謝裕群

(平遠縣自然資源局，廣東 平遠 514600)

1 引言

近年來，國家大型天然氣、石油等長輸管道工程建設(shè)為管道測繪的發(fā)展提供了廣闊的發(fā)展空間。管道測繪從單一的地面測量轉(zhuǎn)變?yōu)楹娇諗z影測量、衛(wèi)星遙感與地面測量并用的模式[1]。管道數(shù)字化測繪是發(fā)展智慧化管道的重要基礎(chǔ)，管道位置信息是建設(shè)數(shù)字化管道的重要內(nèi)容[2]。然而，長輸管道途經(jīng)城市人口密集區(qū)、河流、公路、鐵路，安全風險管控難度大，如果管道失效，發(fā)生泄漏、爆炸等事故，會造成巨大損失，污染水源和自然環(huán)境[3]。因此，摸清管道規(guī)模、位置關(guān)系、功能屬性、產(chǎn)權(quán)歸屬、運行年限等基本信息是智能化管線建設(shè)的基礎(chǔ)。本文以西氣東輸工程某管道工程測繪項目為例，研究總結(jié)了管道工程測繪尤其是施工測繪的基本內(nèi)涵和關(guān)鍵技術(shù)，以期為同類工程的實施提供參考和借鑒。

2 管道測繪關(guān)鍵方法及技術(shù)

2.1 控制測量

天然氣管道工程控制測量包括平面控制測量和高程控制測量。平面控制測量包括首級平面控制測量和線路平面控制測量。根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）及相關(guān)測量規(guī)范標準，采用GNSS 進行平面靜態(tài)觀測。在天然氣線路控制測量中，當國家等級點密度不能滿足線路聯(lián)測需要時，先進行國家等級點加密控制測量，加密控制網(wǎng)可視為線路的首級控制網(wǎng)。首級控制網(wǎng)沿線路按點對布設(shè)，構(gòu)成四邊形或大地四邊形組成的帶狀網(wǎng)。點對間的距離一般為8 ～15 km，最長不超過20 km；組成點對的兩點間相互通視，間距不小于400 m[4-5]。線路控制測量，以GNSS 加密點或國家四等及以上的等級點為起算點布網(wǎng)，線路GNSS 控制點的間距通常是200 ～500 m。其測量精度等級滿足《油氣輸送管道工程測量規(guī)范》（GB/T 50539—2009）中規(guī)定的E 級要求[6]。

高程控制測量主要有三角高程測量和水準測量兩種方式。在地勢起伏較大的地方，可以采用三角高程測量代替水準測量，以提高作業(yè)效率；對于地勢平坦、通視良好區(qū)域，采用水準測量方法能夠保證較高精度。相關(guān)研究表明，通過改進儀器、作業(yè)流程和方法，三角高程測量可以替代二等水準測量，在特定條件下能達到一等水準測量的要求[7-8]。

2.2 投影坐標系到工程坐標系的轉(zhuǎn)換

控制測量成果多采用投影坐標系或地方坐標系，通常沿管道前進方向和垂直管道前進方向建立工程坐標系，以便施工放樣。因而，需要確定這兩套坐標系的關(guān)系，建立投影坐標系到工程坐標系的轉(zhuǎn)換模型[8]。施工坐標與測量坐標的換算如圖1 所示。

圖1 施工坐標與測量坐標的換算

設(shè)P點的施工坐標為投影坐標系坐標為（xP，yP），θ為放樣直線段的方位角，則兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式（1）所示。

通常情況下，在保證變形最小的前提下，可以采用最小二乘法原理計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，以實現(xiàn)坐標轉(zhuǎn)換。工程中可靈活計算各樁點的工程坐標，便于開展開槽口放樣、坡度控制、頂管測量、斷面測量等工作。

2.3 槽口放線

利用RTK 和全站儀相結(jié)合的方法進行槽口放線。橫斷面比較平坦時，設(shè)中線到開挖邊線的距離為B（稱為槽口半寬），則槽口寬度2B可按公式（2）計算。平坦槽口開挖示意圖如圖2所示。

橫斷面高度變化較大時，中線兩側(cè)槽口寬度不一致，如果溝槽開挖較深，則常需變坡分級開挖，開槽寬度如公式（3），坡度較大槽口開挖示意圖如圖3所示。

2.4坡度控制標志的測設(shè)

坡度板法是坡度控制標志測設(shè)常用的方法，通過控制中線和構(gòu)筑物的位置，掌握管道設(shè)計高程，從而進行跨槽埋設(shè)。（1）設(shè)置坡度板。根據(jù)工程進度要求及時埋設(shè)坡度板，當槽深在2.5 m 以內(nèi)時，應(yīng)于開槽前在槽口每隔10～15 m 埋設(shè)一塊。（2）投測中線。坡度板埋好后用經(jīng)緯儀將管道中心線投測到板頂面，并釘中線釘。其中，中線釘連線即為管道的中線方向。通過在中線釘或其連線上懸掛垂球?qū)⒅芯€位置投影到管溝內(nèi)。（3）測設(shè)坡度釘。為控制管道埋深，根據(jù)施工場地附近水準點，測定各坡度板頂面高程H板頂。再結(jié)合管底設(shè)計標高H管底和預(yù)先確定的下返系數(shù)c，計算每個板頂應(yīng)向下或向上的調(diào)整數(shù)δ，根據(jù)δ值在高程板上釘設(shè)坡度釘，使之到管底設(shè)計標高的垂距為c。

