关于工程测量新设备应用技术分析摘要:工程测量的方法和设备与传统的测量不同。其中重要的测量设备除深层沉降仪与测斜仪外,还有振弦式钢筋应力计、土压力盒、孔隙水压力计等,分别适用于不同的专门需求。
当前,基坑支护设计尚无成熟的方法用以计算基坑周围的土体变形,施工中通过准确及时的监测,可以指导基坑开挖和支护,有利于及时采取应急措施,避免或减轻破坏性的后果。
一、工程监测的特点分析
1、时效性
普通工程测量一般没有明显的时间效应。基坑监测通常是配合降水和开挖过程,有鲜明的时间性。测量结果是动态变化的,一天以前(甚至几小时以前)的测量结果都会失去直接的意义,因此深基坑施工中监测需随时进行,通常是1次/d,在测量对象变化快的关键时期,可能每天需进行数次。
基坑监测的时效性要求对应的方法和设备具有采集数据快、全天候工作的能力,甚至适应夜晚或大雾天气等严酷的环境条件。
2、高精度
普通工程测量中误差限值通常在数毫米,例如60m以下建筑物在测站上测定的高差中误差限值为2.5mm,而正常情况下基坑施工中的环境变形速率可能在0.1mm/d以下,要测到这样的变形精度,普通测量方法和仪器部不能胜任,因此基坑施工中的测量通常采用一些特殊的高精度仪器。
3、等精度
基坑施工中的监测通常只要求测得相对变化值,而不要求测量绝对值。例如,普通测量要求将建筑物在地面定位,这是一个绝对量坐标及高程的测量,而在基坑边壁变形测量中,只要求测定边壁相对于原来基准位置的位移即可,而边壁原来的位置(坐标及高程)可能完全不需要知道。
由于这个鲜明的特点,使得深基坑施工监测有其自身规律。例如,普通水准测量要求前后视距相等,以清除地球曲率、大气折光、水准仪视准轴与水准管轴不平行等项误差,但在基坑监测中,受环境条件的限制,前后视距可能根本无法相等。这样的测量结果在普通测量中是不允许的,而在基坑监测中,只要每次测量位置保持一致,即使前后视距相差悬殊,结果仍然是完全可用的。
因此,基坑监测要求尽可能做到等精度。使用相同的仪器,在相同的位置上,由同一观测者按同一方案施测。
二、工程测量新设备和技术
适应基坑监测的上述内容和特点,具体测量中采用了很多新型的测量仪器,本文结合作者在河南参与的工程实例,介绍磁性深层沉降仪和测斜仪等设备。这些新的设备及其技术特点是传统的工程测量不能涵盖的。
1、深层沉降仪
深层沉降仪是用来精确测量基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时,沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高,即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析,可以确定各土层的沉降(或隆起)结果。
深层沉降观测过程分为井口标高观测和场地土深层沉降观测两大部分。井口标高观测按常规光学水准观测方法进行。以下介绍作者在工程实际中使用的加拿大RockTest公司产R-4型磁性沉降仪,其刻度划分为1mm,读数分辨精度为0.5mm.
1)磁性沉降标的安装
(1)用钻机在场地中预定位置钻孔(实际布设孔位时要注意避开墙柱轴线)。根据各个测点的不同观测目的,考虑到上部结构的重量分布及结构形式以及实际土压力影响深度,综合取定各孔深尺寸及沉降标在孔中的埋设位置。(2)用PVC塑料管作为磁性探头的通道(称为导管),导管两端设有底盖和顶封。将第一个磁性圆环安装在塑料管的端部,放入钻孔中。待端部抵达孔底时,将磁性圆环上的卡爪弹开;由于卡爪打开后无法收回,故这种磁性环是一次性的,不能重复使用,安装时必须格外小心。
(3)将需安装的磁性圆环套在塑料管上,依次放大孔中预定深度。确认磁性环位置正确后,弹开卡爪。测量点位要综合考虑基底压力影响深度曲线和地质勘探报告中有关土层的分布情况。
(4)固定探头导管,将导管与钻孔之间的空隙用砂填实。
(5)固定孔口,制作钢筋混凝土孔口保护圈。
(6)测量孔口标高3次,以平均值作为孔口稳定标高。测量各磁性圆环的初始位置(标高)3次,以平均值作为各环所在位置的稳定标高。
2)磁性沉降标的测量
(1)在深层沉降标孔口做出醒目标志,严密保护孔口。将孔位统一编号,以与测量结果对应。
(2)根据基坑施工进度,随时调整孔口标高。每次调整孔口标高前后,均须分别测量孔口标高和各磁性环的位置。
(3)每次基坑有较大的荷载变化前后,亦须测量磁性环位置。
2、测斜仪
测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器,可以用来测量单向位移,也可以测量双向位移,再由两个方向的位移求出其矢量和,得到位移的最大值和方向。本文介绍加拿大RockTest公司产RT-20MU型测斜仪,其仪器标称精度为±6mm/25m,探头精度为±0.1mm/0.5m.
