导线测量在武咸公路改造工程中的应用*

孟 岩 刘莉淋 田文彬 董 锐

(1.中交二航局五公司,湖北 武汉 430012; 2.武汉交通职院学院,湖北 武汉 430065;3、4.中建三局第二建设工程有限公司,湖北 武汉 430074)

0 前言

武咸公路改造工程北接武汉市一环线,南接武汉市三环线青菱立交,并与武汉市二环线相交,全长约 7.5km,其中主线高架长约 7.2km,主线地面段长 0.3km,全宽 50m～70m。武咸公路是主城区三环十三射快速骨架路网的重要主城部分,是城市南部重要的快速出口路,因此,必须保证武咸公路改造工程质量。控制测量是工程施工的根本,直接影响到主体及附属工程的质量、安全和美观,要保证武咸公路改造工程质量,就必须做好控制测量工作。而武咸公路改造工程建设周期长,施工精度要求高,标段多且开工时间不一,还与武咸公路排水工程、拆迁工程同时进行,施工同时还必须保证原交通的畅通,使得控制测量环境狭窄复杂,平面交叉多,视线障碍大,给控制测量工作带来极大困难。

1 导线布网

原武咸公路是白沙洲地区唯一的南北贯通的道路,与 11条次干道级别道路相交,在改造施工的同时,还必须预留 4个车道保证原交通的畅通,因此,武咸公路改造工程的施工宽度仅为 10.0m～20.0m,呈典型的狭长带状,网型受限,只适合布设导线网。由于工期较紧,施工单位在拆迁工作还未完全结束就已开工,拆迁工程与改造工程同时进行,同时,为完成武咸公路的改一体化改造,排水工程也同时进行,三项工程同时进行,造成工程之间施工空间的竞争,相互之间施工干扰大,再加上交通动载荷的扰动和人为破坏,导线点位极易破坏。因此,为了满足《工程测量规范》对施工和竣工测量的限差要求,提高施工测量的精度和速度,尤其是保证施工放样和竣工测量的统一性以及兼顾到施工的适用性,根据设计院提供的点位,将武咸公路改造工程的控制网布设为三条附合导线。

由于武汉市政设计院提供的基准网是 D级GPS点及三级导线点,根据《工程测量规范》,将加密控制网布设为三级三条导线网(见图 1)。第一条附合导线是一期导线,是根据武汉市政设计院提供的 GPS控制点 X1,X2及 X20,X24,布设成直伸形状,共有导线点 51个(JMA1～JMA18,JMB1～JMB23),相邻边长相差不大。由于大部分规划红线建筑尚未拆迁,无法远离施工现场的地方,在围墙之内,随着工程的施工,道路两侧因修便道等原因,部分导线控制点已遭破坏,部分位于在路中,由于车辆行驶已无法使用,于是又利用X1、X2及 X20、X24分别在左右两侧便道上布设导线网,即第二条导线(D1-1～D26-1)、第三条导线(C1-1～C25-1),形成第二期导线网。该平面控制网形式灵活,延伸扩展性强,检核条件多,不仅有效保证了工程质量和施工进度需要,降低施工过程的施测难度,减少了导线测量中环境的影响,而且两期导线网、三条附合导线能相互检查,相互校核,确保控制网不因房屋拆迁、各种管线改迁与路桥施工中,损毁部分控制点仍可快速准确施测。

图 1 导线网的布设

根据《工程测量的规范》,导线控制点应分布均匀,具有足够的密度,导线边长大致相等,相邻边长相差不大,导线桩选在不易被行人车量触动,土质坚硬,便于安置仪器的地方。因此,第一条导线采用无路面导线桩与有路面导线桩并用;第二条导线采用测钉为马路面导线桩,第三条导线为主线围挡内的临时导线桩。

2 导线测量

导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值,再根据起算数据,推算出各边的坐标方位角,经过平差改正,从而求出各导线点的坐标,以此平差后的坐标作为武咸公路施工过程中桩基、承台、墩柱、箱梁中心线等具体测量工作的放样依据。

根据《工程测量规范》要求,按照三等导线测量技术要求进行(见表 1)。

表 1 三等导线测量主要技术要求

2.1 转角测量

导线的转折角用 TopconGTS-330N全站仪(测角精度:±2";测距精度:±(2mm+2ppmD))按测回法进行观测,水平角在观测中以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角。左、右角平均值之和,应等于 360°,其误差值不大于测角中误差的 2倍,且水平角在观测过程中,气泡中心位置偏离误差不大于 20"。①何晓辉:《地铁地面精密导线测量》,载《隧道建设》2008年第 3期。

