三峽工程清漂碼頭工程施工測量控制方法

陳兆斌

摘要：介紹了三峽工程上游清漂碼頭水上水下各類建筑物施工方法，并就各類建筑物不同精度要求提出了有針對性的測量解決方案，闡述了水下測量、土石方挖填測量、混凝土建筑物測量及金屬結(jié)構(gòu)測量的方法，分析了如何保證測量作業(yè)精度及提高作業(yè)效率的措施，論證了該措施的可靠性及實用性，對線路測量、GPS測量近景測量等技術(shù)的引進進行了概述，并提出了測量工作中應(yīng)注意的問題。

Abstract： This paper introduces the construction methods of various water and underwater buildings of the Qinghuang Wharf in the upstream of the Three Gorges Project， and proposes a targeted measurement solution for different precision requirements of various buildings. It also describes underwater measurement， earthwork excavation and filling measurement， concrete building measurement and metal structure measurement methods， analyzes the measures to ensure the accuracy of measurement and improve the efficiency of the operation， demonstrates the reliability and practicability of the measure， and introduces the introduction of technologies such as line measurement and GPS measurement close-range measurement， and raises the issues that should be noted in the measurement work.

關(guān)鍵詞：三峽工程;清漂碼頭;測量方法;精度;應(yīng)用

Key words： Three Gorges Project;Qingpiao Wharf;measurement method;accuracy;application

中圖分類號：U642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0111-03

1 ?概述

三峽右岸清漂碼頭工程是專為清理三峽水利樞紐上游大量生活和工業(yè)垃圾而修建的專用轉(zhuǎn)運靠泊碼頭，對保護中華民族母親河——長江的生態(tài)環(huán)境有重要作用。建筑物位于秭歸新縣城下游緊鄰茅坪防護大壩左側(cè)，施工作業(yè)區(qū)面積約二十萬平米，工程總體屬二類建筑物，工期22個月。

從施工作業(yè)區(qū)來劃分，工程可分為水下拋投護岸工程及岸上各類建筑物工程，從建筑物分類來劃分，工程可分為土石方工程、混凝土房建及道路工程、金屬結(jié)構(gòu)埋件安裝工程。從測量精度來劃分可分為普通精度測量和精密工和測量，從測量模式劃分有常規(guī)全站儀法測量及GPS定位測量等內(nèi)容。

本項目涵蓋的建筑物類型多，測量精度要求不一，需對各類施工項目進行認(rèn)真分析，選定適宜的測量方法，以兼顧測量的精度和作業(yè)效率，從而滿足施工進度和質(zhì)量的要求。

2 ?施工控制網(wǎng)布設(shè)及精度統(tǒng)計

如圖1，三峽清漂碼頭位于三峽主體工程右岸進水塔上游、緊鄰茅坪土石壩右側(cè)，三峽工程三期施工時的首級控制網(wǎng)點（圖中TN點）均保存完好，且為了大壩安全監(jiān)測，首級網(wǎng)點均進行了年度周期觀測，成果可靠。在進行本項目測量控制網(wǎng)布設(shè)時，充分利用了已有首級控制點按照插點法在清漂碼頭施工區(qū)布設(shè)一定密度的加密控制點。由于首級控制點精度等級較高，且均為安置有強制歸心裝置的混凝土標(biāo)墩，穩(wěn)定性較好，整網(wǎng)的內(nèi)部附和精度較高，首級網(wǎng)點均為二等以上等級點，距離清漂碼頭施工區(qū)最遠約3km，最近約0.4km。布設(shè)加密點時，選擇多個首級網(wǎng)點組成三角網(wǎng)，按邊角網(wǎng)測量的方法，以四等控制點觀測指標(biāo)為精度要求進行施測，經(jīng)平差估算，加密網(wǎng)點的平面位置精度及高程精度均可以達到±10mm。完全可滿足測量放樣要求，見表2。