1)测斜管的埋设
(1)在预定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度,确定测斜管孔深,即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零,并以此作为侧向位移的基准。
(2)将测斜管底部装上底盖,逐节组装,并放大钻孔内。安装测斜管时,随时检查其内部的一对导槽,使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水,沉管到孔底时,即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实,固定测斜管。
(3)测斜管固定完毕后,用清水将测斜管内冲洗干净,将探头模型放入测斜管内,沿导槽上下滑行一遍,以检查导槽是否畅通无阻,滚轮是否有滑出导槽的现象。由于测斜仪的探头十分昂贵,在未确认测斜管导槽畅通时,不允许放入探头。
(4)测量测斜管管口坐标及高程,做出醒目标志,以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表,以与测量结果对应。
2)土体水平位移测量
(1)连接探头和测读仪。当连接测读仪的电缆和探头时,要使用原装扳手将螺母接上。检查密封装置、电池充电情况(电压)及仪器是否能正常读数。当测斜仪电压不足时必须立即充电,以免损伤仪器。
(2)将探头插入测斜管,使滚轮卡在导槽上,缓慢下至孔底以上0.5m处。注意不要把探头降到套管的底部,以免损伤探头。测量自下而上地沿导槽全长每隔0.5m测读一次。为提高测量结果的可靠度,每一测量步骤中均需一定的时间延迟,以确保读数系统与环境温度及其他条件平稳(稳定的特征是读数不再变化)。若对测量结果有怀疑可重测,重测的结果将覆盖相应的数据。
(3)测量完毕后,将探头旋转180°,插入同一对导槽,按以上方法重复测量,前后两次测量时的各测点应在同一位置上;在这种情况下,两次测量同一测点的读数绝对值之差应小于10%,且符号相反,否则应重测本组数据。
(4)用同样的方法和程序,可以测量另一对导槽的水平位移。
(5)侧向位移的初始值应取基坑降水之前,连续3次测量无明显差异之读数的平均值。
(6)观测间隔时间通常取定为3d.当侧向位移的绝对值或水平位移速率有明显加大时,必须加密观测次数。
(7)RT-20MU型测斜仪配有RS-232接口,可以与微机相连,将系统设置与测量数据在微机与测斜仪之间传输。RockTest公司还开发有Acculog-X2000软件系统,可以自动解释测量数据,完成分析与绘图输出等内业工作。
三、小结
深基坑施工中测量的目的和特点与普通工程测量遇然不同,其测量的方法和设备与传统的测量也完全不同。其中重要的测量设备除深层沉降仪与测斜仪外,还有振弦式钢筋应力计、土压力盒、孔隙水压力计等,分别适用于不同的专门需求。摘要:文中结合天津地铁1号线改扩建工程,简要介绍了曲线地铁车站施工测量技术特点;施工控制测量及施工放样方法,确定了用精密导线作为施工控制测量线最为适宜
关键词:工程测量;地铁;曲线
1工程概况
天津市地铁1号线西北角车站为原有站改扩建工程,位于北马路芥园道和西马路大丰路交口。全现浇钢筋混凝土箱型地下结构,双轨侧式站台车站起点里程k9+385.784,终点里程k9+603.500总长218 m,箱体最宽处28 m,结构净高5.55 m,主要站段埋深10.039 m,设4个出入口,2座风道,建筑总面积10 666 m2。
2施土测量技术特点、难点
2.1工程平面位置
该车站为全曲线站,地下结构中柱纵轴线、铁道左轨中线、右轨中线均由圆曲线和缓和曲线组成,三条线曲线元素各不相同,即缓和曲线起终点不在同一里程,圆曲线圆心各异,半径分别为800 m,801.908 m,804.037 m箱体侧墙均为圆曲线,并与同侧轨道中心线同圆心,但由于墙体的里凹和外凸形成多种不同半径的圆弧,平面定位放线作业相当复杂。2.2高程
