測(cè)繪技術(shù)在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

石應(yīng)飛

【摘 要】隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路等級(jí)不斷提高，公路工程試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目逐漸增多，公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因而深入研究公路工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。文章通過(guò)介紹幾種測(cè)繪技術(shù)在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用，剖析各種方法的優(yōu)點(diǎn)以及存在的不足，以促進(jìn)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工作的整體進(jìn)步，提高公路工程試驗(yàn)檢測(cè)效率。

【關(guān)鍵詞】公路工程;試驗(yàn)檢測(cè);測(cè)繪技術(shù)

中圖分類號(hào)： U415.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0250-003

0 引言

在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中，運(yùn)用到了多種測(cè)繪相關(guān)技術(shù)，有些已經(jīng)十分成熟，有些由于量測(cè)精度的原因暫時(shí)得不到發(fā)展。為滿足試驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)發(fā)展要求，在測(cè)繪技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，如何利用新技術(shù)服務(wù)于公路工程試驗(yàn)檢測(cè)，提高試驗(yàn)檢測(cè)的工作效率，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。對(duì)于公路建設(shè)來(lái)說(shuō)，檢驗(yàn)工程質(zhì)量是否合乎標(biāo)準(zhǔn)是不可或缺的工程進(jìn)展環(huán)節(jié)，是保障工程質(zhì)量安全的重大問(wèn)題，所以，首先應(yīng)該明確在公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中，有哪些項(xiàng)目需要用到測(cè)繪方法，進(jìn)而確定目標(biāo)，組織合適的試驗(yàn)檢測(cè)人員和選擇符合精度要求的儀器設(shè)備，以保證試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前，在公路工程的施工過(guò)程或竣工驗(yàn)收期間，主要有以下幾個(gè)方面需要使用測(cè)繪相關(guān)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

1 公路線形檢測(cè)

在公路檢測(cè)中，測(cè)量公路的主要項(xiàng)目有曲線半徑、中線偏位、路面縱坡、路面橫坡、邊坡坡比、縱斷高程、路面路基寬度等。若用全站儀測(cè)量路面線形，是利用全站儀采集公路圓曲線和豎曲線上任意三點(diǎn)以上的三維坐標(biāo)，然后輸入圖形處理軟件可以計(jì)算出各個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，但是利用全站儀測(cè)量由于需要控制點(diǎn)之間通視，所以頻繁的轉(zhuǎn)站給檢測(cè)工作帶來(lái)了巨大的工作量。現(xiàn)在道路施工放樣和驗(yàn)收檢測(cè)基本上都采用GPS RTK測(cè)量，RTK是一種載波相位差分技術(shù)，能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，它的方便之處在于不需要測(cè)量控制點(diǎn)之間通視，作業(yè)效率較高，作業(yè)條件要求低，大范圍作業(yè)精度高，缺點(diǎn)是小范圍內(nèi)精度和穩(wěn)定性不足，高程精度不均勻等。目前普遍使用RTK測(cè)量路面線形、縱斷高程和縱坡，用全站儀測(cè)量邊坡坡比，用水準(zhǔn)儀測(cè)量路面橫坡，用皮尺或者鋼卷尺測(cè)量路基路面寬度。

曲線半徑、中線偏位和縱坡可以通過(guò)RTK采集三維坐標(biāo)之后輸入圖形處理軟件中通過(guò)擬合計(jì)算求出，在實(shí)際檢測(cè)中，可以用RTK一次性采集曲線半徑、中線偏位、縱斷高程、縱坡以及路面橫坡等的特征點(diǎn)，橫坡按下式計(jì)算：

■

式中？滓為橫坡，Hɑ、Hb為路面左右兩側(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)高程，s為左右兩點(diǎn)之間的平距，可以通過(guò)坐標(biāo)反算或者直接在圖上量取，縱坡計(jì)算公式和橫坡相同。