2.2 边长测量

边长往返丈量的相对中误差一般不得超过 1/5000,在特殊困难地区也不得超过 1/4000,且必须进行温度﹑气压等气象改正,同时还需进行加、乘常数的改正。②王建华,杨海平:《新型导线在水电工程测量中的应用》,载《测绘通报》2005年第 10期。

2.3 测量结果

由于施工现场由于拆迁未动,树木生长,道路车流量大,施工围挡等诸多因素影响,虽然给导线测量难度较大,但通过严格要求和细心地工作,测量结果见表 2,测量结果完全满足规范要求。

表 2 导线测量结果

3 导线平差计算

外业观测完导线网之后,便是进行内业计算,即进行导线测量数据平差和导线控制点坐标的计算。计算前要检查外业记录,以确保计算用的原始资料正确无误,为计算方便,可绘制草图注明观测数据。

3.1 简单的导线平差计算

简单的导线平差是常用的简单的平差方法,其步骤如下:(1)将实测的导线方位角闭合差进行简易平差,即将角度闭合差平均分配到该导线的各导线角内;(2)按平差后的导线角,计算该段导线的各导线点坐标,求出坐标闭合差;(3)根据该段导线各边的边长按比例分配坐标闭合差,得到各点调整后的坐标值。

该方法计算简单快捷,但是权重设定不能结合实际的测量项目确定,存在一定的局限性,导致控制网数据准确度不高,因此,在该项目中采取坐标严密平差的方法进行平差。

3.2 坐标严密平差

坐标严密平差属于间接平差的一种,以待定点的坐标平差值作为未知数,根据全站仪的实测坐标,将其作为待定点的近似坐标,得到角误差方程式与边误差方程式,再合理地确定其权重,组成法方程,通过平差就直接得到了各待定点的坐标平差值。①刘苏,贺春晖:《公路导线控制测量数据处理的算法研究》,载《交通与计算机》2004年第 1期。

角误差方程为:

边误差方程为:

测角误差是引起观测方向上横向误差的因素,而测边误差是引起观测方向上纵向误差的因素,这两种误差都使网形结构产生变形。如果二者引起的变形影响一样,则说明边长和角的权相等,否则就不等。根据以上分析,导线网中边角权的确定可将边长观测虚拟成方向观测定权,应用全站仪观测的导线,按如下方法确定权。

(1)导线所有的转折角因测量的测回数相等,按等权对待,并设角度观测中误差为单位权中误差,即 μ0=mβ,则 p=1。

(2)导线边的观测,因各边长不等,则各边长观测精度不等,可以根据全站仪的标准测距精度求出每条边的测距中误差 mD。边长观测相当于在其垂直方向上进行方向观测,则虚拟方向观测的中误差为根据边长观测的权与虚拟方向观测的权相等的原则,按权的定义公式,即可确定每一条边的权值。

3.3 导线平差结果

运用南方平差易计算,平差结果符合要求,第一条导线的最弱点为 JBM4,第二条导线的最弱点为D14-1,第三条导线的最弱点为 C2-1(见表 3)。

表 3 导线平差结果

经检核,外业结果满足规范要求,经内业计算平差,测量结果满足规范精度要求,因此,最后计算得到的导线控制点的坐标经报监理及相关部门,可以作为以后施工的依据。但需注意,由于施工及环境的影响,需要定时定期测量导线网,以监控其是否发生变形,以保证工程的质量。

4 结束语

(1)布设的两期、三条附合导线能相互检查,相互校核,更好地保证了加密控制点的精度。该布网形式可推广到多个导线点,适合于地形复杂的城市交通改造工程,特别适合工期紧,房屋拆迁、各种管线改迁与路桥施工同时进行的工程,保证了经济性和时效性。

(2)全站仪导线获取的观测值是支导线点的坐标,该坐标是直接利用含有误差的角度观测值与边长观测值由仪器自身的计算功能算出的。因此,本文采用导线的严密坐标平差综合考虑了角度观测误差与边长观测误差两项,运用南方平差易软件对测量数据进行处理并与手工计算结合,得到满意的结果。

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