工程箱体结构位于1.98%和2.54%两种不同坡度的坡度线上,两侧站台板也存在不同坡度的变换,且变坡点不在同一里程工程主体结构和站台板的标高必须由不同的坡度线控制。
2.3施工
工程设计为明开挖分段施工,施工段最大长度不能超过25 m由于工斯和施工技术要求决定了工程必须多头开挖,点位的坐标和高程需多次向基坑内引测,多头贯通,给施工放线的精度提出了更高的要求。
3施土控制测量
3.1测量仪器的选烈
《地下铁道,轻轨交通测量规范》要求精密导线测量相对点位中误差≤±8 mm;精密水准测量附合路线闭合差≤8mm。
设导线平均边长100 m,取ii级全站仪,因边长较短设测角中误差mβ=±5",测距中误差ms=2+2 x10-6,佑算导线点相对点误差为:
因此使用且级全站仪、ds1水准仪进行控制测量,完全满足地铁的施工测量精度要求。
3.2施工平面控制测量
西北角车站施工作业面为长220 m,宽20-30 m的带状,因此用精密导线作为平面控制最为适宜,在考虑便于施工放样、点位保护和变形等诸多因素的前提下,在车站的起讫点及中点附近布置了3个精密导线点a,b,c,与已知点gps515 , gps550, gps514组成附合导线,导线平均边长105m,工程位置及导线布置见图1。
导线水平角采用ii级全站仪6测回测定,边长取5次测量平均值,往返各两测回测定,外业观测成果精度如下:方位角闭合差;fβ==a始+∑(β±180°)-a终=5〃
该导线用天津市测绘院提供的计算软件严密平差后,最大点位中误差1.32mm,最大点间误差1.28 mm,导线全长中误差达到1/180000。
3.3施工高程控制测量
将精密导线点同时作为施工高程控制点与已知二等水准点jbm-3,jbm-4组成附和水准线路,水准线路总长度约600 m,其中最远点.4距已知水准点240 m
高程控制测量采用带有平行玻i}板测微器的ds.水准仪和锢瓦水准尺按二等水准测量技术要求施测实测4个测段最大往返不符值0.8 mm,附合水准路线闭合差1.2 mm,每km水准测量高差偶然中误差
4施土放样
4.1施工放样平面控制点的建立
4.1.1近井点的测设
施工段开挖完毕,在基坑支护结构的压顶梁上选择适当位置建立近井点,并分别从两个地面控制点(gps点或精密导线点)测定其坐标,两次测定坐标值较差在±10 mm之内,取其中数作为近井点坐标当两个以上施工段同时开挖完毕,可将各段近井点与地面控制点连成附合导线,取平差结果作为近井点的坐标.
4.1.2地下平面控制点的测设
首段施工在施工段两端建立地下控制点,并与近井点组成闭合导线确定地下控制点坐标,后续施工布设的地下导线至少应联测一个先期建立的地下控制点当重合点测定的坐标值与原坐标值较差在±10 mm之内时,取其中数作为重合点坐标。
4.21也下高程控制点的测设
高程传递测量采用吊钢尺法,地上地下安置两台ds1水准仪同时读数,观测三测回,测回间变动仪器高度,三测回测定的地下水准点高程较差应小于3 mm。
考虑底板混凝土浇筑后的沉降,每个施工段的高程传递应独立进行并连测已建立的地下水准点,计算结构沉降量,同时对地下水准点的高程进行改正地下水准测量使用ds1水准仪、铟瓦、钢尺往返测定。
5曲线的测定
5.1内业计算放样准备
依据曲线要素计算曲线上每隔3m点的坐标(半径800m,3 m弧长以直代曲后的最大误差为1.4 mm可忽略不计)。利用微机excel表格处理计算软件,将曲线要素及线路曲线计算公式输入微机进行计算,并用手算进行核对无误后,再用cad软件定点做图,观察曲线形状,量取相关结构尺寸和施工图对照,进行验证.
计算曲线放样点在本段弦上的投影长度si和弓高hi,见图2.
