李延周 曾祥育 唐晓伟
中交一公局集团有限公司海外事业部
摘 要:鉴于本项目属于海外工程且所处地理位置比较特殊(热带雨林),气候原材料对工程质量影响较为明显,故建立高质量的控制模式显得尤为重要,同时在本项目的实地操作经验对后续该类型的工程项目亦可提供借鉴。
关键词:高速公路;平面;高程;测量;
雅温得至杜阿拉高速公路路线全长195km一期工程APD以与D55交叉处设置的博得蒙互通为界路线设计长度为100km,实际建设里程约50km,路基宽度33.5m,为双向四车道,中央绿化带为8m,底基层(PST)为50cm,基层为20cm级配碎石,面层结构形式为10cm EME+9cm EME+6cm BBME。
1 平面控制
本项目位于东经9°40'至东经11°30',喀方要求坐标系统为UTM坐标系,按照UTM坐标划分处于UTM32带中央子午线经度为9°(UTM坐标系统由美国军方在1947年提出的,投影方式为等角横轴割圆柱,圆柱割地球于南纬80°及北纬84°两条等高圆,投影比例为0.9996,采用6°分带划分)由于坐标系统建模中投影比例是0.9996,与国内的北京54西安80不同,存在长度变形(UTM距离较实际距离偏大,在大型预制件制作时都是采用UTM距离,需要注意),变形量为理论长度×(1-比例因子),故在设计及全站仪测量中需进行距离修正,本项目跨度较大,常量改正数不再适用,具体修正值按照设计提供分段求取,利用GPS RTK作业时无需改正,只需用附近控制点求取转换参数即可,下面就两种测量设备(全站仪GPS)对平面控制的实地操作进行分析:
1.1 全站仪
继经纬仪后一款全能测量设备,在小范围内测角测距测高程均能达到精度要求,主要用途:高精度导线测量及结构物的独立控制,缺陷:复杂地形实用性不强,本项目地形复杂又处在原始森林中,控制点很难通视,导线控制难以实现,全站仪在本项目只能做普通测量及结构物的独立控制。小范围独立控制网的建立:根据既有的控制点进行涵洞等结构物周边的控制网加密,使用全站仪依次架设在各点上测量前进方向的左角(测回法)闭合到已知点C,分别计算出ΔXΔY,并依据规范要求计算实际误差,限差合格进行坐标改正即完成控制网建立(着重强调投影比例改正)。
1.2 GPS
GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称。在施工测量中的三大应用:大范围控制网建立地形测定及施工图测设。在此着重分析平面控制,关于测设测定将不再赘述。
1.2.1 控制网的类型
一般分为国家控制网和工程独立控制网,国家控制网是在全国范围内建立的控制网,称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制,工程独立控制网是在工程初期任意指定两个点作为工程的基准点包括平面和高程,后者范围较小,本项目控制点来源为喀麦隆国家点,为国家控制网形式。
1.2.2 控制网的布网原则
(1)为保证线路线性在控制范围之内,网点需交叉布设于线路两侧且分布均匀。(2)为保证控制网的精度,应通过独立观测边构成闭合图形,以增加检核条件,提高网的可靠性。尽量与原有地面控制网相重合,重合点一般不少于3个。(3)应考虑与水准点相重合,或在网中布设一定密度的水准联测点。(4)为保证测量数据的可靠性,网点需避开建筑高压线等对信号有干扰地带,优先选择开阔地。(5)网点需布设在地质稳定区域,并按规范要求进行砼包桩,以保证点位稳定。点位顶部作十字丝标。(6)网点必须覆盖整个工作区域,端头点必须与上级控制网点联测,保证准确性。
1.2.3 控制点的观测
网点观测方法按网形分为点连接边连接和网连接,精度依次递增,同时工作量也递增,考虑到设备数量与精度要求,本项目部采用边连接观测方法(下图中)。
GPS控制网观测采用5台LEICA GS15GNSS接收机(后处理精度水平:3mm+0.5ppm(rms)垂直:6mm+0.5ppm(rms))同时作业,按相对静态定位模式观测,每条基线均作2个时段的观测,每个时段观测时间≥60min,接收机采样间隔设置为15s,卫星截止高度角为15°,观测PDOP≤8。首站未站观测两个时段,其余观测时间一个时段(60分钟),期间换站观测时留两台接收机作为共用点。观测前记录下各个网点的点号相位中心高,天气日期观测人员及联测点以便数据后处理使用。
1.2.4 后期数据处理
