手機APP開發(fā)在隧洞測量放樣中的應(yīng)用

劉洋

摘要：本文重點討論表孔溢洪洞漸變段、上洞身段、渥曲面段、斜井段、下反弧段、下洞身段在施工測量放樣中所取得的實踐經(jīng)驗，根據(jù)表孔溢洪洞施工測量的特點，充分利用現(xiàn)有的測量儀器徠卡全站儀和自主開發(fā)手機APP，以手機APP的簡單易操作替代傳統(tǒng)函數(shù)編程計算器，充分結(jié)合測量放樣與測量APP，在完全保證測量精度的前提下，既保證質(zhì)量、安全又保證最終測量的點位精度而進行的測量放樣方法和數(shù)據(jù)處理手段。

關(guān)鍵詞：全站儀坐標法 ? ?測量放樣 ? ?手機APP

一、表孔溢洪洞工程概況

表孔溢洪洞位于工程區(qū)左岸山體中間位置，隧洞全長316.88米，其中最大斷面為寬19米×高14米。由控制段閘井經(jīng)過漸變段、洞身段、渥曲面段、斜井段、下反弧段、洞身段，最后到出口明渠段。隧洞進出口軸線高差為71米，斜井段則布置為與水平夾角為33.67°，城門洞型的設(shè)計開挖斷面，其漸變段軸線長約47.18米，上洞身段軸線長30.04米，渥曲面段軸線長為42.57米，斜井段軸線長約57.38米，下反弧段軸線長14.07米，下洞身段軸線長139.41米。

二、測量放樣方法及其點位的確定

漸變段、渥曲面段、斜井段及其下反弧段的測量放樣方法，主要根據(jù)施工組織設(shè)計按進出口分上下半洞2層對向同步掘進的開挖程序并最終在渥曲面段貫通的要求，分別在進口控制段與出口明渠段布設(shè)了施工控制點（支導線網(wǎng)），其相應(yīng)控制點的三維坐標均由工程首級控制網(wǎng)（復測后）逐級傳至布設(shè)好的施工控制點上，使其施工控制點最弱點點位誤差滿足相應(yīng)水工建筑物測量規(guī)范要求。

由于考慮洞內(nèi)的永久襯砌及鋼筋安裝，所以在開挖過程中要盡量避免鉆爆后無欠挖甚至盡量減小超挖尺寸，以減小不必要的經(jīng)濟損失，則采取將所提供的附近控制點大地坐標經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換至施工放樣所需軸系上的施工坐標系坐標，這樣以便更直觀地反映在某軸系直平段內(nèi)不通過計算便可知設(shè)計特征點在設(shè)計斷面上的改正值。

1、測量放樣方法和數(shù)據(jù)處理方法：

根據(jù)施工放樣所提供的一臺LeicaTS-02紅外線可見光無棱鏡反射全站儀（現(xiàn)場施工技術(shù)員用專用反射片作為每一次掌子面放樣的測量反射體配合），其全站儀測角精度為2"，測距精度為±（2mm+2ppm×D）。采用直接由離掌子面較近控制點轉(zhuǎn)測站到掌子面附近，用全站儀坐標法測定其測點的坐標值，將全站儀顯示屏顯示的坐標輸入已自主開發(fā)并反復驗算確保無誤的手機測量APP相應(yīng)的輸入框中，進行現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)處理后得出測點與設(shè)計點的改正值來確定測點的設(shè)計位置。

2、測點精度估算：

采用全站儀坐標法測定其測點的坐標，按<<水利水電工程施工測量規(guī)范>>（DL/T5173—2003）的附錄H平面位置方法精度估算公式的H.1全站儀坐標法進行測點精度評定，其精度評定結(jié)果為測點的點位精度均滿足規(guī)范要求。

三、測量放樣數(shù)據(jù)處理

測點坐標改正計算主要采用手機測量APP進行所屬工程部位編制計算程序并經(jīng)反復調(diào)試而無誤后進行現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)輸入手機測量APP相應(yīng)的輸入框中處理后得出測點與設(shè)計點的改正值。進行設(shè)計斷面編程計算主要是確定測點在垂直于設(shè)計軸中心線的設(shè)計標準斷面上以設(shè)計標準斷面上某一特征點為中心所建立的坐標系中的高差值和水平偏離值。