5.2曲线放样
将地下控制点坐标、放样点坐标全部输入全站仪,用全站仪坐标放样程序在实地放样诸点,并弹线确定曲线位置检验:在直线a ,b上用钢尺量取s1,s2...,s3...,同时量取该的曲线弓高其值与计算值之差在±5 mm之内可不调整,否则查找原因重新测设。
6坡度线的测设
结构施工的标高放样采用ds3水准仪,按四等水准测量的精度要求施测,水准仪使用前进行i角检测(水准轴与视准轴夹角),其值必须小于±20〃,否则应进行校正。
结构高程的测设除每个施工段的两个结构端点和变坡点必须测设外,余者每隔10m左右测设一点,点与点之间拉小线即可确定结构坡度具体测量方法是,依平面定位测量点确定高程放样点的里程位置,再按设计坡度计算出该点处结构高程依据地下水准点从一端逐个将计算高程测设到标桩酬钢筋上,测设到另一端点后与另一个地下水准点闭合,其闭合差应小于士5 mm否则查找原因重新测设。
7地铁西北角车站施土测量效果及体会
依设计要求西北角地铁站分为12个施工段,又由于施工条件限制和工斯要求没有按施工段顺序施工,这样共形成5个贯通面,由于采用上述测量方法,最大纵向贯通误差13mm,最大横向贯通误差9 mm,最大高程贯通误差10 mm,经竣工测量,轨道中心线点位中误差仅为8 mm ,测量精度完全满足了规范要求。
(1)根据工程规模和精度要求,确定工程测量的控制等级,配置相应的仪器设备,严格按规范要求的相应控制等级技术要求施测,确保控制点的精度对于曲线型地铁站,用精密导线做为施工控制测量线最为适宜。
(2)视工程具体情况,制定施工放线方法和验核方法,做到既切实可行,又能满足精度要求。
(3)充分利用计算机和软件进行平差计算、放样计算、作图等内业工作,减少内业工作量,提高内业成果的可靠性。
(4)所有工程平面位置或高程的放样必须设有多余观测,用以验证放样结果的正确与否。
参考文献:
[1] gb50308-1999,地下铁道轻轨交通工程测量规范[s].
[2] gb 50299-1999,地下铁道施工及验收规范[s].
[3] gb 50206-93,工程测量规范[s].
随着新世纪的到来,科学技术的迅猛发展,已经引起社会经济结构和生活方式的重大变化。改革开放以来,我国测绘行业逐步实现了从模拟法向数字测绘体系的转变,并与遥感、空间定位和地理信息相结合,奠定了传统的测绘行业向信息产业发展的基础。传统的测绘产业应抓住机遇,以高新技术为依托,实现传统的测绘生产向数字化生产的转变,进而为建立数字化规模生产、并最终形成数字化生产基地打下良好的基础。
1 测绘技术的发展方向及测绘行业的产业特征
1.1 测绘技术应属于信息技术
传统的测绘技术领域包括大地测量技术、航空摄影测量技术、工程测量技术、地图制图与制印技术、海洋测绘技术以及测绘仪器制造技术等。当代测绘高科技主要是空间定位技术、航空和卫星遥感技术、地面一体化测量技术和地理信息技术,以及与之相配套的通信技术和系统技术而带来的上述技术的集成。它是以研究地理信息为主要目的,其研究内容主要包括对地理信息的几何物理性质的探讨,研究地理信息的度量方法,研究地理信息如何产生、提取、变换、检测、传递、存贮、识别和处理,以及研究如何表达和应用地理信息等这些均属于当代信息科学的研究内容。凡是用信息科学的原理和方法与信息打交道的技术均应称为信息技术。因此,我们有理由认为测绘技术应该属于信息技术范畴。测绘技术的现代化发展方向要
以信息技术为发展方向,这就是当前测绘科技的发展战略。
1.2 测绘行业属于信息产业范畴
测绘行业应该属于第三产业中的信息产业范畴。因为,一是测绘业务的基本内容都是为地理信息的获取、处理、表达等提供服务;二是测绘产品具有知识性和决策依据属性的信息产品;三是测绘技术在很大程度上属于信息技术范畴;四是测绘产品具有价值和使用价值(即测绘商品的商品属性)。因此,测绘生产应该是一种以信息产品的交换为目的的特殊商品生产。测绘行业属于第三产业的信息产业这不仅是理论上的划分问题,而是在市场经济的条件下,在实践中应当把它真正作为一种产业来经营。
1.3 测绘工作重点向开辟信息市场转移
随着市场经济的发展,国家政治经济体制改革的不断深入,测绘生产管理方式从生产事业型
向生产经营型转变。测绘生产单位承担指令性任务的比重逐步缩小,而计划外的开发性任务将大量增加,城乡建设与规划国土的全面规划与整治、资源的调查与开发、环境监测与保护等对测绘技术和测绘产品提出更迫切的要求,这些因素必将导致测绘市场的活跃。
