歐 樂(lè)，張 建，吳年豐

(1.海軍南海工程設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524005；2.中國(guó)電建集團(tuán)青海省電力設(shè)計(jì)院有限公司，青海 西寧 810008；3.中國(guó)海警局直屬第三局，廣東 廣州 520320)

上世紀(jì)六七十年代，為相應(yīng)“深挖洞、廣積糧、不稱(chēng)霸”的國(guó)家政策，全國(guó)各地建造了數(shù)量眾多的人防坑道。隨著世界格局的變化以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這些坑道已使用(或擱置)近半個(gè)世紀(jì)，不少坑道已覆土多年，坑道的安全性、可靠性都經(jīng)受著考驗(yàn)。近年來(lái)，軍隊(duì)都在進(jìn)行人防工程普查工作，對(duì)人防坑道的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、被覆等進(jìn)行調(diào)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(guó)家坐標(biāo)系中的位置，以及其內(nèi)部輪廓、走向，以及截面尺寸，由于年代久遠(yuǎn)，大多數(shù)坑道的建設(shè)資料已無(wú)法找到，必須進(jìn)行詳細(xì)測(cè)繪。

1 任務(wù)概況

海南省三亞市某人防坑道建于上世紀(jì)六七十年代，現(xiàn)如今多年未使用，坑道內(nèi)積水、淤積嚴(yán)重，積水深處可達(dá)2 m(即灌滿(mǎn)坑道)。當(dāng)前因整改維修需要，需掌握坑道平面布置及地勢(shì)情況。原始資料已無(wú)從查找，需進(jìn)行重新測(cè)繪。因坑道積水，無(wú)法使用三維激光掃描技術(shù)[4]，只能使用傳統(tǒng)的數(shù)字測(cè)圖方法[5]。

2 測(cè)繪實(shí)施

外業(yè)測(cè)繪流程圖如圖1所示。

圖1 外業(yè)測(cè)繪流程圖

2.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘

對(duì)坑道現(xiàn)狀進(jìn)行了踏勘，繪制草圖，查明所有坑道出口位置、結(jié)構(gòu)形式以及通行能力。對(duì)坑道內(nèi)部淤積、水深情況、水泵排水水位下降速率進(jìn)行掌握，確定測(cè)繪時(shí)間窗口。制定測(cè)量方案。

2.2 控制測(cè)量

狹長(zhǎng)的坑道除口部外全部處于地下，控制測(cè)量采用附合導(dǎo)線(xiàn)或直伸導(dǎo)線(xiàn)的方式。

(1)平面控制：在地面上的所有可通行出口附近，設(shè)置成對(duì)控制點(diǎn)，通過(guò)GNSS靜態(tài)測(cè)量聯(lián)測(cè)已知控制點(diǎn)，獲得地面上的首級(jí)控制點(diǎn)成果。采用附合導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量的方法，利用全站儀從坑道一口已知點(diǎn)(方位)測(cè)入，經(jīng)若干坑道內(nèi)圖根轉(zhuǎn)點(diǎn)，從另一口測(cè)出附合到已知點(diǎn)(方位)，進(jìn)行地面與坑道內(nèi)的平面控制傳遞，完成次級(jí)控制，如圖2所示，平差解算坑道內(nèi)控制點(diǎn)坐標(biāo)。

圖2 導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量示意圖

(2)高程控制：因坑道內(nèi)積水嚴(yán)重，部分地段全時(shí)段抽水，積水水位仍超過(guò)1 m，無(wú)法進(jìn)行常規(guī)的水準(zhǔn)測(cè)量?；诖?，在導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量過(guò)程中記錄垂直角和水平距離，利用三角高程傳遞的方法進(jìn)行坑道內(nèi)傳導(dǎo)高程[6-7]，將地面高程基準(zhǔn)引入坑道內(nèi)，經(jīng)平差解算各點(diǎn)高程。

2.3 碎部測(cè)量

依照1∶500地形圖測(cè)繪要求，詳細(xì)測(cè)繪坑道輪廓邊線(xiàn)，坑道內(nèi)所有地物、地貌。靈活采用光學(xué)反射棱鏡、免棱鏡測(cè)距激光的測(cè)點(diǎn)方法，獲取準(zhǔn)確的碎部點(diǎn)坐標(biāo)。

