高精度快速测量技术在大型山体边坡放样中的应用

第３２卷第６期　四川建筑科学研究　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｌ３７　２００６年１２月　高精度快速测量技术在大型山体边坡放样中的应用　夏　丹　，陈　进　，李运祥　，江世永　（１．解放军９２１５３部队，浙江宁波３１５８０９；　２．解放军后勤工程学院军事建筑工程系，重庆摘４０００４１）　要：针对某船坞山体边坡开挖复杂的地形条件，阐述了自由站点实时测量技术在实际施工中的应用。在缩短工期、保证　工程质量、减少工程经费等方面取得了良好效果，对不良地形地貌条件下的放样具有借鉴作用。　关键词：大型山体边坡；曲线放样；实时；快速；高精度　中图分类号：ＴＵ４１３．６２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—１９３３【２００６）ｏ６—０１３７—０３　０前言　设备仪器，建立实时高精度快速测量系统满足了施　工要求，有效解决了山体边坡放样精度不高、效率低　下的问题，节约了经费。（见图１～２）　在对山体边坡曲线段实施放样时，通常借助小　比例地形图采集所需数据按常规法放样，由于地形　图本身的误差（特别是等高线位置误差）和复杂地　貌条件的限制，造成工序复杂、放样精度不高。为提　高放样精度，往往采用重新绘制高精度地形图，投人　较大。在进行某船坞大型山体边坡开挖工程中，由　于采用了实时高精度快速测量系统有效解决了山体　边坡曲线放样精度不高、效率低下的问题。　图１某船坞工程山体边坡设计　走向平面　图２某船坞工程山体　边坡剖面　１　工程概况　施工区域为北部靠海南侧一无名山头，开挖区　域为无名山西北部，土石方总开挖量９１万ｍ　。开　２　实时高精度快速测量系统的组成　及原理　２．１　实时高精度快速测量系统的组成　挖山体为侵蚀剥落丘陵地貌，岩体为侏罗纪晚期凝　灰岩。开挖区域总体呈东南高西北低走势，最高处　标高为７４　ｍ，原始地形坡度一般为２０。～３０。，局部　４０。，开挖后山体大部已成坡度达６０。的陡壁。　按照设计要求，整个山坡分３个陡坡组成（２个　７０。，１个６０。），陡坡之间设２　ｍ宽马道，在山坡转角　处采用圆弧曲线过渡，由于整个山坡要求采用光面　爆破技术，岩石表面的平整度及山坡角边线误差控　制在±１００　ｒａｉｎ以内。曲线圆心在陡峭山坡上设站　点困难，且距离作业面太近被山坡阻挡无法通视，按　照传统测量放样技术不能满足施工要求放样。（经　实时高精度快速测量系统由日本产拓普康２秒　级全站仪、ＣＡＳＩＯ　ｆｘ３６００ｐｖ可编程计算器、对讲机、　电脑组成。其中，全站仪主要是测量竖直角、水平角　及距离、坐标。之后将数据输入计算器，计算器根据　程序和输入的数据进行计算，得出坐标修正值和其　他相关数据，电脑主要进行后期的数据处理和校核、　绘图。　２．２建立边坡放样坐标系统　在进行各项放样测量之前，先确定山体边坡坐　标系统，本测量放样系统采用的坐标系统为：自定义　用户坐标，即ＡＢ线为　轴，垂直中线为ｙ轴。　２．３数据库的建立　核定原设计图纸１：１０００地形图等高线位置误差在　０．３～１　ｍ范围内，而且开挖部山体植被土已经被剥　离，实际标高已与原图不符。）重新绘制满足施工要　求的地形图，投入较大，时间较长。本单位利用现有　在边坡测量放样之前，首先要将各数据输入电　脑，将程序和关键数据输入计算器和全站仪，建立数　据库，数据库主要包括以下内容。　（１）平面参数：输入关于山体边坡各种控制点、　测站点、后视点、已知点数据。　（２）竖向参数：输入山体设计坡度和各设计高　程的各种数据，包括各马道高程、各台阶坡度、高差。　（３）边坡类型：输入各种边坡形式，包括由小变　收稿日期：２００５－０５－２３　作者简介：夏丹（１９７６～），男，浙江衢州人，工程师，主要从事国防　工程施　工作。　Ｅ—ｉｎａｉｌ：ｘｄｘｄｌ　１２０＠ｓｉｎａ．ｔｏｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