1、開發(fā)APP使用工具及軟件

使用語言：Delphi

開發(fā)工具：Delphi XE10.2

運行平臺：Android

數(shù)據(jù)存儲方式：XML本地化存儲，因工作環(huán)境特殊受到網(wǎng)絡(luò)限制無法聯(lián)網(wǎng)處理，所以采用本地化數(shù)據(jù)庫，xml方式存儲，為防止離線更改，在app啟動時加入效驗功能，保證數(shù)據(jù)準確！

2、實際應(yīng)用：

2.1、平洞放樣

（1）設(shè)計思路

洞型為城門洞類型計算方式如下（以伯斯阿木工程表孔溢洪洞為案例）

底板高程=起點底板-（起點與終點底板高程差）/（起點與終點里程差）*（當前里程與起點里程差）;

起拱點高程=底板高程+設(shè)計開挖起拱點高;

拱頂中心高程=底板高程+設(shè)計開挖洞高;

拱頂任意點高程=底板高程+圓心高程+（ sqrt （ sqr （ 拱頂半徑 ） - sqr（ 實測軸距 ） ） ）（備注：sqrt開方函數(shù)，sqr平方函數(shù)）

（2）軟件流程

（3）實際放樣案例

2.2反弧段放樣

（1）設(shè)計思路

洞型為城門洞計算公式（以伯斯阿木工程表孔溢洪洞為案例）

已知反弧半徑（圓心到底板）：30.8;

已知反弧角度：31°;

計算當前點與反弧起點角度是否在31°以內(nèi)來判斷當前放樣點是否在反弧范圍;

底板高程=圓心高程 - sqt（sqr（30.8）- sqr（當前里程 - 圓心里程））;

起拱點高程=圓心高程- sqt（sqr（30.8-起拱點高）-sqr（當前樁號-圓心里程））;

拱頂中心點高程=圓心高程- sqt（sqr（30.8-拱頂中心高）-sqr（當前樁號-圓心里程））;

拱頂任意點高程計算=圓心高程- sqt（sqr（30.8-（隧道圓心高+sqrt（sqr（隧道圓心半徑）-sqr（當前軸距 ） ）））-sqr（當前樁號-圓心里程））;

（2）軟件流程

2.3斜井段放樣

（1）設(shè)計思路

洞型為城門洞計算公式（以伯斯阿木工程表孔溢洪洞為案例）

斜井坡度為34°

當前底板=起點底板-（起點與終點底板高程差）/（起點與終點里程差）*（當前里程與起點里程差）;

當前起拱點=當前底板高程+（設(shè)計起拱高*角度變化值）;

當前拱頂中心點=當前底板高程+（設(shè)計拱頂中心高*角度變化值）;

當前拱頂任意點高程=當前底板高程+（設(shè)計拱頂任意點高程*角度變化值）

（2）軟件流程

（3）實際放樣案例

2.4渥曲段放樣

（1）設(shè)計思路

洞型為城門洞計算公式（以伯斯阿木工程表孔溢洪洞為案例）

渥曲段方程：Y=0.05X+0.00827X^2

底板高程=底板起點高程+0.05*（實測與起點里程差）+0.00827*sqr（實測與起點里程差）;

起拱點高程=起拱點起點高程+0.05*（實測與起拱點起點里程差）+0.00827*sqr（實測與起拱點起點里程差）;

拱頂中心點高程=拱頂中心點起點高程+0.05*（實測與拱頂中心點起點里程差）+0.00827*sqr（實測與拱頂中心點起點里程差）;

拱頂任意點高程=拱頂任意點起點高程+0.05*（實測與拱頂任意點起點里程差）+0.00827*sqr（實測與拱頂任意點起點里程差）;

（2）軟件流程

（3）實際放樣案例

APP計算過程：

實測坐標：樁號：140

軸距：3.5

高程：1452

APP計算結(jié)果：

2.5漸變段放樣

（1）設(shè)計思路

洞型為城門洞計算公式（以伯斯阿木工程表孔溢洪洞為案例）

底板變化值=（起點與終點底板高程差 / 起點與終點里程差）;

起拱點變化值=（起點與終點起拱點高程差 / 起點與終點里程差）;

拱頂中心點變化值=（起點與終點拱頂中心點高程差 / 起點與終點里程差）;

