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原创︱经典导线案例分享--荣乌高速9标控制测量

 gfergfer 2022-05-22 发布于辽宁
我自己
关于荣乌高速9标项目,无论是从现场测量还是控制测量,本公众号已分享了太多的案例,可以说,是该项目造就了本公众号。
在这个项目,老马自2019年10月2日开车前往河北保定,2020年10月全线拉通后就没有常驻项目了,如果扣除疫情、扣除冬施、扣除春节、扣除前期准备,全线8公里多的桥梁项目,实际有效工期不到9个月,这种施工速度是我自南京长江三桥以来(2年时间完成一座主跨648m的斜拉桥),所经历速度最快之项目,真乃“雄安速度”。
这种施工速度,一定是需要现场的快速测量与验收作为支撑的,现场放样也需要控制点作为支撑。老马作为时任长江公司测量中心主任,能够常驻该项目直接管理各种日常工作,对该项目的重视可想而知。
最近无论是直播(抖音号:celianglaoma)还是群内,大家老师揪着我要我讲控制测量,那就来吧。
为了满足老铁们的支持,本公众号再次对荣乌高速9标的导线测量总结分析。
该项目的导线测量无论是从选点、布网、埋点、观测和平差计算,都融合了老马在各种等级控制测量和现场一线测量中的经验,是典型的长路线高速控制网,相信能给予测友们一个参考。
本文较长,分8个部分介绍,请谨慎阅读。

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1

 测量情况介绍 

项目全为8公里多的预应力小箱梁桥梁。

进场交桩之后,采用GNSS静态网对全线进行了第一次复测和加密,复测和加密同时进行,主要目的是:

复测交桩控制点成果精度、为与相邻的8标、10标建立共同的起算点、加密部分点位满足开工初期的放样,最主要的,是先拿出一个报告交给业主再说。

因此,第一次复测和加密主要是为了先快点把复测报告搞出来,项目刚进场人手不够、交通不便、杂事也多,便道都没拉通,不可能把控制点一次性给布设到位,只能先应付一下上面再说,毕竟,刚开工也忙不到哪里去。

定下这个调子,首次复测和加密草草了事,控制点的密度还远达不到放样的具体要求,第一次加密后的网图如下。

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上图中,红色的是设计交桩的点,粉色是老马第一次加密的点,全线8公里多,稀稀拉拉的搞了一些,点间距约400-600m,这个密度是肯定达不到全站仪放样桥墩的要求的。
2020年春节,疫情爆发,在节后还是从长沙驱车绕道两千多公里来到河北项目,隔离14天,完成了全桥所有构造物的测量数据计算。隔离期满,预感到项目即将进入疯狂的施工状态,唯一没有做的,就是控制网加密。
因为一旦项目疯狂施工,中途不会有任何停歇,更不会给测量留有控制测量的时间,必须在桩基大干之前把全项目所有需要的控制点一次性布设。
恰好,业主下文要求大地解冻之后对全线控制网复测(北方有这个说法,冬天地面会冻住,南方从来没有这种说法)。
现在看来,这次控制网加密,是后期全桥顺利测量开展的基本前提,如果没有这一次加密,后面的测量放样肯定是一场乱仗。
对于桥墩的放样,我的要求是:

1 RTK放点时,在A点校点,放样完必须在B点复测,复测误差超过2cm要求重新校点后放样。

2 全站仪放样最多只允许转一个点,不允许后方交会。

3 桥墩转点时,可以采用中间法三角高程,也可以采用一站几何水准 三角高程灵活运用。

我对现场的各种测量方法规定的很严格,没有足够密度和精度控制点,现场人员是无法有效执行。

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荣乌高速导线时,测量老马自拍图

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 控制网的设计与选点 

控制网的设计以“以终为始”为原则,即:

首先要确保所加密的点能够用于放样,不存在二次加密,再考虑怎么联网、观测的问题

不能用于放样的点,在普通的高速公路项目,再好的网形没有什么实际意义,这是特大桥与普通高速的控制网区别,要反过来设计控制网。

1、密度必须要足够,目的是确保后期校点、复测、定向方便,即使遭到破坏也不需要花费太多时间在路上。
2、再次是点要方便放样,沿便道外侧50m左右,沿线150-200m左右保证一个点。
3、点间必须通视,方便全站仪定向,也为了满足导线能够连通,便于整网联合平差。

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点的选择没有太多余地,主要是考虑要交通方便(测量组配置了三台电动小三轮),最好能够直接开到点位,点的稳定性要保障,尽量选在水泥路面直接电锤打孔埋钉子。

