浅谈GPS 在水利工程施工测量中的应用

2020-01-08刘红玲

山东水利 2020年1期

关键词：土石方高程断面

李猛，刘红玲

（青州市黑虎山水库水利工程建筑安装公司，山东潍坊262500）

水利工程具有施工范围广、野外作业、地形复杂等特点。GPS 测量技术的应用极大地降低了水利工程施工测量工作的强度，提高了工作效益。本文结合水利工程施工实例，介绍了GPS 在水利工程施工中一些实际应用。

1 GPS 在水利工程中的应用

1.1 土石方开挖工程中断面测量

1）原始断面测量。在土方工程开工之前，首先要制定合理的测量方案，确定最合理的起始直线L1，沿直线记录高程点h，沿线的高低起伏处要增加测量点，直线起始点和结束点必须覆盖土石方工程施工工作范围。确定测量间距d，然后用GPS 的直线放样功能平行于L1 割断面，依次记录L2、L3……Ln 直线上的高程，绘制出原始断面测量图。

2）竣工断面测量。土方工程施工完成后，利用GPS 的放样功能找出原始断面测量中确定的直线L1。竣工测量标记为直线L1′，同样是沿直线记录高程点h，起伏处多测，平缓处少测，记录出L1′线上的高程点后，用GPS 的直线放样功能，每间隔间距d，平行于L1′割断面，一次记录L2′、L3′……Ln’直线上的高程，绘制出竣工断面测量图。

3）土石方工程量计算。利用CAD 绘制的原始断面测量图和竣工断面测量图中每一条直线的原始L1 与L1′，L2 与L2′……Ln 与Ln′断面的面积差，记为S1、S2……Sn。计算两个断面差的平均值作为平均面积，即S1′=（S1+S2）/2，S2′=（S2+S3）/2……Sn′=（Sn+0）/2，土石方工程量V=（S1′+S2′+……Sn′）*d。

1.2 施工定位放线和竣工图绘制应用

根据已知的基准点，用GPS 中的求转换参数功能，建立坐标系。利用CAD 软件读出设计单位所给图纸的坐标，输入GPS 坐标库中，用点放样功能，进行平面坐标放样。此方法适合于水利工程中基础和挡墙施工放样定位，尤其适合现场曲线放样。

工程完工后，根据工程实际情况，用GPS 的点测量功能，将完工的建筑物或构筑物的轮廓读取出来，然后导出至电脑，用CAD 软件绘制出工程竣工图。此功能特别适合于输水管道工程施工。

2 GPS 的基本原理和优势

2.1 基本原理

GPS 定位分为三大类：第一类是位置差分；第二类是伪距差分；第三类是相位差分。以上三类的GPS 定位原理是一致的，即基准站发送改正数，随即用户站接收信息，并修改信息，进而获得准确的定位。

2.2 土方工程用GPS 计算工程量的优势

1）以往水利工程施工中断面测量较常用的全站仪测量，全站仪测量必须保证测量点和全站仪之间保持通视，如不通视则必须转点测量，而转点带来的误差不可避免，因而从精度上GPS 要优于全站仪。虽然GPS 高程精度不太高，但相对于土石方开挖工程这种大方量基数来讲，精度要求满足工程计量需求。更重要的是，GPS 在建立好坐标系校核后，一人就能完成全部工作，受地形影响小，大大降低了测量工作量，提高了工作效率。

2）由于在原始断面测量和竣工断面测量中使用同样的测量断面，能很好地反映出土石方施工前后该直线段的断面变化，通过两个相邻断面平均取值，能很客观地计算土石方工程量。

3 水利工程应用实例

3.1 土方断面测量实例

在黑虎山水库管理区台地填筑工程中，台地上口填筑总长度约120 m，填筑宽度约80 m。沿副坝坝轴线开始间距10 m 划一个断面，共划分为16 个断面。填筑施工开始前，先用GPS 进行原始断面测量，用CAD 绘制原始断面测量图。填筑全部完成后，沿原先划分的断面用GPS 测量，绘制出竣工断面测量图。用竣工断面图与原始断面图两者相叠加，计算出每个断面的增加面积，根据相邻断面平均增加面积乘以间距得出两个断面之间的填筑土方量，依次计算出所有断面土方，即为全部填筑土方工程量。

3.2 黑虎山水库溢洪道灾后改扩建工程

在黑虎山水库溢洪道灾后改扩建工程中，原溢洪道增扩一孔闸门，对放线测量要求很高。既要满足后续混凝土施工，又不能开山太多影响原溢洪道安全。遇到难题就是溢洪道弧形挡墙难以准确定位，由于现场地形复杂、坡陡林密，常规方法很难实现准确定位，利用GPS 点放样功能，在弧形挡墙平面布置图上加密至间隔50 cm 读取坐标一次，将坐标输入GPS 坐标库，再将其在施工现场定位出来。同时，在石方开挖施工过程中随时进行校核，准确地定位了挡墙位置。

3.3 青州市三库串联工程

在青州市仁河水库、黑虎山水库、七一水库三库串联工程中，其中一段为管道工程，管道总长12.5 km，沿大石河河道内埋设PCCP 预应力钢管混凝土管道，施工过程中，由于现场河道地形变化较大，实际管道埋设并不是完全按施工图纸定位施工。在管道敷设完毕、土方回填之前，用GPS 将管道从头至尾全部实际测量一遍，绘制成竣工平面图。因为有着精确定位图，后来公路局在石河建桥打桩时精确避开管道位置，保护了新建成的管道。

4 GPS 在水利工程施工中的问题

4.1 配合水准仪使用测量精度稳定

GPS 平面测量误差在20 mm 以内，基本达到水利工程施工精度要求。但高程误差稳定性差，受地形、天气等因素影响较大，不能满足施工的精度要求，因此，建议在高程精度误差要求较高的工程中，尽量不要用GPS 直接读取高程，应以水准仪为主，用GPS 加以辅助，两者配合使用。在高程精度要求不是很高的工程中，如开阔的场地以及大土方量工程中，可以采用GPS 直接读取。同时在实际高程测量中一定要注意基准点处杆高和实际测量处的杆高，两者必须一致，否则较容易出现大范围测量错误。