圓心高變化值=（起點與終點拱頂圓心高程差/ 起點與終點里程差）;

半徑變化值=（起點與終點拱頂半徑差/ 起點與終點里程差）;

底板高程=起點底板高程+當前與起點里程差*底板變化值;

起拱點高程=當前底板+當前與起點里程差*起拱點變化值;

拱頂中心點高程=當前底板+當前與起點里程差*拱頂中心點變化值;

拱頂任意點高程=當前底板高程+（當前與起點里程差*圓心高變化值）+sqrt（sqr（當前與起點里程差*半徑變化值）-sqr（實測軸距））;

（2）軟件流程

（3）實際放樣案例

APP計算過程：

實測坐標：樁號：45.2

軸距：3.119

高程：1477.015

APP計算結(jié)果：

2.6其他

（1）自定義函數(shù)庫

/// <returns>

/// ?角度轉(zhuǎn)弧度計算函數(shù) AngToRad（角度）：弧度

///</returns>

function AngToRad（Ang： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?弧度轉(zhuǎn)角度計算函數(shù) ?AngToRad（弧度）： 角度

///</returns>

function RadToAng（Rad： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?正弦函數(shù)

///</returns>

function JSin（rad： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?反正弦函數(shù)

///</returns>

function RSin（DJSin： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?余弦函數(shù)

///</returns>

function JCos（rad： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?反余弦函數(shù)

///</returns>

function RCos（DJCos： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?正切函數(shù)

///</returns>

function JTan（rad： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?反正切函數(shù)

///</returns>

function RTan（DJTan： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?坡比轉(zhuǎn)角度

/// ?高：距離

/// ?公式 角度=tab-1*（高差/距離）

/// ?PitchToAng（高差，距離）：角度

///</returns>

function PitchToAng（height， dist： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?正弦定理：角a/sin對邊A=角b/sin對邊B=角c/sin對邊C

/// ?限定條件：必須知道2角及其中一角的對邊

/// ?sineRule（角a，對邊A，角b，對邊B，角c，對邊C）;Boolean

///</returns>

function sineRule（out angA， sideA， angB， sideB， angC， sideC： Double）： Boolean;

/// <returns>

/// ?余弦定理

/// ?限定條件：已知邊b 邊c 角度A

/// ?公式：a*a=sqr（b）+sqr（c）-2*b*c*cos（A）

///</returns>

function CosB（sideA， sideB， angC： Double）： Double;

/// <returns>

/// ?保留小數(shù) ?dec（數(shù)值DOUBLE，保留位數(shù)INT）：返回處理后數(shù)值

///</returns>

function dec（num1： Double; dig： Integer）： Double;

上述APP具體內(nèi)容及計算程序已在伯斯阿木水庫項目表孔溢洪洞隧洞開挖工程測量放樣中成功使用，在此列出以供參考。

四、測量放樣算例

現(xiàn)場施工測量放樣數(shù)據(jù)則采取現(xiàn)場放樣完畢后將所測點號數(shù)據(jù)存儲在全站儀內(nèi)，回到辦公室內(nèi)將所存儲數(shù)據(jù)傳輸于計算機上并經(jīng)內(nèi)業(yè)測量計算人員計算改正數(shù)據(jù)和樁號數(shù)據(jù)打印歸檔。實踐證明，其兩種計算方法最終的改正數(shù)據(jù)和樁號數(shù)據(jù)完全相同，從而說明現(xiàn)場測量放樣測點的計算點位坐標改正值是正確的。

五、結(jié)束語

眾所周知，測量數(shù)據(jù)的計算處理一直是影響測量進度和測量效益的關(guān)鍵因素之一，本文通過對表孔溢洪洞隧洞漸變段、上洞身段、渥曲面段、斜井段、下反弧段、下洞身段的施工測量放樣方法和測量數(shù)據(jù)的計算和檢核方法，并重點討論了在該類現(xiàn)場施工測量放樣方法和測量數(shù)據(jù)的計算處理和檢核方法。通過充分利用手機APP簡單易懂，計算精確，方便使用的編程計算，從而給測量人員帶來了巨大的方便，對今后在相同類別的工程施工測量中的測量放樣方法和測量數(shù)據(jù)的計算處理提供了借鑒的經(jīng)驗，同時歡迎同行提出更為合理、簡單的數(shù)據(jù)處理的方法和手段。