测绘技术在公路工程试验检测中的应用

石应飞

【摘 要】随着公路建设的快速发展，公路等级不断提高，公路工程试验检测项目逐渐增多，公路工程试验检测工作面临严峻挑战，因而深入研究公路工程试验检测技术及其应用具有现实意义。文章通过介绍几种测绘技术在公路工程试验检测中的应用，剖析各种方法的优点以及存在的不足，以促进公路工程试验检测工作的整体进步，提高公路工程试验检测效率。

【关键词】公路工程;试验检测;测绘技术

中图分类号： U415.1 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）05-0250-003

0 引言

在公路工程试验检测中，运用到了多种测绘相关技术，有些已经十分成熟，有些由于量测精度的原因暂时得不到发展。为满足试验检测行业发展要求，在测绘技术突飞猛进的今天，如何利用新技术服务于公路工程试验检测，提高试验检测的工作效率，是一个值得探讨的问题。对于公路建设来说，检验工程质量是否合乎标准是不可或缺的工程进展环节，是保障工程质量安全的重大问题，所以，首先应该明确在公路工程试验检测中，有哪些项目需要用到测绘方法，进而确定目标，组织合适的试验检测人员和选择符合精度要求的仪器设备，以保证试验检测数据的准确性。目前，在公路工程的施工过程或竣工验收期间，主要有以下几个方面需要使用测绘相关技术进行试验检测。

1 公路线形检测

在公路检测中，测量公路的主要项目有曲线半径、中线偏位、路面纵坡、路面横坡、边坡坡比、纵断高程、路面路基宽度等。若用全站仪测量路面线形，是利用全站仪采集公路圆曲线和竖曲线上任意三点以上的三维坐标，然后输入图形处理软件可以计算出各个项目的数据，但是利用全站仪测量由于需要控制点之间通视，所以频繁的转站给检测工作带来了巨大的工作量。现在道路施工放样和验收检测基本上都采用GPS RTK测量，RTK是一种载波相位差分技术，能够在野外实时得到厘米级定位精度，它的方便之处在于不需要测量控制点之间通视，作业效率较高，作业条件要求低，大范围作业精度高，缺点是小范围内精度和稳定性不足，高程精度不均匀等。目前普遍使用RTK测量路面线形、纵断高程和纵坡，用全站仪测量边坡坡比，用水准仪测量路面横坡，用皮尺或者钢卷尺测量路基路面宽度。

曲线半径、中线偏位和纵坡可以通过RTK采集三维坐标之后输入图形处理软件中通过拟合计算求出，在实际检测中，可以用RTK一次性采集曲线半径、中线偏位、纵断高程、纵坡以及路面横坡等的特征点，横坡按下式计算：

■

式中？滓为横坡，Hɑ、Hb为路面左右两侧点的坐标高程，s为左右两点之间的平距，可以通过坐标反算或者直接在图上量取，纵坡计算公式和横坡相同。

坐标反算如下：

■

规范要求，高速公路和一级公路横坡允许误差为±0.3%，二级公路以下允许误差为±0.5%。以路面宽度一副12米的一级公路为例，一般设计横坡为2%，则路面两侧高差为24cm，允许偏差3.6cm，一般RTK的高差精度可達到厘米级，所以用RTK测量横坡完全可以，但是对于一副宽度只有4.5米的二级或以下低等级公路，显然误差会很大，需要用水准仪进行测量。

2 桥梁荷载试验

桥梁荷载试验中用于测量桥梁变形的光学仪器主要有高精度全站仪和高精度水准仪，主要是用于测量荷载试验中桥梁的挠度和水平位移。全站仪一般采用三角高程测量，三角高程测量原理如下：

设仪器站高程为H1，观测站高程为H2，竖直角为β，仪器高为i，觇标高为j，两点之间的平距为L，则：

H2=H1+i+Ltanβ-j

上述计算公式是假定地球表面为水平面（即水准面为水平面）、观测视线为直线的基础上推导而得到的。当地面上两点间距离小于300m时，可以近似认为这些假设条件是成立的，上述公式也可以直接应用。从式中可以看出，测站点的观测值受多因素的影响，其中影响较大的是竖直角β，先应提高竖直角β的观测精度，竖直角观测角度也不能过大（最好不超10°），因为随着竖直角的增大，测角误差对高差精度会产生显著影响，所以在测量桥梁变形中，要求使用测距精度达到毫米级、测角精度小于0.5〞的高精度的全站仪，且只适用于一些大桥的变形测量，对于中小桥的挠度和水平位移只有几毫米，用全站仪测量还是有问题。

