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        積水條件下的坑道地形測量難點及解決方案

        2020-05-17 06:14:02吳年豐
        礦山測量 2020年2期
        關鍵詞:設站墩子坑道

        歐 樂,張 建,吳年豐

        (1.海軍南海工程設計院,廣東 湛江 524005;2.中國電建集團青海省電力設計院有限公司,青海 西寧 810008;3.中國海警局直屬第三局,廣東 廣州 520320)

        上世紀六七十年代,為相應“深挖洞、廣積糧、不稱霸”的國家政策,全國各地建造了數量眾多的人防坑道。隨著世界格局的變化以及社會經濟的發(fā)展,這些坑道已使用(或擱置)近半個世紀,不少坑道已覆土多年,坑道的安全性、可靠性都經受著考驗。近年來,軍隊都在進行人防工程普查工作,對人防坑道的結構形式、尺寸、被覆等進行調查[1-3]。普查第一步就是要掌握坑道的平面布置,包括坑道在國家坐標系中的位置,以及其內部輪廓、走向,以及截面尺寸,由于年代久遠,大多數坑道的建設資料已無法找到,必須進行詳細測繪。

        1 任務概況

        海南省三亞市某人防坑道建于上世紀六七十年代,現如今多年未使用,坑道內積水、淤積嚴重,積水深處可達2 m(即灌滿坑道)。當前因整改維修需要,需掌握坑道平面布置及地勢情況。原始資料已無從查找,需進行重新測繪。因坑道積水,無法使用三維激光掃描技術[4],只能使用傳統(tǒng)的數字測圖方法[5]。

        2 測繪實施

        外業(yè)測繪流程圖如圖1所示。

        圖1 外業(yè)測繪流程圖

        2.1 現場踏勘

        對坑道現狀進行了踏勘,繪制草圖,查明所有坑道出口位置、結構形式以及通行能力。對坑道內部淤積、水深情況、水泵排水水位下降速率進行掌握,確定測繪時間窗口。制定測量方案。

        2.2 控制測量

        狹長的坑道除口部外全部處于地下,控制測量采用附合導線或直伸導線的方式。

        (1)平面控制:在地面上的所有可通行出口附近,設置成對控制點,通過GNSS靜態(tài)測量聯測已知控制點,獲得地面上的首級控制點成果。采用附合導線測量的方法,利用全站儀從坑道一口已知點(方位)測入,經若干坑道內圖根轉點,從另一口測出附合到已知點(方位),進行地面與坑道內的平面控制傳遞,完成次級控制,如圖2所示,平差解算坑道內控制點坐標。

        圖2 導線測量示意圖

        (2)高程控制:因坑道內積水嚴重,部分地段全時段抽水,積水水位仍超過1 m,無法進行常規(guī)的水準測量?;诖耍趯Ь€測量過程中記錄垂直角和水平距離,利用三角高程傳遞的方法進行坑道內傳導高程[6-7],將地面高程基準引入坑道內,經平差解算各點高程。

        2.3 碎部測量

        依照1∶500地形圖測繪要求,詳細測繪坑道輪廓邊線,坑道內所有地物、地貌。靈活采用光學反射棱鏡、免棱鏡測距激光的測點方法,獲取準確的碎部點坐標。

        2.4 截面測繪

        在各個不同坑道截面及截面變化處進行截面測繪[8]。結合實地情況,選取免棱鏡模式測特征點,手持式激光測距儀實測,以及鋼卷尺實測等方法獲取截面特征尺寸,包括截面寬、兩側起弧處高、拱頂高等。

        3 困難及解決方案

        3.1 入口處導線邊長短

        因入口處需經樓梯將導線引入坑道,導致此處的導線邊長很短,部分測段該處邊長僅有5 m。

        儀器對中誤差對水平角的影響已有論證[9],公式如下:

        (1)

        由上式可知,測角中誤差m中與兩目標之間的距離SAB與對中誤差e的乘積成正比,與測站至目標的距離S1和S2的乘積成反比,距離越短,影響越大。

        當坑道入口的導線轉折測段長度無法增長,必須更加嚴格地對中、整平,適當增長銜接邊邊長,同時增加測回數,提高該測段的測角測距精度。

        3.2 坑道內積水,設站困難

        坑道經前期清淤后仍有多段積水,人員需著雨鞋(漁褲)進入施測區(qū)域,無法正常在坑道底板面做點設站,即無法保證對中。為此提前制作多個預埋鋼筋的“設站墩”,以墩頂鋼筋頭刻畫十字中心代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中地面的轉點,如圖3所示。

        “設站墩”的制作要點:

        (1)灰桶中澆筑滿混凝土使墩子整體擁有較大的質量,保證墩子在水下穩(wěn)定不易移位;

        (2)使用螺紋鋼筋,確保鋼筋與灰桶中的混凝土完整固結,不易在搬動時被抽出;