１３８　四川建筑科学研究　第３２卷　大的正坡及由大变小的反坡。　（４）边坡尺寸：输入各种边坡的几何尺寸以及　边坡的几何参数，包括３个台阶直线段和曲线段的　各种参数。　２．４测量原理　（１）全沾，ｆ义架在已知测站点上，利用三角高程　测量法测出放样点的水平距离、高程、水平角。同时　通过计算器程序对所得数据进行计算（有条件可利　用笔记本电脑直接进行数据的采集处理和校核绘　图），得出放样点的坐标修正值和全站仪的水平修　正角度、平距，再通过全站仪利用极坐标法进行导引　重新放样。之后再测量，再计算，再修正，直至找到　正确的放样点。记录下数据，电脑根据此参数校核　和绘图，具体内容如下。　通过全站仪对放样点ｃ进行测量，读取数据　Ｃ１，Ｏｔ１，Ｈ。　输入编程计算器，利用三角形正弦、余弦定律和　图纸相关数据计算：　ｂ　：［。；＋ｃ　一。　ｃ　。　］÷　ｂ　＝Ｋ＋Ｓ×日（利用已知高程日反算ｃ　点距离　圆心Ｂ点的理论水平距离）　＝ａｒｃｓｉｎ（　ｓｌｎ—ｏｑ　１　再利用已计算出的ｂ　，ｂ　，　通过三角形正弦、　余弦定律计算Ｃ　，Ｏｔ　：　ｃ２＝［０；＋ｂ　一０１ｂ２ｃｏ￣／３］丁１　ｏｔ２＝ａｒｃｓｉｎ（６　）　采用Ｃ　，Ｏｔ　数据对ｃ　用极坐标放样法进行放　样，以上重复几次直到６　一６　＜１０　ｍｍ，见图３～４。　Ｅ　０　１　Ｊ　Ｌ　Ｅ　１　ｒ　１　图３某船坞工程山体边坡放样　图４某船坞工程山体　平面　边坡放样剖面　说明：Ａ为测站点，Ｂ为圆弧曲线圆心点，Ｄ为　已知后视点，ｃ为放样点，ｃ　为修正后放样点，ｎ　为　ＡＢ点的水平距离，ｂ　为ＢＣ点的水平距离，ｂ　为ＡＣ　点的水平距离，ｂ　为ＢＣ　点的水平距离，ｃ　为ＡＣ　点　的水平距离，日为ｃ点实测高程，　为常数，ｓ为常　数（通过图纸已知数据计算得），Ｏｔ　为／＿ＢＡＣ的角　度，　为　ＣＢＡ的角度，Ｏｔ　为／＿ＢＡＣ　的角度。不同　程序计算的数据输入必须正确，绝不能乱输，否则计　算的修正值就产生偏差。　（２）在测量过程中，电脑必须记录的数据有　①方位角控制与识别方向　②水平角　③竖直角　④水平距离（斜距），由全站仪测定　⑤放样点最终坐标和高程　⑥仪器高、棱镜高　３边坡测量系统的应用　３．１　准备工作　（１）检查全站仪各项指标是否正常，确定自检　合格后方可施测。　（２）检查计算器、对讲机是否正常，电力是否充　足。　（３）确定测站点，并找出此点，架好全站仪。　（４）确定并找出后视点。　（５）测量仪器高、固定棱镜高，输入全站仪。　（６）测站点高程输入全站仪。　（７）向计算器编制Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３程序，并输入已知　距离ｎ　、已知常数　，ｓ。　（８）调试程序是否运行正常。　３．２测量放样　（１）仪器定向：将全站仪架在测站上，精确整　平，瞄准后视点，锁死角度，水平角度归零、放开角　度。　（２）水平拨已知角度　，确定ＡＢ方向，锁死角　度，水平角度归零、放开角度。　（３）对放样点ｃ点进行第１次测量，记录水平　角Ｏｔ　，ＡＣ段水平距离Ｃ　，Ｃ点高程日。　（４）打开计算器调出程序Ｐ１，输人高程日，反算　ｂ　，记录。　（５）调出程序Ｐ２，输入水平角Ｏｔ　，ＡＣ段水平距　离Ｃ　和计算器中已储存的ｎ　，计算６　，记录。　（６）调出程序Ｐ３，输入Ｏｔ　，ｂ　，ｃ　计算　，记录。　（７）调出程序Ｐ２，输人　，ａ　，ｂ　计算ｃ　，记录。　（８）调出程序Ｐ３，输人　，ｃ　，ｂ　计算Ｏｔ　，记录。　（９）转动全站仪，水平角调整至Ｏｔ　，锁死水平角　度，指挥放样人员反射棱镜中心与全站仪中丝重合。　（１０）测量水平距离，指挥放样人员寻找Ｃ　点。　（１１）重新测量，读取数据，如此反复，直至ｂ　一　ｂ２＜１０　ｍｍ。　（１２）全站仪记录测量放样点的数据，记录的水　平角、竖直角、平距，放样点位置坐标。放样点间距　一般控制在４００　ｍｍ左右一个，原始数据采集好后　再通过数据传输线，将修正角度、距离输入电脑，进　行数据处理、绘图。　维普资讯 http://www.cqvip.com