2.4 截面測(cè)繪

在各個(gè)不同坑道截面及截面變化處進(jìn)行截面測(cè)繪[8]。結(jié)合實(shí)地情況，選取免棱鏡模式測(cè)特征點(diǎn)，手持式激光測(cè)距儀實(shí)測(cè)，以及鋼卷尺實(shí)測(cè)等方法獲取截面特征尺寸，包括截面寬、兩側(cè)起弧處高、拱頂高等。

3 困難及解決方案

3.1 入口處導(dǎo)線(xiàn)邊長(zhǎng)短

因入口處需經(jīng)樓梯將導(dǎo)線(xiàn)引入坑道，導(dǎo)致此處的導(dǎo)線(xiàn)邊長(zhǎng)很短，部分測(cè)段該處邊長(zhǎng)僅有5 m。

儀器對(duì)中誤差對(duì)水平角的影響已有論證[9]，公式如下：

(1)

由上式可知，測(cè)角中誤差m中與兩目標(biāo)之間的距離SAB與對(duì)中誤差e的乘積成正比，與測(cè)站至目標(biāo)的距離S1和S2的乘積成反比，距離越短，影響越大。

當(dāng)坑道入口的導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)折測(cè)段長(zhǎng)度無(wú)法增長(zhǎng)，必須更加嚴(yán)格地對(duì)中、整平，適當(dāng)增長(zhǎng)銜接邊邊長(zhǎng)，同時(shí)增加測(cè)回?cái)?shù)，提高該測(cè)段的測(cè)角測(cè)距精度。

3.2 坑道內(nèi)積水，設(shè)站困難

坑道經(jīng)前期清淤后仍有多段積水，人員需著雨鞋(漁褲)進(jìn)入施測(cè)區(qū)域，無(wú)法正常在坑道底板面做點(diǎn)設(shè)站，即無(wú)法保證對(duì)中。為此提前制作多個(gè)預(yù)埋鋼筋的“設(shè)站墩”，以墩頂鋼筋頭刻畫(huà)十字中心代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中地面的轉(zhuǎn)點(diǎn)，如圖3所示。

“設(shè)站墩”的制作要點(diǎn)：

(1)灰桶中澆筑滿(mǎn)混凝土使墩子整體擁有較大的質(zhì)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(jié)，不易在搬動(dòng)時(shí)被抽出；

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

圖3 “設(shè)站墩”示意圖

由式(1)可知，測(cè)角中誤差與對(duì)中誤差e的成正比。經(jīng)檢驗(yàn)，利用設(shè)站墩法保障儀器對(duì)中的對(duì)中誤差e可控制在±3 mm以?xún)?nèi)。

操作時(shí)應(yīng)注意，首先應(yīng)清除設(shè)站處下方范圍半米內(nèi)的淤泥，挪開(kāi)可能存在的管線(xiàn)(或盡量避開(kāi))。安放墩子后，要不規(guī)則地進(jìn)行多次晃動(dòng)，使墩子最終能夠保持在穩(wěn)定不擾動(dòng)的狀態(tài)。在儀器高量測(cè)及周邊走動(dòng)時(shí)，做到動(dòng)作輕、幅度小，以免擾動(dòng)墩子。

另外，使用“設(shè)站墩”作為前視放點(diǎn)，或后視定向目標(biāo)時(shí)，要盡量使鋼筋處于自由狀態(tài)。以墩子前視時(shí)，可以將棱鏡倒置，以鏡頭略碰觸鋼筋頭中心進(jìn)行放點(diǎn)測(cè)量；以墩子后視時(shí)，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(dá)到不擾動(dòng)鋼筋，準(zhǔn)確后視的目的。

