谈GPS和全站仪在高精度工程施工验收测量方面的应用与研究

　　摘要：建立城市高架BRT快速交通系统，是体现和谐全运，增强城市综合实力，缓解城市交通压力的重要手段。本文介绍了GPS和全站仪在高精度工程施工验收测量方面的施工控制、验收测量方法、结果分析及技术创新特点。
　　关键词：GPS，全站仪，BRT，验收测量
　　1序言
　　济南市北园大街道路及环境建设工程西起二环西路，向东经黄岗路、济泺路、历山路、二环东路等至电建路路口，全长约13km，共分11个标段同时施工,现高架路主体工程已基本竣工,北园大街BRT1号、2号、3号线已经开始运营。随着北园大街BRT的开通，形成了带动和促进济南市主城区北部和东北、西北区域发展的一条主轴线，与经十路南北遥相呼应，对于提升城市形象、推动商业繁荣、合理利用土地资源都起到了重要作用。
　　受济南市北园大街道路与环境建设工程项目部的委托，对该工程进行了施工控制网测量，并对各阶段施工测量进行了测量验收。从2006年5月20日开始,随着工程的进展,在钻孔开挖前对各标段衔接处中心桩和钻孔平面进行了验测,在墩柱浇注前对部分墩柱模板平面进行了验测,在墩柱浇注完成后对标段衔接处墩柱顶平面和高程进行了验测,在主梁模板形成后对所有标段所有联模板平面和高程进行了验测,截至2007年12月12日,共对北园大街BRT工程各阶段各项目验测超过160次，确保了施工测量误差控制在一定误差范围内，实现了各标段顺利衔接，并保证了工程总体质量目标的实现。施工控制网测量实际完成的工作量如下：布设施工控制点41个；41个点联测三等水准，水准路线总长度56公里。
　　2已有资料利用情况
　　测区周围有我院2005年底完成的济南市C级GPS网点大魏家（C041）、省农科院（C044）、勘测院（C048）、济车医院（C053）等，这些控制点大多联测了二等或三等水准高程，兼有WGS-84坐标系、1993年济南市独立坐标系的成果；高程控制点有I济柳4和II长泺3，其等级分别为国家一等和二等。上述控制点点位保存完好，各项精度指标符合规范要求，在本项目的施工控制网测量中分别用作GPS平面控制网和三等水准测量的起算点。
　　3施工控制网平面和高程测量
　　在测区内布设的施工控制点GA01—GA06、GB01—GB34共40个，平面精度达到国家四等，高程精度达到三等水准要求，上述点位在工程前期、中期保存完好,后期部分被破坏，这些点是钻孔验测、校验中线桩位、墩柱顶面中心及主梁底面平面或高程的起算点。同时，C级GPS点济南勘测院C048也多次用作主梁模板检测的GPS观测。高程按照《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91规定，采用TrimbleDINI12电子水准仪进行三等水准观测。
　　4工程施工测量验收测量方法
　　1.在第一阶段到第四阶段验测中,由于验测的对象基本上都在地面,平面位置一般采用极坐标法进行验测，在已知施工控制点上设站直接检测。无法直接通视时，采用从已知点发展的一次支导线点作为加密测站点，即在已知点上设站，在待验测点附近合适位置设站，用极坐标法测设所需点位。由于极坐标法缺乏校核条件，测设了一些重合点来校核，避免了粗差。
　　用全站仪读数前,对温度和气压值都进行了设置。保证了仪器对中误差小于2mm，角度观测一测回，测距一测回（读数4次）。
　　在墩柱浇灌完成和主梁模板底形成后,由于模板向上呈弧形,在已知施工控制点上设站已不能和模板上的点通视,这时直接采用GPS静态测量的方法进行验测,测量时用2或3台GPS接收机支站已知施工控制点或C级GPS点上,另几台GPS接收机分别支站于被检测的墩柱顶或主梁模板低中心线上同步进行观测1小时以上。内业用LEICAGeoOfficeCombined平差软件解算出被检测点坐标,与理论值作比较。
　　2.高程采用三角高程往返测量的方法进行了验测。由于要验测高程的点(墩柱顶中心和主梁模板上的点)都在高于地面十几米甚至二十几米的地方,施工方大都采用钢尺导引高程的方法,将水准高程引到十几米的高空,此种方法比较费时,且在我方验测时现场已不具备条件。我院采取了精密三角高程的测量方法:先用高精度DiNi12电子水准仪在合适的地方布设高程控制点,再用三角高程的方法在墩柱上或建筑物上设置高程控制点,再用三角高程的方法对待验点进行验测。在选择地面上的高程控制点时,该点和高空控制点距离一般在100-300米,并保证了全站仪读数仰角不超过30°。
