跳台滑雪训练基地施工测量

郑宏利 王长欢

(中铁十六局集团路桥工程有限公司, 北京 101500)

0 引言

我国冬季传统体育有着悠久的历史,但参与冬奥会的历史较短[1]。从1980年首次参加冬奥会,经过近四十年的发展,我国已成为冬奥会竞技实力较强的国家之一[2],但国家的冰雪运动设施建设还需完善加强。长期以来,跳台滑雪训练一直租借国外欧美国家场馆训练备战。随着北京申奥成功,国家加大冰雪项目设施的投资建设,本文所阐述的项目就是国家跳台滑雪训练基地建设所采取的测量方法。

1 工程概况

涞源国家跳台滑雪训练科研基地一期是国家备战2022年冬奥会的重点设施建设项目,同时也是促进涞源体育事业快速发展而衍生的产业经济,是发展当地旅游产业带领山里人民过上向往生活的契机。项目主要工程建设内容包含两条跳台赛道(HS140和HS106)、市政道路(上山道路和进场道路)长度2.776 km、蓄水池(蓄水量200 000 m3)、水平风洞、缆索等(如图1所示)。涉及施工内容包括钢结构制作工程、土石方及混凝土工程、给排水工程、着陆坡面仿真草皮工程、助滑道水槽及制冷系统工程、裁判楼教练台建设工程、提升系统、造雪系统、灯光照明、市政配套等工程。工程计划开工时间为2020年1月,计划投入使用时间为2020年10月。

图1 项目总体平面图

2 工程测量技术重难点

2.1 上山道路工程

上山道路主要为比赛进行运输服务,线路转角、坡度及沿途风景要求较高,既要满足车辆运行需要,也要与环境融为一体。由于上山道路在陡坡沟壑之间开凿,坡度较大,山上灌木丛生,人员行走困难,测量放样难度较大。

2.2 跳台结构工程

此项工程为整个项目的关键性工程,也是运营期核心使用结构,施工精度的好坏直接影响后续训练的效果。由于跳台赛道与地面的夹角有严格规定,所以对测量的精度要求很高,主要体现在高程控制上。

2.3 风洞工程

此设备采用闭口回流风洞形式。作为综合性体育运动科研训练风洞,不仅要满足跳台滑雪与空气动力学有关的全部训练内容和科研实验内容,还要为其他竞速类体育运动项目预留接口。风洞工程主要为结构安装工程,对预埋精度要求较高。

2.4 蓄水池、缆索等工程

蓄水池主要是开挖精度控制,缆索工程主要是安装预埋精度控制。

3 保证测量精度措施

测量工作总体原则:先整体,后局部;先控制,后碎步[3]。根据不同结构物的测量要求特点,分别进行测量方案布置。摒弃传统精密导线网,整网采用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)控制点指导施工[4]。

(1)首先对整个项目进行设计交桩复测,检验设计所交接点位的稳固性和准确性。平面复测采用四台徕卡全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机,按照设计交接桩位的同等精度进行静态观测,边连式模式,共测三站。高程复测采用天宝电子水准仪(DINI03),按照设计交接桩位的同等精度进行复测。复测完成后,控制点的测量坐标与设计坐标进行对比,若出现点位误差超限,分析误差较大点位形成的原因,并进行重新测量。若点位误差未超限,使用原设计成果。

(2)根据设计图纸,把结构物投点到谷歌地球上,利用谷歌地球的3D(Three Dimensional)影像进行加密点位选埋布设。为施工方便,通常会在结构物附近布设易于施工的加密点,如图2所示。本次加密点结合各结构物的特点并利用谷歌地球的多维直观性进行布设[5],为保证跳台整体结构的相对准确性,风洞工程建设预留螺栓的位置稳定,加密点采取不低于设计点位精度进行加密测量。平面采用徕卡GNSS接收机网连式静态观测,高程采用天宝DINI03电子水准仪施测,最大限度地减少测量误差,保障结构物建设过程中的准确性。

图2 控制点及加密点(D1～D8)布设图

(3)开工前熟练掌握图纸各结构物尺寸,两组人员独立计算出各特征放样点的坐标,并进行对比。根据计算的坐标数据在CAD中绘画出各结构物的绝对位置,CAD图上查看相对结构物之间的关系,若有设计冲突或者矛盾的地方及时反馈给设计。

(4)由于跳台、蓄水池、风洞、缆索等重要结构物集中在D1、D2、D3、D4四个控制点附近,现场施工时,要注意控制点的保护。为保证每个结构物的绝对位置和相对位置的准确,每个结构物放样时,固定使用同一对基站点和后视点,保证放样精度。

(5)上山道路多位于陡坡、深谷地带,地表地貌复测采用无人机摄影测量[6],特殊地段辅助采用有马达、带蓝牙的全站仪,运用免棱镜无接触测量方式复核。清表后,采用实时动态载波相位差分技术(Real-Time Kinematic，RTK)进行施工放样[7]。

4 具体测量过程

4.1 平面控制网解算

GNSS数据处理包括基线向量解算和网平差两个部分,基线向量解算及网平差采用随机附带的GNSS解算软件LGO 8.4。及时进行观测数据的处理和质量分析,检查是否符合规范和技术设计要求。每天对当天的观测数据进行粗处理和基线解算,并及时对闭合环、重复基线等进行计算检核[8]。