3 ?水下工程測量控制

3.1 水下工程測量方案選擇

本項目護坡設(shè)計為三級馬道，其中▽141m高程以下為拋投區(qū)。施工時間為7月至8月，壩區(qū)水位基本在▽150m高程以下，測區(qū)最大水深約25m，最大寬度約為70m，拋投時采用長臂反鏟在▽141m高程馬道作業(yè)，由于測區(qū)內(nèi)已有連續(xù)運行參考站CORS系統(tǒng)，水深、流速、水域面積均適合選擇GPS RTK配合測深儀進行水下測量。儀器選型時選擇南方靈銳S82GPS接收機，該機為雙頻接收機，其RTK平面精度：±5mm，高程精度：1cm±1cm×1ppm，測深儀選擇海鷹HY-1700測深儀，其測程為0.3m～100m，利用此二款儀器配合進行水下地形測量和水下拋石形體的控制十分快速有利。

鑒于施工區(qū)已完全覆蓋CORS系統(tǒng)，水下地形測量時無需架設(shè)基準(zhǔn)站，利用移動運營商的地面基站GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)基站至接收機的GPS差分信號，選取三個以上的首級控制點作為檢校點，使用四參數(shù)法計算出地心坐標(biāo)與施工區(qū)的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并分別內(nèi)置于GPS手薄和水上導(dǎo)航軟件南方自由行中，再按照規(guī)范進行其它控制點坐標(biāo)檢查，當(dāng)較差小于±5cm時即可進行水下測量，每次水下測量作業(yè)前后對測區(qū)的水位進行測量，并取其平均數(shù)作為水位高程。水下測量時使用“南方自由行”導(dǎo)航軟件引導(dǎo)航線，并同步進行水深測量，實時監(jiān)控視圖，采集數(shù)據(jù)，使用軟件時對系統(tǒng)設(shè)置、測深儀換能器的深度、數(shù)據(jù)后處理等項工作嚴(yán)格檢查，以有效的保證測量正確性和測量精度。

3.2 水下工程施工形體控制方法

如圖2所示為水下拋投斷面圖，工程開工前應(yīng)完成水下原始地形測量，剖繪出原始斷面線后與設(shè)計斷面線進行疊加套合，圖上量算出岸上馬道拋投點與水下最遠拋投點的水平距離及拋填高度，在馬道上按照一定的間距放樣出相應(yīng)斷面樁號，并將量算出的距離及高度在實地標(biāo)定，至此就可以指導(dǎo)機械設(shè)備進行拋投。

拋投工作結(jié)束后，再次利用GPS RTK聯(lián)合測深儀進行水下地形圖測量，剖繪出實際拋投斷面線與原斷面圖疊加，即可檢查出每個樁號斷面處的拋投形體質(zhì)量。需要注意的是在進行水下地形測量的航線布設(shè)時，應(yīng)按照《工程測量規(guī)范》5173-2012要求，航線應(yīng)與斷面線平行，水深采樣點的間距小于3米為宜，以真實的反映出實際的斷面形狀。由于拋投工作不可能一次達到設(shè)計形體，往往需要重復(fù)進行補拋和挖填修整，上述水下測量及定位測量工作需要多次進行，直至拋投斷面達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 水下工程施工測量精度分析

在此項目的斷面形體控制測量中，測量誤差主要來源于外業(yè)數(shù)據(jù)采集及內(nèi)業(yè)水深處理和數(shù)據(jù)綜合處理二個方面。

3.3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集精度

水下地形測量時利用RTK GPS確定平面位置，影響GPS測量精度的因素有許多，諸如多路徑效應(yīng)、電離層誤差等等，在此不再贅述，嚴(yán)格執(zhí)行全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范的要求，RTK測量保證在差分信號的有效傳輸，并不超過規(guī)定距離時（單基站應(yīng)小于7km，網(wǎng)絡(luò)基站作用距離可達30km），RTK平面誤差可以控制在±5cm以內(nèi)。水深測量時的誤差主要是聲速改正誤差、換能器吃水誤差等，上述誤差均可以在儀器設(shè)置或準(zhǔn)備過程消除大部分，測量規(guī)范規(guī)定，水深小于等于20m時，高程中誤差為±0.2m;水深大于20m時，高程中誤差為±0.01H（H為水深值，單位m）。