精密水准仪，现在用于桥梁荷载试验中的精密水准仪一般都采用数字电子水准仪，其分辨率为0.01mm，测量精度0.3mm，测距150m，数字电子水准仪测量精度高，是现阶段一些中小桥桥梁荷载试验最常用的测量桥梁变形的仪器。需要注意的是测试前需要确定架设仪器的位置，保证仪器站在整个荷载试验中不受震动影响，以免产生偏差。

《公路桥梁荷载试验规程》中规定，变形测试可采用基于电（声、光）原理的测试仪器，也可采用卫星定位系统进行变位测试，但是GPS RTK由于高程不稳定且误差较大等问题，基本不用于桥梁荷载试验。

3 隧道施工监控

测量技术在隧道施工和检测过程中都占有很重要的作用，从隧道的勘察设计到竣工验收，都离不开测量。目前在隧道施工中，激光断面仪广泛运用于开挖断面、初期支护、二次衬砌断面轮廓检测。在隧道开挖和衬砌过程中，用激光断面仪检测断面，激光断面仪的测量原理为极坐标法，用激光断面仪测量断面之前，还需要用经纬仪或者全站仪布置测点，对激光断面仪进行定位。

在隧道施工监控测量中，需要用水准仪检测拱顶下沉和地表下沉，根据规范，拱顶下沉量量测精度为±0.5mm，地表下沉量测精度为±1mm，所以应选用精密水准仪进行量测。地表沉降观测需要通视条件好、基础稳定、抗干扰能力强的基岩、基石上埋设基准点，保证基准点在整个地表观测过程中稳定且不被破坏。观测点的埋设与基准点埋设要求相同，基点和测点的埋设时机应在隧道开挖达到量测断面前1～3倍隧道开挖跨度距离前完成。

设基点高程为h0，前一次后视点（基点）的读数为A1，前视点（测点）的度数为B1，当次后视点读数为A2，前视点读数为B2。

地表沉降值按以下计算：

前一次测点高程为：

h1=h0+A1-B1

当次测点高程为：

h2=h0+A2-B2

地表沉降值为：

Δh=h2-h1

拱顶沉降按以下计算：

前一次测点高程为：

h1=h0+A1+B1

当次测点高程为：

h2=h0+A2+B2

拱顶位移值为：

Δh=h2-h1

每次测量后应立即对测量结果进行整理，并录入计算机，应用编程自动生成时间—沉降曲线，以便观察处理，指导下一步施工。

对于变形较大的软弱围岩的隧道，若量测仪器精度对量测结果影响较小的，可以用全站仪观测拱顶下沉和地表下沉，以及周边收敛。利用全站仪观测拱顶下沉、周边收敛和地表下沉时，因为即使用再高精度的全站仪也没有用高精度水准仪观测精度高，所以全站仪的精度一般控制在2〞以内，精度越高越好，测距精度为1mm，视准轴的仰角为30°到60°之间，观测过程中尽量保持观测人员不变，可以进行转站测量，旦不能超过3次，测量数据处理同用水准仪。

4 讨论

公路工程检测的量测精度要求都比较高，例如桥梁荷载试验的应变测量仪千分表引伸计可以达到0.001mm的读数精度，即使再高精度的全站仪也无能为力，光学测量仪器只能应用于一些精度要求比较低的检测项目，RTK虽然可以进行工程放样，但是对于桥梁施工放样等要求高精度的工程还是不能满足要求，想办法提高测量精度是目前急需解决的问题。

5 结语

综上所述，随着人民生活水平的日益提高，交通工具不断增多，使得交通行业得到了快速的发展，公路的质量安全关系到国家交通运输的整体规划与建设，关系到人民的生命财产安全，而试验检测工作的有效实施又是保证其质量的关键，需要相关技术人员深入研究公路工程的各種试验检测技术，科学合理的利用各种检测方法和测量设备，甚至可以研究出更高测量精度的仪器、设备、设施，不仅有利于提高检测工作效率和整体检测水平，也有利于提高我国测绘科学水平，推动我国公路建设的发展。

【参考文献】

[1]高井祥.测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[2]余学祥，王坚，刘绍堂等.GPS测量与数据处理[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013.

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