数据处理采用LEICA后处理软件,导出数据后修改点位正高及点名,导入软件进行基线处理,剔除信号质量较差的时间段,需要注意的是,处理完基线数据较少时需进行补测,不超限的情况下计算出的WGS84坐标与已知点进行匹配转换出七参数,即完成控制网的建立。
1.2.5 平面误差分析
坐标系建立完成后有时会出现个别点误差较大的情况,大致原因如下:
(1)GPS卫星带来的误差
此种情况多是因为卫星在某个时段分布不均匀,造成在截止高度角15°范围内卫星较少,没有稳定的数据来源,建议适当增大卫星截止角
(2)GPS信号传播引起的误差
电离层延迟;对流层延迟;多路径效应等,该误差属于不可控因素,建议换时段观测
(3)点周围有信号干扰物造成的数据质量差
建议重新选点或者清除信号干扰因素并适当延长观测时长
(4)人为因素
在导入数据时实际点名与输入点名不符或者在基线处理过程中过处理造成数据不足,建议做好观测记录以便复核,数据过处理建议简化处理仍不合格建议补站。
(5)地方坐标系统
在GPS动态RTK测量中还有一种常用的坐标系统-地方坐标系统,在有控制点坐标的情况下,直接利用测取的WGS84坐标与地方坐标匹配,计算出小范围内的坐标系统参数从而建立控制系统,该方法操作简单耗时短,亦能满足施工精度要求,需要注意的是,在区域范围内至少应匹配三个点坐标,完成以上操作查看坐标系残差,若残差较大建议多匹配几个控制点。
2 高程控制
在高速公路项目中对高程反应最直接的就是行车舒适度,即路面的平整度,一个优质工程必然不可或缺的就是高程控制。
2.1 水准网布设部位
根据本项目的特性(高填高挖地质复杂)水准点布设必不可少的几个部位:(1)高填方两端的填挖交界处:填方量大就意味着潜在的压缩变形量越大,在施工过程中即便有各类压实机具仍然无法达到天然堆积的密度,所以在各类施工规范里都会要求进行沉降观测,在沉降速率接近于0时方会允许进行下到施工工序,自然周边水准控制点必不可少的。(2)地质较为薄弱的区域:比如沼泽河道等软基区域,(3)半填半挖区域:该类区域由于两侧施工工法不同,难免会造成不均匀沉降,定期的观测很必要(4)涵洞通道等结构物周边,同时也可为结构物沉降观测提供基准点。(5)施工材料突变区域。(6)常规区域。
2.2 水准点布设原则
由于水准仪视距有限故水准点埋设间距不宜过大,100~150m为理想间距,点位应埋设在较为稳固区域,禁止设在非原状土上,相邻水准点之间高差不宜过大,以便于观测,点位突起部分保证在一个水平面上,在点位周边做好标识。
2.3 水准观测
控制采用LEICA电子水准仪,本项目要求水准等级为国家四等,测量方式为后前前后,水准线路为附和水准路线,数据后处理严格执行国家四等水准规范。
2.4 施工控制中的高程误差分析
(1)原材料
特殊的地理位置导致施工原材料性质差异较大,松铺厚度带来了极大的不确定性,所以在施工过程中尽量在同一区域采用性质相近的材料施工,以减小高程控制的压力。
(2)压实机具
压实机具的类型及压实遍数,在试验段完成之后会得到一个经验值,但这个数值并非一成不变的,实际施工时还要根据原材跟松铺厚度适当调整。
(3)自然沉降
在高填方软基换填区域完成施工后需保留三个月的自然沉降期(若采用冲击型压实机具可缩短自然沉降期,工期紧可做参考),期间在最大填方截面布设沉降观测桩进行连续观测,沉降速率接近0时方可进入下一道程序施工。
(4)各个结构层之间高程误差累计
在路床成型后施工GNT结构层前需对全幅路基进行水准测量,进行二次平整,并在施工GNT时将PST顶与设计高程的误差予以修正,GNT施工采用挂线法。GNT施工完成后要求进行加密复测,如果高程仍不理想建议一层面层施工继续挂线施工以分配误差。
(5)控制点沉降导致的误差
当地年降水量较大,雨水冲刷同时点周围也会常有施工机械作业,使得点位沉降或者破坏的可能性大大增加,必须严格执行测量控制网的复测制度,及时发现问题解决问题。
(6)测量仪器误差
在测量仪器超过检定期应及时标定。在没有检定条件的情况下,使用仪器校核软件或其他方法对损坏或误差超限仪器核定并及时停用。
(7)人为误差
由于普通水准仪属于光学水准仪,在人为操作过程中必然会存在读数误差,视线差等,建议使用仪器时尽量缩短视距并坚决落实测量复核制度。
3 结语
通过对本项目控制网建立的过程及误差分析,使得高质量的控制模式变得可行,同时也能规避一些风险,节省时间成本。本工程可为类似的高速公路工程测量提供相应的借鉴。
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