三个人一起选点,从起算点出发,哪里通视就选哪里,先不考虑怎么观测,先把需要的地方全部搞上点再说,只要通视就行,临时选的点标记在奥维地图上。


3

 导线埋点

埋点,埋石点和刻石点两种方式,但北方这个冻土的状况,是我以前所没有遇到过的。这次加密点绝大部分都是在沙土地上埋点,刚开始以为直接打个木桩下去就可以了。

但是,北方的冻土(当时三月份),50cm的木桩根本搞不进去,最后只能有选择性的采用钢筋和大木桩。

不管是钢筋头还是木桩,打下去之后,掏空四周月20cm深,四周浇灌混凝土,这样,只要点动了,就能发现。虽然不好看,但实用。

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长度都不小于50cm(钢筋来自试验室的废气钢筋,长度刚好50cm左右),钢筋顶面我不是搞的十字丝,那个精度太差了,方法也太老土了,直接搞羊冲在上面钉个小孔,准的很。

木桩上,达到最后表面基本都烂的差不多了,定制的304钢根本没法打,一打桩头就烂了,最后只能搞小的十字小螺丝打在上面。但这种搞法没有问题,因为不管钉子大小,只要它不动,就是好的控制点。

不管是木桩还是钢筋,打下去之后,第一是要确保周边环境相对稳定,第二是如果这个点真的动了,现场要能通过肉眼判断出来,达到这两个目的就可以了。

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4

 导线网的设计

对于导线网、三角网,网形的设计很重要,甚至决定了最后的精度。根据外业选的点,将通视的边全部连起来。

此时,需要考虑导线测量的规范要求,尤其是规范的11个点要求,这个基本原则不能违背,2006年在福建龙伍高速大山区测导线时,特殊地形条件下一条导线的最多点数达到16个,怎么也测不合。

所以,这一条必须遵守,否则最后可能算不合。至于其他的一些,能遵照最好,不行的话,以我的仪器和观测经验也没啥问题。

所有点连线,将交桩控制点和第一次加密的点作为有选择性的起算点,实际中有超过11个点的情况,那就临时打断做成节点网,做成结点网后点间不超过7个就行。

可惜的是,当时现场设计这个网形时打印了一张A3的图纸连线,没有拍照无法展示,只能将CASS中展示了。

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上图中还是有一段结点网8个点,现场实在是没有办法,因为要穿越一段居民区还未拆迁,导线边也才100m,还拐了个弯。

5

 观测仪器的选择

采用导线测量的最大优势是:

导线点各点的边长、角度都是全站仪直接测量。

现在即使国产的2″级全站仪,测量一级导线(5″)进度都足够了。

测量一条边,误差最多也就3-4mm,这远比做GNSS静态的相对精度高很多,在现场定向时也不会出现定向差一公分的情况,而且也能确保所有桥墩的相对关系,是高速公路平面控制测量的首选。

一套全站仪装备才多少钱,如果搞四台GPS,要达到3-4mm的相对精度,付出的成本肯定大很多。

项目部当时有三台全站仪可以选择,分别是:

徕卡TM50(0.5″)

徕卡TS15(1″)

索佳ix1001(1″)

徕卡TM50不考虑。一个小小的一级导线,岂能用三十多万的全站仪来搞,有点丢人的感觉。而且箱子还特别重,是个体力活,关键是当时这台仪器没有加装“多测回测角程序”,虽然有自动照准,但是我至少也要测2个测回,太麻烦了。

徕卡TS15箱子很小,仪器也带ATR自动照准,当时这台仪器也装了“多测回测角程序”,但是这台仪器对SD卡的兼容性不太好(徕卡自带的SD卡),因为徕卡的“多测回测角”观测时,必须要读取到SD卡,否则不能运行程序,为了保险起见,还是PASS掉这台仪器了。这台仪器还是个激光对中,大家都知道,激光对中的确方便,但对中精度是无法和光学对中相比的。

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最后选择索佳IX1001,因为这台仪器也是1″的,自带ATR自动照准功能,内置的“多测回测角”功能还免费(吐槽徕卡加装要1-2w),武汉科大的老铁还给我发来了数据处理系统,可以对观测数据处理、平差计算等一套,都免费。

在之前,结合长江公司基本都是以修桥为主,对市面上所有的带ATR自动寻标的全站仪进行了摸底,主要是和徕卡TS15(现在TS16)、天宝的S7(是S5?记不清了)作对比。

徕卡TS16当然是好,但性价比实在是太低,加装“多测回测角”后要二十大几万了,而且那个马达的转速太慢、叫声太吵,受不了,加装任何软件都要钱。

天宝S7用于日常放样,对我的技能水平的确是一种考虑,不仅我不习惯,而且我还要考虑各项目的一线测量人员的习惯问题。

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经过多方对比,最终选择索佳的IX1001,当为市场上性价比最高的测量机器人,价格只有徕卡TS16的一半,转速还快很多(去年公司统一采购了十多台ix1001作为各项目放样的主力全站仪)。对我从做变形监测的角度来说,1001的操作也很方便,加装其他的软件也不要额外的费用。