當δ為“+”時，自坡度板頂向上調(diào)整；反之向下調(diào)整，并釘坡度釘，及時掌握槽底和基礎(chǔ)面施工高程。

2.5頂管施工測量

在管道穿越鐵路、公路、河流或建筑物時，由于不能或不允許開槽施工，故采用頂管施工。首先，建立施工段面地上和地下控制測量系統(tǒng)。其次，根據(jù)待施工管道設(shè)計施工圖提供的坐標，利用光學經(jīng)緯儀控制頂管軸線方位，用GNSS或全站儀確定工作坑位置和頂管起止點，利用水準儀和全站儀三角高程聯(lián)合測量地下頂管推進高程[9]。同時，在每一步的測量中，結(jié)合使用動態(tài)測量不斷復(fù)核預(yù)頂進軸線和靜態(tài)測量，跟蹤測量激光點的移動進行糾偏，校正頂進方向[10]。

2.6基于AutoCAD的線路縱斷面測量

根據(jù)燃氣管道縱斷面的繪制要求及AutoCAD軟件的特點，本文縱斷面繪制的框架主要有參數(shù)設(shè)置、采樣點繪制、縱斷面數(shù)據(jù)、縱斷面繪制[11]。（1）縱斷面繪制參數(shù)主要有表格設(shè)置（如表頭樣式、文字高度、內(nèi)容格式等）、斷面比例尺和線條顏色設(shè)置、地面標高和埋深錄入設(shè)置等。（2）采樣點繪制用于表達燃氣管線屬性及空間位置，如原始地面高程、管頂高程、管徑、埋深、距離等。（3）數(shù)據(jù)錄入時將外業(yè)測量的基本數(shù)據(jù)錄入即可，其他屬性項可根據(jù)各屬性項之間的關(guān)系進行相應(yīng)計算。（4）獲取所有采樣點數(shù)據(jù)并根據(jù)配置信息繪制斷面表格、斷面線、標注等元素。

3 應(yīng)用實例

3.1 項目概況

某市西氣東輸中段某支線配套天然氣管道于2017年5 月開工建設(shè)，管線設(shè)計壓力為10 MPa，傳輸介質(zhì)為鋼管，管徑為600 mm，管線埋深1.5 m 左右，穿越城市主要干道及建筑物時頂管鋪設(shè)，部分地區(qū)開槽鋪設(shè)和架空鋪設(shè)，實現(xiàn)管道工程合理化運營。

3.2 GNSS 控制測量

根據(jù)燃氣管道設(shè)計路線，合理布局覆蓋該任務(wù)區(qū)的D 級GNSS 控制網(wǎng)。其中，使用四臺徠卡GNSS 接收機，通過靜態(tài)測量觀測1 個時段60 分鐘。同時做好觀測記錄和點之記。對觀測結(jié)果進行基線解算和無約束平差，獲得WGS84 坐標成果，若匹配成果精度滿足相關(guān)要求，則輸出坐標轉(zhuǎn)換模型，以便后期RTK 測量使用[12]。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，使用高程擬合的方法獲得高程。項目通過靜態(tài)觀測聯(lián)測13 個GNSS首級控制點進行平差[12]，精度如表1 所示；聯(lián)測7 個已知點進行經(jīng)典三維坐標轉(zhuǎn)換，精度如表2 所示。

表1 精度統(tǒng)計

表2 精度統(tǒng)計

為了后期施工方便，需要將加密控制點轉(zhuǎn)換為工程坐標用于后續(xù)放樣過程。

3.3 管道地形及縱斷面測量

管道工程地形測量過程中一般采用多元化測繪模式，測圖比例尺為1∶2000 ～1∶500，其技術(shù)要求同油氣田地形圖測繪一致。獲取的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)應(yīng)用在可行性研究、初步設(shè)計到施工圖設(shè)計等各個階段，多種測繪產(chǎn)品的應(yīng)用給管道線路選擇和優(yōu)化、施工圖設(shè)計及施工招標提供了豐富的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。

線路縱斷面測量在管道鋪設(shè)前及鋪設(shè)過程中采用GNSS-RTK 直接測量原始地形平面坐標及高程信息，并記錄此點的埋深、管徑等信息。在AutoCAD 中錄入采樣點，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，使用LongitudinalSection 命令快速繪制縱斷面圖，如圖4 所示。

4 結(jié)語

圖4 管線縱斷面圖（局部）

隨著城市地下空間的發(fā)展，地下管線的數(shù)量及種類不斷增多，合理選擇管道測量方法及技術(shù)至關(guān)重要。本文對管道工程開槽鋪設(shè)和頂管鋪設(shè)的數(shù)字測繪各項應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進行總結(jié)和探討，并以西氣東輸支線某標段配套工程為例，對各項技術(shù)進行驗證，效果良好，為地下管線的科學配套鋪設(shè)提供借鑒，促進城市管線工程的穩(wěn)定發(fā)展。