夏　丹，等：高精度快速测　技术在大型山体边坡放样中的直用　ｌ　３９　３．３搬移测站　一般在测站点选择时就考虑到放样通视的问　题，所以在船坞山体边坡２个圆弧段放样时就使用　了１个测站点。如果现场条件不允许，需增设测站　点，由于本测量技术对测站点没有特殊限制，所以测　量人员可以根据工地实际情况和测量习惯设置测站　点。在此之前，测出后面要用到的测站坐标，然后搬　到下一个测站，重复以上工作。　３．４　内业整理　在施工现场完成测量之后，将各测量数据存人　电脑，在室内进行编辑、整理并及时将绘制实测断面　打印，反馈到施工班组，根据超欠挖情况，调整各种　爆破参数，以取得更好的开挖效果。　４应用效果及效益分析　４．１　应用效果　曲线放样测控技术常规的做法有：切线支距法、　弦线支距法、偏角法等，但都有其局限性，对特殊地　貌和高精度放样不能很好地满足使用。在船坞山体　边坡开挖施工放样中，对偏角法进行改进优化，增加　现场实时测量修正和测站点随意布设功能，均取得　了不错的效果，充分发挥了其优点，主要表现在：　（１）该测量系统由全站仪、对讲机、计算器、电　脑、软件组成，操作简单，易于掌握；　（２）人员数量比以往大大降低，只要２～３人；　（３）操作比较灵活，速度快，１个测点放样大约　需５　ｍｉｎ：　（４）测量放样精度大幅度提高达到１０　ｍｍ，较常　规放样精度提高３Ｏ倍；　（５）由于直接对每个钻孔点放样，而且该系统　可以灵活地根据曲线弧度大小、现场岩石情况和钻　孔技术人员要求，对孔间距进行实地加密或减少，这　对光面爆破的成形十分有利；　（６）该系统测量可紧跟作业面，检核光面爆破　后边坡超欠挖情况，测量信息反馈及时，马上通知作　业班组进行爆破参数的修改，能收到立竿见影的效　果：　（７）减少了工作量，外业减少了编制加密高程　图工序，内业工作中，大部分工作都在电脑中完成，　只剩下计算结果的打印。　表１为常规山坡放样与实时高精度放样比较。　表１　常规山坡放样与实时高精度放样比较　４．２效益分析　该测控技术在大型山体边坡中的测量放样，可　以最大限度地保障光爆的效果，在缩短工期和降低　工程成本方面都有显著效果。　（１）高精度的钻孔点放样基本杜绝了常规放样　因误差造成光爆面高差不平的影响。　（２）能将光爆超欠挖情况及时反馈信息给班　组，进行调整爆破参数和钻孔角度，减少超欠挖，使　开挖面得到有效控制。超挖的减少也就意味着喷混　凝土工程量的减少，欠挖的减少意味着处理欠挖工　作量的减少，从而大大降低了工程成本，增加了经济　效益。　（３）省去了重新绘制放样区域高程图工序，节　约了人力、物力。　（４）从所测绘的开挖面来看，一方面减少了超　挖面积，另一方面欠挖的减少可以加快施工进度，避　免了欠挖处理，节省了工期。　５　施工测量中计算机技术的应用　５．１　计算机程序在曲线放样中的应用　在大型工程的施工测量中，由于结构复杂、计算　量较大，尤其是对于曲线结构的施工放样与数据计　算（包括圆曲线参数计算），使用传统的计算方法已　不能满足工程的需要。因此，利用计算机程序进行　计算也越来越广泛地应用在大量的测量放样和内业　计算中，不但计算精确、高效，而且能快速完成复杂、　大量的计算，从而大大地提高工作效率。放样前，可　根据曲线的特征要素和施工中的实际情况，编写合　适的计算机程序。　５．２计算机电子模拟制图应用　施工测量工作中，电子版模拟制图的广泛应用，　在处理复杂部位施工上起到了明显效果，特别是对　曲线放样和放样误差的数据分析、边坡开挖控制三　维实体模拟等。除此，应用电子版制图模拟法可快　速求点坐标和量取距离及图形面积、实体体积、图纸　校对等。但值得注意的是，使用电子版制图应与施　工坐标系统一，以及与其他方法的正确复核。　参考文献：　［１］冯昆，等．国家大剧院（戏剧院）工程施工测量技术［Ｊ］．施工　技术，２００３，（９）．　［２］ＧＢ５００２６—９３工程测量规范［ｓ］．　［３］　陈龙飞．工程测量［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９０．　［４］林宗虎．工程测量技术手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　１９９７．　［５］　ＧＢＪ２０１—８３土方与爆破工程施工及验收规范［Ｓ］．　［６］　（加拿大）Ｔ．Ｊ．伯拉舒特，等．城市测量与制图［Ｍ］．李道义，郑　家声，译．北京：测绘出版社，１９８４．