6

  现场观测与记录

现场观测采用“多测回测角”自动观测,数据自动储存、设置限差后自动提示操作,所以架设好仪器之后,对导线前、后视仪器“学习测量”一次之后,后面的测回让它自己在那里转,我玩手机就好。

外业观测4个测回,第一天我还是按照左、右角观测,但到后面时还是偷懒了,只测左角,原因嘛,我充分相信自己不会出现粗差,相信仪器的精度。

这台ix1001有点好处就是,规范中要求每个测回间必须检查气泡的居中性,而多测回测角在观测前就要设置好观测的测回数和观测方式,也就是说,当设置好观测4测回时,仪器会一次性把4个测回观测完才停止。

那中途我要检查气泡怎么办?

这台索佳ix1001可以在一个测回观测完之后,按一下电子气泡的图标,仪器会暂停转到、让你调整气泡,退出后继续执行观测指令,这一点比较友好。

仪器是光学对中,对于我来说,对中误差我是看的比较重的,观测前也检查了一次,没问题。

至于补偿器误差、ATR自动照准误差,仪器都有内置调整程序,按照提示一步步操作就好,上手没有难度。

监理来到观测现场后,发现我在一边玩仪器自动在那自己转自己测,说他搞测量三十多年以来第一次见这么高级的仪器,让他长见识了,还好,没把TM50拿来......

放一段阿涛给我拍的高效视频...

2021年4月,长江公司首届测量技能竞赛,指定IX1001参赛仪器(但我不允许用ATR自动照准)

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看一段阿涛给老马拍的恶搞笑视频(为了指定经竞赛时间标准,测量老马自己动手测了一轮)

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 数据处理和平差计算

外业观测数据通过索佳的U盘直接导出,这个U盘很赞,塑料的,手感很棒,一直随身携带。

外业数据直接通过武汉科大给的网页云端数据处理系统,可以导出整理后的数据、每个测站的观测图形,也可以直接对平差。软件操作引导式,一步步操作就好。

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我只需导出原始观测数据即可,再根据原始观测数据查看观测精度如何。

导出的原始观测数据已经对各测回的水平角、垂直角、边长进行各种误差的计算和中数计算,不需要自己算,可以直接搞成我需要的平差软件格式就可以了。

导出的数据按测站自动创建的Excel文件,每个文件下分水平角、垂直角、边长三个工作表,一目了然,特别适合我这种后期数据处理、统计在报告中所用。

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上图中数据可以看出,多测回测角的数据还是比较稳定的,观测边长350m左右,水平角2C互差2″,测回较差2″,指标差较差4″,三等精度也够了。

对于平差计算,我一直都是在清华山维中搞,这个大家都知道,对于这种“多测回测角”整理出的数据,我可以直接用结果就行了,而且,原始观测数据我也可以直接贴都复测报告中,省很多事。

老版本,有老版本的好处,谁用谁知道。

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在外业观测中,我从不考虑观测的是左角还是右角,没有必要,也无需考虑,平差时,也是把所有的数据放在一起平差,管他是闭合、附合还是导线网。

这样子搞在一起,就是导线网了,关于闭合差,请看下图。

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对于这种全是桥梁的项目,全站仪测量导线的优势在于点间相对关系比较好,边、角都是仪器观测,日常全站仪放样、RTK校点精度肯定要好,通过平差报告的改正数就能看出来,日后放样中,如果哪个人说对后视差了一公分,要么是点动了,要么是他测量有问题。

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如上图,边、角改正数这么小,在小弟们的日常放样使用控制点中,你就应该要对自己的控制点有足够的信心。

你要知道:这些改正数、闭合差,还是包含了起算控制点自身误差的。

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 结束语

导线测量的知识,绝不仅仅只用于控制测量,在日常测量工作中随处可见其相关的作用,甚至包括数据的计算,其实说白了,也就是这些知识。

我认为导线测量是一线测量人员必备技能,而是否精通导线测量,是走向更高层次的必经之路。

现阶段,GNSS搞静态、放样已经足够方便,全站仪也越来越智能化,我对全站仪的选择中,其实首要的还是考虑他的基本功能如何,不会去考虑那些花里胡哨的功能。
但是,全站仪我会重点考虑一个功能:
ATR自动寻标
有些技术和技能你能短时间学会,但是外业的观测经验,你很难在短时间内培养出来。
有了ATR自动寻标,我就可以找个半拉子都可以去观测仪器了,只要他按照我既定的程序来操作,最大的误差:瞄准,这个交给仪器自动观测就好。
在荣乌高速9标,我之所以可以做到一个月才去一次现场,就是因为只要他们按照我既定的套路干活,在日常放样中,有自动寻标的仪器替我把控着,即使一大批非测量专业的应届生,也没有出过一次叉子。
就这样。


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