　　在测量过程中，严格整平了仪器，减小了竖轴倾斜误差，同时，在各测回之间，重新整平了仪器。仪器高和觇标高在观测前后各量测了一次，精确读至1mm，当较差不大于2mm时取用中数。往返测时，重新量取了仪器高和觇标高。作业人员在现场计算出往测和返测两点高差,当两高差之差超限时,立即停止下一步工作,重新读数。
　　5工程施工测量验收结果分析
　　5.1墩柱验测
　　应指挥部要求,在桩基施工结束后，墩柱施工前，对7标段墩柱承台中心和墩柱中心9个点位的平面进行验测。平面中误差为±8.4mm,所有点位误差均在±20mm以内,满足平面中误差≤±10mm的精度指标。
　　5.3墩柱顶验测
　　墩柱浇筑混凝土稳固后，对4、5、6、7、8标标段衔接处墩柱顶面的平面和高程进行了验测。其中有3次验测个别点平面或高程超过限差范围,在指挥部的要求下,施工单位进行了调整,我院进行了复测。最后计算出横向中误差为±4.3mm,轴线方向中误差为±4.0mm,高程中误差为±6.8mm,调整后所有点中误差均在验桩精度指标范围内。
　　5.4主梁模板底验测
　　主梁模板底的验测是所有验测工作的重点。在主梁模板底形成之后在模板上钢筋架浇注混凝土之前,我院对所有标段所有联(一个标段一般10联)模板进行了检测。在工程全面开展以后,所有标段同时施工,指挥部要求施工单位所有联必须在我院验测合格后方能进行下一步工作，这就给验测工作带来很大困难。据统计,在1年多时间内,对主梁模板底地检测超过了160次。在每次验测结束后第2天,我们就能及时地将验测结果反馈给指挥部,指挥部在接到结果后,立即通知施工单位开展下一步工作或对验测超限的地方进行调整,并通知我院进行复测。
　　该统计数据是将所有验测结果计算在内的统计数据,包含了验测不合格的数据,所有不合格的模板均进行了调整且我院进行了复测。剔除在限差范围内的验测数据,经计算可知:主梁模板底检测高程中误差为±9.52mm,中心桩横向中误差为±4.95mm,中心桩轴线方向中误差为±8.83mm,所有中误差均在验测精度指标范围内。
　　6技术结论、建议
　　（1）在技术设计中，运用测量误差理论分析计算了平面施工控制网的精度指标。在工程实践中，克服了边长短、施测条件差等困难，采用了一次性布设成相对独立GPS网的方案，进行了严密的GPS平差和边长检测，保证了GPS控制网的点位精度达到了预期的指标，成果可靠，可以满足北园大街快速路工程施工需要。
　　（2）利用GPS技术进行控制测量，具有速度快、精度高、对图形强度的限制小、劳动强度低、可以全天候作业等诸多优点，是今后进行高精度控制测量的首选手段。GPS观测具有无需控制网点之间相互通视的优点，但是在全站仪已经广泛应用于施工放样的情况下，为放样工作方便考虑，应尽量保证每个点有2个以上的通视方向，以保证放样的连续性、可靠性，有利于克服施工过程中的干扰。
　　
　　（3）建议施工单位对所用的施工控制点采取必要的点位防护措施，在利用前进行检测，并定期复测。检测时应注意消除所用仪器的系统误差。
　　（4）本次施工测量验收中大量应用了三角高程代替水准测量，经过事实证明该方法的可靠性，在今后的工程中可以起到借鉴作用。
　　7.项目创新要点及主要特点
　　采用的仪器设备先进。先后投入使用了9台GPS接收机，2台高精度全站仪，1台DiNi12电子水准仪，这些仪器采用电子记录，自动化程度高，减少了人为读数误差。考虑到该工程环境的特殊性，常规导线测量无法发挥正常作用，高架桥模板平面坐标验测采用GPS静态测量方法，保证了验测精度，提高了工作效率。用精密三角高程测量代替水准测量。这种方法在水准测量难以施行的情况下，发挥了积极的作用，为精密三角高程测量替代高等级水准测量，进行了积极有效的探索。
　　参考文献
　　1.《公路桥涵施工技术规范》JTJ/T041-2000；
　　2.《市政桥梁工程质量检验评定标准》CJJ2-90；
　　3.《城市测量规范》CJJ8-99；
　　4.《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》（CH8016-95）；
　　5.《公路全球定位系统测量规范》JTJ/T066-98；
　　6.《数字水准仪检校及一、二等水准测量规程》（试行）；
　　7.《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-1991）；
　　8.《测绘产品检查验收规定》（CH1002-1995）；