测绘市场包括测绘信息市场和测绘技术市场两个方面。测绘信息市场侧重于测绘信息产品在社会和经济领域内的交换和流通,测绘技术市场侧重于直接利用测绘技术进行有偿服务。可以预见,今后用户需要测绘市场提供的不仅是线划图产品,还要有影像产品;不仅是模拟产品,还要有数字产品、专题产品、硬件产品、软科学服务、动态信息等,都需要测绘行业自己去开拓。
2 测绘单位应采取的对策
2.1 测绘单位要理顺产业结构
测绘高科技的发展,打破了测绘行业的传统分工。地理信息产业应当摆脱经典测绘的组织和
结构模式,寻找更好的优化组合与分工,应按地理信息产业的特点,形成从数据采集加工、建库、产品提供、维护一体化的产业体系,成立能快速生产、提供地理信息数据的部门。当前,在测绘科技高速发展的同时,与其许多相关专业集成向地理信息产业发展。要发展GPS、RS和GIS(简称3S)技术,需要跨部门、跨行业的联合,关起门来发展等于孤立自己。要学会在既联合又竞争的环境中求发展的机遇和技巧。
2.2 引进和培养能够适应信息产业需要的人才
要发展信息产业,必须要有高科技的人才。传统的测绘行业分为大地测量、工程测量、摄影测量、地图制图和地图制印等专业。高科技的发展冲破了传统的分工,由于各类测绘高科技系统数字化、自动化、智能化程度高,很多操作可作为“傻瓜”式的操作。学会按键操作比较容易,如GPS接收机,只需花1~2小时即可学会操作,但要解决GPS数据中出现的问题,就需要一定的理论水平和研究水平。也就是说操作越来越简单,而解决关键问题却越来越复杂。在引进和培养人才中,注意研究人才和实用人才的合理搭配,使人才的结构能够最大限度地发挥效能。就专业而言,主要引进和培养“3 S”及其集成的人才。与此同时,还要注意人才的知识和技能的及时更新。
3 测绘行业的主要技术政策
测绘高科技的发展,信息产业的迅速崛起,导致测绘行业摆脱经典的测绘产业的组织和结构模式,但今后在一定的时间段内,测绘新技术体系不可能完全替代测绘生产中的常规技术体系,即常规测绘技术仍将在测绘生产中占有一席之地。因此,测绘单位和测绘科技工作者必须把解决关键技术问题和常规测绘技术的改造放在主要地位,要在常规技术和新技术之间,建立起一种适合本单位实际的过渡体系。
实现测绘生产从模拟向数字化的转变,不仅仅是将模拟图转换为数字图,而是实现基础地理信息从采集、存贮、管理到产品输出整个流程作业方式的改变,这种改变是系统的、整体的。所以,测绘单位必须进行总体规划、分步实施,作为一个系
统工程全面加以实现。当前,测绘单位首先要全面完成常规测绘技术向数字化和自动化方向过渡的技术改造。
3.1 组建基础地理信息系统
建立1∶500~1∶10 000各种比例尺地形图、地籍测量、地下管线测量等需要的机助成图系
统,应有数据库、图形库编辑功能,能够和野外观测电子手簿实现接口。只有这样,才能在新一轮的更新基本图中,全面实现航测数字化成图(局部地区不排除全野外数字成图),并建立全站仪、电子手簿在野外直接对数字地图进行修测(大面积集中修测亦可采用航测数字修测),使数字化成图一体化。
各类工程图施测,建筑工程、水利工程放样,市政工程的定线以及各种工程的竣工测量等均应
采用内外业一体化系统,其数据格式应与基础地理信息数据库接轨。
3.2 建立部门网络,实现资源共享
盘片管理方法无法满足信息存贮、使用的要求,同时为避免出现磁盘数据损坏、数据丢失、新老版本数据混淆现象,应在生产管理部门、数字化内业生产部门、图档管理部门之间建成计算机网络,通过计算机图档管理系统实现数字化内业生产调图、归档到最终打印的自动化。
为有利于生产方式从采集到管理的转换,应考虑建立本单位的局域网,实现各生产部门、生产
管理部门、检查验收部门、图档管理部门之间的计算机网络互联,使各部门作业以数据流的方式进行运转。
3.3 推广GPS定位技术的应用
应用GPS定位技术为城市及各重点工程项目建立各等级的控制网和精密工程控制网,重点
掌握静态相对定位原理、布网原则、精度要求和作业技术方法。学会网型的设计、仪器检验方法、外业数据采集和内业数据处理、坐标转换、平差计算等问题的处理。
在城市规划管理、市政管理、交通管理、环境保护、灾害监测、气象学、土地管理等城市管理方面,GPS都有着良好的应用前景和市场机遇。
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