        (3)高度設置為1 m,保證該墩在全程使用過程中頂部鋼筋頭都可以露出水面。

        圖3 “設站墩”示意圖

        由式(1)可知,測角中誤差與對中誤差e的成正比。經檢驗,利用設站墩法保障儀器對中的對中誤差e可控制在±3 mm以內。

        操作時應注意,首先應清除設站處下方范圍半米內的淤泥,挪開可能存在的管線(或盡量避開)。安放墩子后,要不規(guī)則地進行多次晃動,使墩子最終能夠保持在穩(wěn)定不擾動的狀態(tài)。在儀器高量測及周邊走動時,做到動作輕、幅度小,以免擾動墩子。

        另外,使用“設站墩”作為前視放點,或后視定向目標時,要盡量使鋼筋處于自由狀態(tài)。以墩子前視時,可以將棱鏡倒置,以鏡頭略碰觸鋼筋頭中心進行放點測量;以墩子后視時,可使用筆尖立在鋼筋頭中心,用以指示后視方向以定向,以此達到不擾動鋼筋,準確后視的目的。

        3.3 坑道內高溫、潮濕

        坑道內外溫差大,依照相關規(guī)范以及實踐經驗[10],全站儀在坑道內取出后,靜置5 min再開機,開機后仍應靜置10 min以上,使其適應環(huán)境溫度。而后小心擦拭目鏡、物鏡鏡頭的霧水,在距儀器約20 m處設置棱鏡,瞄準棱鏡測距30次以上。以此確保目鏡、物鏡視場清晰,光束傳播適應坑道環(huán)境。之后才開始正常工作。

        另外需要注意的是,全站儀下方的對中望遠鏡鏡頭可能也會起霧,導致對中視場模糊,此時應小心將全站儀從三角基座上取下,擦拭鏡頭。因為坑道內光線暗,在設站對中,以及瞄準目標點時,都應該微調螺旋,認真消除視差。

        3.4 坑道碎部測量要點

        (1)坑道邊線:棱鏡的測量中心是其鏡頭中心,因此坑道邊線測點全部采用免棱鏡的方式,打開SOKKIA CX101全站儀照準指示激光,直接照準坑道側墻特征點進行測取。當激光束與坑道側墻成鈍角方向時,以反光板輔助遮擋,以免激光散射,記錄錯誤位置,如圖4所示。

        圖4 坑道邊線測繪示意圖(俯視)

        (2)坑道內高程:免棱鏡測高程不易獲取準確目標高,因此坑道內高程點全部采用光學反射棱鏡的方式,每個測點確定目標高后測取。

        3.5 坑道內燈光不均勻

        前期坑道清淤施工過程中,在坑道頂部按照一定的距離間隔安裝了部分射燈,當全站儀逆光測量時,因燈光照射,極難瞄準目標測量。此時應安排人員在電閘處臨時關閉照明,以手電筒(頭燈)沿測量光束照射目標棱鏡方向,搜尋棱鏡測量,或由測繪員在碎部點處指示激光斑點定位測量。

        4 成果標準及經驗總結

        4.1 成果精度

        針對不利因素,利用上述各種解決方案,創(chuàng)新地創(chuàng)造了測量條件,得以完成了測繪任務。導線平差成果如表1所示。

        表1 坑道各導線測段平差成果

        數據分析顯示,附合導線最弱處位于兩兩出口中間,最弱點點位中誤差均值±4.2 cm,平面相對中誤差約1:4 600。本項目使用的SOKKIA CX101全站儀測角精度1″,利用免棱鏡測量碎部點的測距精度為(3+2 ppm×D)mm,本項目中測距長度最長不超過100 m。據此推求碎部點平面精度約為±10 cm。

        4.2 經驗總結

        (1)從數據上看,碎部點平面精度±10 cm,這樣的精度是比較差的,但面對使用單位對圖紙的急切需求,在諸多不利因素下,拿到這樣的第一手資料,得到了業(yè)主的認可。后續(xù)若需要更精確的成果,可待測量條件改善后,再做精細測量。

        (2)根據經驗可知,鋼筋越長,頂部越容易受外界影響而產生擾動。本次測量因墩子委托第三方制作,為求工作便利,設置了高1 m可供全線使用的墩子。如果條件允許,應設置多種尺寸高度的“設站墩”,根據水深情況,選用鋼筋最短的墩子,如此可以進一步提高測量的精度。另可優(yōu)化“設站墩”的結構形式,如做三腳結構、增大墩體體積等,力求其在水下的穩(wěn)定。

        (3)針對坑道曲折,導線測量轉點多,且因存在積水轉點無法保存的測量條件,本次測量結合規(guī)范要求的“先控制、后碎部”,采用了“邊控制、邊碎部”的外業(yè)測繪方法,將控制測量、碎部測量的先后在內業(yè)數據處理時體現出來。如此保證整體作業(yè)速度快,效率高,節(jié)省了耗時的控制測量工期,符合本次任務快速獲取現場測繪資料的要求。延伸考慮,當坑道內臨時控制點不易保存,可參考地鐵隧道監(jiān)測的控制點布設方法,在坑道壁設置控制點位,埋設強制對中觀測墩、棱鏡轉接頭等,以此保證成果精度的需求,值得下一步進行思考。

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