坐標(biāo)反算如下：

■

規(guī)范要求，高速公路和一級(jí)公路橫坡允許誤差為±0.3%，二級(jí)公路以下允許誤差為±0.5%。以路面寬度一副12米的一級(jí)公路為例，一般設(shè)計(jì)橫坡為2%，則路面兩側(cè)高差為24cm，允許偏差3.6cm，一般RTK的高差精度可達(dá)到厘米級(jí)，所以用RTK測(cè)量橫坡完全可以，但是對(duì)于一副寬度只有4.5米的二級(jí)或以下低等級(jí)公路，顯然誤差會(huì)很大，需要用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。

2 橋梁荷載試驗(yàn)

橋梁荷載試驗(yàn)中用于測(cè)量橋梁變形的光學(xué)儀器主要有高精度全站儀和高精度水準(zhǔn)儀，主要是用于測(cè)量荷載試驗(yàn)中橋梁的撓度和水平位移。全站儀一般采用三角高程測(cè)量，三角高程測(cè)量原理如下：

設(shè)儀器站高程為H1，觀測(cè)站高程為H2，豎直角為β，儀器高為i，覘標(biāo)高為j，兩點(diǎn)之間的平距為L(zhǎng)，則：

H2=H1+i+Ltanβ-j

上述計(jì)算公式是假定地球表面為水平面（即水準(zhǔn)面為水平面）、觀測(cè)視線為直線的基礎(chǔ)上推導(dǎo)而得到的。當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c(diǎn)間距離小于300m時(shí)，可以近似認(rèn)為這些假設(shè)條件是成立的，上述公式也可以直接應(yīng)用。從式中可以看出，測(cè)站點(diǎn)的觀測(cè)值受多因素的影響，其中影響較大的是豎直角β，先應(yīng)提高豎直角β的觀測(cè)精度，豎直角觀測(cè)角度也不能過(guò)大（最好不超10°），因?yàn)殡S著豎直角的增大，測(cè)角誤差對(duì)高差精度會(huì)產(chǎn)生顯著影響，所以在測(cè)量橋梁變形中，要求使用測(cè)距精度達(dá)到毫米級(jí)、測(cè)角精度小于0.5〞的高精度的全站儀，且只適用于一些大橋的變形測(cè)量，對(duì)于中小橋的撓度和水平位移只有幾毫米，用全站儀測(cè)量還是有問(wèn)題。

精密水準(zhǔn)儀，現(xiàn)在用于橋梁荷載試驗(yàn)中的精密水準(zhǔn)儀一般都采用數(shù)字電子水準(zhǔn)儀，其分辨率為0.01mm，測(cè)量精度0.3mm，測(cè)距150m，數(shù)字電子水準(zhǔn)儀測(cè)量精度高，是現(xiàn)階段一些中小橋橋梁荷載試驗(yàn)最常用的測(cè)量橋梁變形的儀器。需要注意的是測(cè)試前需要確定架設(shè)儀器的位置，保證儀器站在整個(gè)荷載試驗(yàn)中不受震動(dòng)影響，以免產(chǎn)生偏差。

《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定，變形測(cè)試可采用基于電（聲、光）原理的測(cè)試儀器，也可采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行變位測(cè)試，但是GPS RTK由于高程不穩(wěn)定且誤差較大等問(wèn)題，基本不用于橋梁荷載試驗(yàn)。

3 隧道施工監(jiān)控

測(cè)量技術(shù)在隧道施工和檢測(cè)過(guò)程中都占有很重要的作用，從隧道的勘察設(shè)計(jì)到竣工驗(yàn)收，都離不開測(cè)量。目前在隧道施工中，激光斷面儀廣泛運(yùn)用于開挖斷面、初期支護(hù)、二次襯砌斷面輪廓檢測(cè)。在隧道開挖和襯砌過(guò)程中，用激光斷面儀檢測(cè)斷面，激光斷面儀的測(cè)量原理為極坐標(biāo)法，用激光斷面儀測(cè)量斷面之前，還需要用經(jīng)緯儀或者全站儀布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)激光斷面儀進(jìn)行定位。