3.3.2 內(nèi)業(yè)綜合數(shù)據(jù)處理誤差

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時，首先要進行采集的水深數(shù)據(jù)取樣，數(shù)據(jù)合并及數(shù)據(jù)綜合輸出。如圖3，采樣點間還有地形變化，數(shù)據(jù)采集時由于地形的復(fù)雜、測點的密度等因素在進行水下斷面測深線的編輯采集時可能去掉了真值而采集了偽值，因此需要編輯人員耐心和經(jīng)驗。而在進行數(shù)據(jù)合并綜合過程中，由于測深的延遲效應(yīng)，不同的水深時平面位置與測深點的匹配存在一定的誤差，加上驗潮站的選擇與水位測量等綜合原因，數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理的誤差也可控制在±5cm以內(nèi)。

總體上，本項目水下測量的平面位置精度為±5cm，高程精度±15cm，高于測量規(guī)范的要求。

4 ?岸上工程測量控制

4.1 岸上工程測量方案選擇

岸上工程主要由土石方工程、混凝土工程及金屬結(jié)構(gòu)工程組成。均可以根據(jù)工程要求的測量精度選用全站儀利用首級網(wǎng)點、加密點以及圖根點，使用全站儀極坐標(biāo)法、坐標(biāo)放樣法、直角放樣法及專用控制網(wǎng)加密等方法進行各類工程項目的測量控制，本項目選用的全站儀為徠卡TCR702，其精度指標(biāo)為測角精度2″，測距精度為（2+2×D）mm。測量控制重點是設(shè)計圖紙的讀審、加密點的位移保護、測量計算程序的編制檢查以及過程控制和資料收集整理。

4.2 岸上工程施工形體控制方法及精度分析

4.2.1 土石方工程

本項目土石方工程主要有邊坡修整、擋墻基礎(chǔ)挖填、筑物及進巷道路路基挖填澆筑等。準(zhǔn)備好圖紙讀審時測量數(shù)據(jù)及計算器程序，選擇視野開闊且距離在300m以內(nèi)的合適位置架設(shè)全站儀，配合棱鏡放樣出挖和澆筑填結(jié)構(gòu)線，采用同樣的方法也可進行挖填結(jié)束后的測量驗收工作。測量精度可以采用式1進行估算，測量精度可以達到工程測量規(guī)范中要求土石方測量精度為±5cm的要求。

式中：Mp——放樣點的點位中誤差，m;ms——測距中誤差，m;S——測距邊長，平距，m;mβ——水平角觀測中誤差，″;ρ——206265″。

土石方工程中測圖及方量計算工作較多，外業(yè)數(shù)據(jù)采集時測站點精度應(yīng)達到圖根點精度要求（圖上0.1mm），并注意測點密度和輪廓點位置。內(nèi)業(yè)計算時應(yīng)對比例尺大小、斷面線間距及長度、成圖范圍等提前規(guī)劃，使得成果規(guī)范美觀，便于各期工程量疊加計算，達到批量成圖處理的目的。

4.2.2 混凝土工程

本項目混凝土工程主要有進巷道路路面澆筑、電器機房、變電所建筑等，此時，外業(yè)作業(yè)測站測設(shè)時可利用邊角交會的方法就近架設(shè)儀器，放樣驗收則可以采用極坐標(biāo)的方法，因此影響最后測量放樣點的精度因素有測站誤差、極坐標(biāo)放樣誤差、棱鏡豎直誤差照準(zhǔn)誤差及其它偶然誤差。其中邊角后方交會時注意交會角不要在90°附近，且已知邊大于1.5倍以上測距邊，當(dāng)測距邊小于200m時，測站精度可以達到±5mm，極坐標(biāo)放樣精度可以達到±5mm，其它誤差±5mm，因此總的測量誤差可以控制在±10mm以內(nèi)。

