)可以有效地解決地面觀測(cè)中心與用戶端之間的通訊問(wèn)題，同時(shí)測(cè)繪的地點(diǎn)選擇受限很小，可以顯著提高測(cè)繪精度，降低測(cè)繪成本。

2.2.2 圖根測(cè)量中的應(yīng)用

現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在圖根測(cè)量中應(yīng)用也較為廣泛，主要是利用GPS接收器獲取信號(hào)，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出接收到信號(hào)的衛(wèi)星與接收器之間的距離，通過(guò)分析接收到的信號(hào)衛(wèi)星和接收器的坐標(biāo)可以獲取各接收器之間的距離和位置信息，最終可以達(dá)到對(duì)目標(biāo)的精確定位。

在測(cè)量過(guò)程中必須準(zhǔn)備4臺(tái)以上的接收設(shè)備，為了保證精度可以設(shè)置2個(gè)以上的參考站。對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，接受到的數(shù)據(jù)間隔盡量滿足20 s記錄一次的頻率，觀測(cè)角保持在16°以上，觀測(cè)極限的模糊倍率一般要大于1.5。通過(guò)每一次的精確測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)圖根測(cè)量的科學(xué)合理性，保證測(cè)繪的精度。

2.2.3 變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)于GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，可以檢測(cè)到地表的錯(cuò)位和地基的下沉等，這對(duì)保證施工的精確度有極為重要的作用。變形監(jiān)測(cè)主要采用水準(zhǔn)測(cè)量法和三角測(cè)量法，但是這2種方法耗時(shí)耗力，成本較高；而采用基于現(xiàn)代測(cè)繪方法的GPS變形監(jiān)測(cè)，只要在路基內(nèi)外都放入GPS的接收端，無(wú)論什么條件下，只要內(nèi)部和外部一旦發(fā)生變形，GPS的接收端就會(huì)立即收到信號(hào)，并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這種監(jiān)測(cè)方法具有高效快捷的優(yōu)勢(shì)，且成本較低，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的變形監(jiān)測(cè)，因此將極大地方便施工者的管理[9-10]。

3 路基施工測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

背景工程項(xiàng)目屬于京津高速公路合同段一期工程，線路總長(zhǎng)約60 km，路線工程沿途經(jīng)過(guò)7個(gè)地區(qū)，起點(diǎn)位于天津市武清區(qū)堿廠，與北京市交界，道路經(jīng)過(guò)武清區(qū)、北辰區(qū)、寧河縣、東麗區(qū)、塘沽區(qū)、終點(diǎn)止于濱海新區(qū)。全線設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅰ級(jí)，其施工作業(yè)主要以路基工程為主。沿途地貌主要是以丘陵和平原為主。

3.2 應(yīng)用實(shí)例分析

本項(xiàng)目施工過(guò)程采用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段，以CORS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供的坐標(biāo)框架為基準(zhǔn)，然后使用全站儀及水準(zhǔn)儀等設(shè)備，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行定位測(cè)量作業(yè)?；趯?duì)多源道路測(cè)繪數(shù)據(jù)的多角度和多維分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)沿途整個(gè)線路工程的精確施工。

在整個(gè)施工過(guò)程中，為了方便對(duì)施工控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)和加密，在標(biāo)段內(nèi)設(shè)置7個(gè)一等衛(wèi)星定位控制點(diǎn)，對(duì)于二等精密導(dǎo)線點(diǎn)則可以設(shè)置22個(gè)左右，選取GPS203、GPS204到JDR303、JDR304四段進(jìn)行加密，測(cè)量控制網(wǎng)如圖1所示。

圖1 測(cè)量控制網(wǎng)布設(shè)示意

根據(jù)目前的施工規(guī)范和相關(guān)要求，對(duì)于復(fù)測(cè)作業(yè)采用布設(shè)導(dǎo)線的方式，相關(guān)測(cè)量的具體指標(biāo)如表1所示。

表1 導(dǎo)線觀測(cè)具體指標(biāo)

復(fù)測(cè)階段，必須對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)做進(jìn)一步的核查和加密。水準(zhǔn)點(diǎn)主要考慮在地質(zhì)比較穩(wěn)定且方便保存的地點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，需要注意在該階段盡量利用初測(cè)階段安置的水準(zhǔn)點(diǎn)以減輕工作量。如果水準(zhǔn)點(diǎn)距離施工線路過(guò)遠(yuǎn)則可以改變放置點(diǎn)，對(duì)于毀壞和丟失的水準(zhǔn)點(diǎn)必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充以保證測(cè)量精度。定測(cè)時(shí)，必須對(duì)初測(cè)放置的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。檢測(cè)結(jié)果若顯示水準(zhǔn)點(diǎn)高差閉合差在規(guī)定的誤差以內(nèi)，則可以采用初測(cè)成果作為測(cè)量值；如果測(cè)量的數(shù)值不符合誤差范圍的要求，應(yīng)進(jìn)行再次檢查工作，確認(rèn)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確后可以平差推算高程。在測(cè)量過(guò)程中，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行操作，水準(zhǔn)儀的起點(diǎn)采用精密水準(zhǔn)點(diǎn)，同樣水準(zhǔn)儀的終點(diǎn)也采用精密水準(zhǔn)點(diǎn)。

在整個(gè)施工過(guò)程中，通過(guò)采用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)手段，根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案的要求，制定如下的路基施工測(cè)量方案：

1）線路中邊樁測(cè)量放樣。要繪制線路的縱向斷面圖，必須沿線路中心線測(cè)量線路的控制樁高程、百米樁高程及加樁的高程，中線水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量要跟兩相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。在整個(gè)過(guò)程中，采用往返測(cè)量或者分組進(jìn)行測(cè)量，確保誤差符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2）填方路段的測(cè)量。對(duì)于填方路段的測(cè)量，當(dāng)路基填土過(guò)低時(shí)，采用一次掛線法通過(guò)線繩和竹竿進(jìn)行路基斷面形狀的測(cè)定；當(dāng)路基填土量過(guò)多時(shí)，由于高差過(guò)大，此時(shí)要以分層掛線為主進(jìn)行中線的測(cè)定。若計(jì)量標(biāo)尺刻度不夠，采用刻度線和標(biāo)高差配合標(biāo)定，以確保測(cè)繪工作質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著道路施工和測(cè)繪的要求越來(lái)越高，工程測(cè)繪的精度也隨之提高。加強(qiáng)現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在道路勘探、施工控制等方面的應(yīng)用，可以顯著降低施工成本，提高工作效率。由于路基施工測(cè)量的精確度和可靠性是質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，而路基施工階段對(duì)整個(gè)工程的開(kāi)展具有實(shí)質(zhì)性的影響，因此采用現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)，即通過(guò)運(yùn)用CORS、全站儀與電子水準(zhǔn)儀等精密設(shè)備進(jìn)行道路施工測(cè)繪工作，從而保證路基施工作業(yè)的準(zhǔn)確高效性，在工程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，充分顯示了在實(shí)際道路施工測(cè)量中的實(shí)用性與優(yōu)越性。