在隧道施工監(jiān)控測(cè)量中，需要用水準(zhǔn)儀檢測(cè)拱頂下沉和地表下沉，根據(jù)規(guī)范，拱頂下沉量量測(cè)精度為±0.5mm，地表下沉量測(cè)精度為±1mm，所以應(yīng)選用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行量測(cè)。地表沉降觀測(cè)需要通視條件好、基礎(chǔ)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的基巖、基石上埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，保證基準(zhǔn)點(diǎn)在整個(gè)地表觀測(cè)過(guò)程中穩(wěn)定且不被破壞。觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)與基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)要求相同，基點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)時(shí)機(jī)應(yīng)在隧道開挖達(dá)到量測(cè)斷面前1～3倍隧道開挖跨度距離前完成。

設(shè)基點(diǎn)高程為h0，前一次后視點(diǎn)（基點(diǎn)）的讀數(shù)為A1，前視點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)）的度數(shù)為B1，當(dāng)次后視點(diǎn)讀數(shù)為A2，前視點(diǎn)讀數(shù)為B2。

地表沉降值按以下計(jì)算：

前一次測(cè)點(diǎn)高程為：

h1=h0+A1-B1

當(dāng)次測(cè)點(diǎn)高程為：

h2=h0+A2-B2

地表沉降值為：

Δh=h2-h1

拱頂沉降按以下計(jì)算：

前一次測(cè)點(diǎn)高程為：

h1=h0+A1+B1

當(dāng)次測(cè)點(diǎn)高程為：

h2=h0+A2+B2

拱頂位移值為：

Δh=h2-h1

每次測(cè)量后應(yīng)立即對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行整理，并錄入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用編程自動(dòng)生成時(shí)間—沉降曲線，以便觀察處理，指導(dǎo)下一步施工。

對(duì)于變形較大的軟弱圍巖的隧道，若量測(cè)儀器精度對(duì)量測(cè)結(jié)果影響較小的，可以用全站儀觀測(cè)拱頂下沉和地表下沉，以及周邊收斂。利用全站儀觀測(cè)拱頂下沉、周邊收斂和地表下沉?xí)r，因?yàn)榧词褂迷俑呔鹊娜緝x也沒有用高精度水準(zhǔn)儀觀測(cè)精度高，所以全站儀的精度一般控制在2〞以內(nèi)，精度越高越好，測(cè)距精度為1mm，視準(zhǔn)軸的仰角為30°到60°之間，觀測(cè)過(guò)程中盡量保持觀測(cè)人員不變，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)站測(cè)量，旦不能超過(guò)3次，測(cè)量數(shù)據(jù)處理同用水準(zhǔn)儀。

4 討論

公路工程檢測(cè)的量測(cè)精度要求都比較高，例如橋梁荷載試驗(yàn)的應(yīng)變測(cè)量?jī)x千分表引伸計(jì)可以達(dá)到0.001mm的讀數(shù)精度，即使再高精度的全站儀也無(wú)能為力，光學(xué)測(cè)量?jī)x器只能應(yīng)用于一些精度要求比較低的檢測(cè)項(xiàng)目，RTK雖然可以進(jìn)行工程放樣，但是對(duì)于橋梁施工放樣等要求高精度的工程還是不能滿足要求，想辦法提高測(cè)量精度是目前急需解決的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著人民生活水平的日益提高，交通工具不斷增多，使得交通行業(yè)得到了快速的發(fā)展，公路的質(zhì)量安全關(guān)系到國(guó)家交通運(yùn)輸?shù)恼w規(guī)劃與建設(shè)，關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，而試驗(yàn)檢測(cè)工作的有效實(shí)施又是保證其質(zhì)量的關(guān)鍵，需要相關(guān)技術(shù)人員深入研究公路工程的各種試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，科學(xué)合理的利用各種檢測(cè)方法和測(cè)量設(shè)備，甚至可以研究出更高測(cè)量精度的儀器、設(shè)備、設(shè)施，不僅有利于提高檢測(cè)工作效率和整體檢測(cè)水平，也有利于提高我國(guó)測(cè)繪科學(xué)水平，推動(dòng)我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高井祥.測(cè)量學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2]余學(xué)祥，王堅(jiān)，劉紹堂等.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[3]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG/T J21-01-2015公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[4]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG F60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[5]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG F80/1-2017公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊(cè) 土建工程[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.