由于碼頭建筑物基本以進巷道路為結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)線，進巷道路長約700m，設(shè)置9個轉(zhuǎn)折點，若采用手工計算則效率較低，計算器程序編制時以道路平曲線為基準(zhǔn)，采用“通點公式”、“線元法”將道路及與道路有關(guān)的建筑物的結(jié)構(gòu)計算放入一個計算程序中，并實現(xiàn)坐標(biāo)與樁號偏距的正反算功能，同時調(diào)用道路的豎曲線程序，實現(xiàn)三維坐標(biāo)計算，極大的減小了內(nèi)業(yè)工作量，減小了現(xiàn)場放樣起算數(shù)據(jù)輸入錯誤的概率。

4.2.3 金屬結(jié)構(gòu)工程

碼頭的金屬結(jié)構(gòu)建筑物主要是運載垃圾物的滑道及靠船系船墩埋件，如圖4，軌道水平全長63m（平距），坡度1∶2.1，高差達30m，其形體主要控制偏差要求為：軌道直線度為±3mm，跨距偏差±5mm，任意點高程差偏值0～+3mm，屬于精密測量工程范疇，若按經(jīng)驗公式，測量誤差占形體總誤差的40%計算或等影響原則，測量誤差應(yīng)小于±2mm。測量控制時，首先利用加密點建立以軌道軸線為基準(zhǔn)的專用控制網(wǎng)共記四個點，二端點嚴(yán)格用鋼尺量距保證跨距，軌道調(diào)整驗收時，以此四點為測站及后視點，采用壓直線配合鋼板尺讀數(shù)的方法，測量誤差僅僅是儀器對中誤差及照準(zhǔn)誤差，由于距離較近，目標(biāo)清晰，平面誤差得到有效控制。高程測量采用全站儀配合專用小棱鏡的方法進行光電測距三角高程測量，其誤差精度估算見式（3）。在此短距離上正倒鏡進行觀測消除指標(biāo)差，高程精度可以達到±1mm亦可滿足要求。

5 ?工程竣工資料收集與整理

由于長江汛期及涸水期的原因，工區(qū)內(nèi)水位變化較大，本項目歷時二年才完工，工程竣工資料必須及時收集整理，否則極易出現(xiàn)漏測導(dǎo)至資料不全的情況發(fā)生。資料收集時采用如下步驟。

①以施工總平面布置圖為底圖，將建筑物重要的點線及主要測量控制點標(biāo)繪于底圖上，并將上述內(nèi)容放入設(shè)計線圖層中，對于施工中變更項目也要及時對底圖進行修改、補繪。②本項目的土石方工程完工后，引進了近景攝影測量新技術(shù)對工區(qū)進行了1：500大比例尺測圖，工程形體滿足各項技術(shù)要求。同時，每一項單項工程完工后，均及時進行竣工數(shù)據(jù)的采集，并以新圖層在底圖上進行展繪處理。③及時對日常驗收文檔資料進行分類整理，當(dāng)竣工后的形體資料無法實測時，可作為竣工資料的更新補充數(shù)據(jù)使用。④工程全部完工后，對照設(shè)計底圖進行全要素、全范圍套合比對，達到無一遺漏的目的。

6 ?結(jié)論

此測量作業(yè)方法在三峽工程泄洪壩段長江岸坡治理、永久船閘閘墩施工等項目得到應(yīng)用，針對碼頭工程這類建筑分類多，測量精度要求從毫米級到厘米級精度的測繪項目，在制定和實施測量方案時應(yīng)靈活運用，即重視測量精度也重成本投入，充分發(fā)揮測量儀器設(shè)備的功能，編制切實高效的計算程序和內(nèi)業(yè)處理軟件，大力引用新技術(shù)，可以確保此類測工作的質(zhì)量和效率。

參考文獻：

[1]CH/T2009--2010，全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范.

[2]GB50026-2007，工程測量規(guī)范[S].

[3]工程測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2005，10.