4.1.1基线向量解算

基线处理时,应严格遵守下列要求:

(1)基线解算时,卫星星历统一采用广播星历,卫星高度角一般采用15°。

(2)同一时段观测值的数据剔除率小于20%,否则应重测。

(3)任一时段的同步观测时间,GPS E级网小于40 min,任一时段的有效卫星数少于4颗,则该时段作废。

(4)基线向量满足验收标准后,按最小闭合环原则对全网的基线向量进行闭合环搜索,并对闭合环的闭合差进行计算检验。独立闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定[9]:

(1)

4.1.2网平差

GPS网平差是在基线质量检验合格的前提下进行的,先进行三维向量网无约束平差,各项指标合格后再进行二维约束平差。

4.1.2.1 三维向量网无约束平差

基线解算各项质量指标均满足要求后,在WGS-84坐标系下以全网有效观测时间较长、观测条件较好、接近全网中部的控制点的三维坐标成果(空间直角坐标)作为起算数据,进行全网的三维无约束平差(如表1所示)，最弱边为D06～D07。

表1 三维无约束平差表

4.1.2.2 二维约束平差

GPS基线网三维无约束平差合格后,以所联测的、经复测确认点位稳定可靠的设计控制点作为约束点进行二维约束平差。平差时,选择西安80坐标系,中央经线为114.67°E,投影大地高为900 m下完成平面控制网解算(如表2所示)，最弱边是D06～D07。

表2 二维约束平差表

4.2 高程控制网解算要求

根据设计单位移交资料,选用不低于设计单位的精度进行复测及加密。

4.2.1观测数据质量检核

外业工作结束后,对观测数据的质量进行检核,检核的内容主要包括:测站数据、水准路线数据、附合路线的高差闭合差。

数据质量检查合格后,才能进行后续的平差计算:水准基点间高差计算。

4.2.2每千米高差偶然中误差计算

按测段往、返测高差不符值计算每千米高差偶然中误差M△,M△应满足表3中 的规定,否则应对闭合差较大的测段(水准路线)进行重测[10]。

表3 M△、MW限差 单位:mm

M△按下列公式计算:

(2)

式(2)中,MΔ为测段往、返测高差不符值(mm);L为测段长度,以km计;n为测段数。

4.2.3每千米高差全中误差计算

四等水准网加密计算时,需要计算全中误差MW,MW应满足表3中 的规定,全中误差按照下列公式进行计算[10]:

(3)

式(3)中，N为水准路线环数;L为测段长度,以km计;W为附和或环线闭合差。

4.3 施工放样措施

(1)为保证绝对位置和相对位置的精度,每个结构物固定使用同一对基站点和后视点进行放样。根据现场实际观测条件划分(如图3所示),结构物-跳台及缆索放样,D1为司仪点,D4为后视点;结构物-蓄水池放样,D2为司仪点,D4为后视点;结构物-风洞放样,D4为司仪点,D1为后视点。

图3 放样区域划分

(2)结构物放样的过程中,时刻保持认真仔细的态度,精益求精的理念(如图4所示),事前整平、事后检核的工作流程。

图4 减小大气折光影响的措施

5 测量技术的总结

目前对已完成的部分结构物质量及外形尺寸检测,绝对位置及尺寸误差均远小于规范要求。建成跳台的滑道与地面所成角度完全符合设计要求,HS140和HS106两条跳台赛道的绝对位置和相对位置基本与设计一致,既相互联系又互不干扰。缆索、风洞等结构物基础预埋部件尺寸十分精准,目前水平风洞实验室洞体钢结构全部安装完毕,测量精度非常高。通过以上测量措施的使用,对于局部安装精度要求较高的项目总结出几点测量方法。

(1)首级控制网及加密网必须精确,且布网精度不低于设计(设计点位误差较大时,平面使用一点一方向平差,高程使用闭合水准线路平差)。

(2)熟悉图纸尺寸,正确计算放样点位坐标(至少两组人独立计算,计算后进行坐标比对,不一样时,找出原因,直至相同)。

(3)根据测量工作的精度要求和现场地形地貌特点,应用与之相匹配的测量仪器设备,既能提高测量作业效率,又能保证测量作业精度[11]。

(4)熟悉现场,始终使用同一对控制点对同一结构物进行放样。放样时注意温度、湿度、大气折光等因素对于仪器的影响,及时运用相应措施进行消除。

6 结束语

本文所阐述的测量方法和措施,为相关类似项目的测量工作提供借鉴参考,适用类似冰雪设施项目局部控制精度较高的结构物施工。由于此项目为国内首次自主建造,无相关测量技术规范参考,也无相关建造经验,施工过程中只能通过提高测量精度来保障施工质量,对测量人员水平和测量仪器性能要求非常高,无形中增加了测量成本。建议相关单位制定合理的施工规范和适度的测量技术规范,在保障施工质量的前提下,提高测绘效率,节约建设成本。涞源国家跳台滑雪训练科研基地项目正在平稳推进,目前已完成总工程量的80%,该项目落成之后将成为国内第一个自主建设的跳台,助力国家奥运健儿在2022年北京冬奥会上摘金夺银、取得更好成绩做好品质服务。