3.3 坑道內(nèi)高溫、潮濕

坑道內(nèi)外溫差大，依照相關(guān)規(guī)范以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[10]，全站儀在坑道內(nèi)取出后，靜置5 min再開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)后仍應(yīng)靜置10 min以上，使其適應(yīng)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(shè)置棱鏡，瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)距30次以上。以此確保目鏡、物鏡視場(chǎng)清晰，光束傳播適應(yīng)坑道環(huán)境。之后才開(kāi)始正常工作。

另外需要注意的是，全站儀下方的對(duì)中望遠(yuǎn)鏡鏡頭可能也會(huì)起霧，導(dǎo)致對(duì)中視場(chǎng)模糊，此時(shí)應(yīng)小心將全站儀從三角基座上取下，擦拭鏡頭。因?yàn)榭拥纼?nèi)光線(xiàn)暗，在設(shè)站對(duì)中，以及瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，都應(yīng)該微調(diào)螺旋，認(rèn)真消除視差。

3.4 坑道碎部測(cè)量要點(diǎn)

(1)坑道邊線(xiàn)：棱鏡的測(cè)量中心是其鏡頭中心，因此坑道邊線(xiàn)測(cè)點(diǎn)全部采用免棱鏡的方式，打開(kāi)SOKKIA CX101全站儀照準(zhǔn)指示激光，直接照準(zhǔn)坑道側(cè)墻特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)取。當(dāng)激光束與坑道側(cè)墻成鈍角方向時(shí)，以反光板輔助遮擋，以免激光散射，記錄錯(cuò)誤位置，如圖4所示。

圖4 坑道邊線(xiàn)測(cè)繪示意圖(俯視)

(2)坑道內(nèi)高程：免棱鏡測(cè)高程不易獲取準(zhǔn)確目標(biāo)高，因此坑道內(nèi)高程點(diǎn)全部采用光學(xué)反射棱鏡的方式，每個(gè)測(cè)點(diǎn)確定目標(biāo)高后測(cè)取。

3.5 坑道內(nèi)燈光不均勻

前期坑道清淤施工過(guò)程中，在坑道頂部按照一定的距離間隔安裝了部分射燈，當(dāng)全站儀逆光測(cè)量時(shí)，因燈光照射，極難瞄準(zhǔn)目標(biāo)測(cè)量。此時(shí)應(yīng)安排人員在電閘處臨時(shí)關(guān)閉照明，以手電筒(頭燈)沿測(cè)量光束照射目標(biāo)棱鏡方向，搜尋棱鏡測(cè)量，或由測(cè)繪員在碎部點(diǎn)處指示激光斑點(diǎn)定位測(cè)量。

4 成果標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 成果精度

針對(duì)不利因素，利用上述各種解決方案，創(chuàng)新地創(chuàng)造了測(cè)量條件，得以完成了測(cè)繪任務(wù)。導(dǎo)線(xiàn)平差成果如表1所示。

表1 坑道各導(dǎo)線(xiàn)測(cè)段平差成果

數(shù)據(jù)分析顯示，附合導(dǎo)線(xiàn)最弱處位于兩兩出口中間，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均值±4.2 cm，平面相對(duì)中誤差約1:4 600。本項(xiàng)目使用的SOKKIA CX101全站儀測(cè)角精度1″，利用免棱鏡測(cè)量碎部點(diǎn)的測(cè)距精度為(3+2 ppm×D)mm，本項(xiàng)目中測(cè)距長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超過(guò)100 m。據(jù)此推求碎部點(diǎn)平面精度約為±10 cm。

4.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)從數(shù)據(jù)上看，碎部點(diǎn)平面精度±10 cm，這樣的精度是比較差的，但面對(duì)使用單位對(duì)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(rèn)可。后續(xù)若需要更精確的成果，可待測(cè)量條件改善后，再做精細(xì)測(cè)量。

(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，鋼筋越長(zhǎng)，頂部越容易受外界影響而產(chǎn)生擾動(dòng)。本次測(cè)量因墩子委托第三方制作，為求工作便利，設(shè)置了高1 m可供全線(xiàn)使用的墩子。如果條件允許，應(yīng)設(shè)置多種尺寸高度的“設(shè)站墩”，根據(jù)水深情況，選用鋼筋最短的墩子，如此可以進(jìn)一步提高測(cè)量的精度。另可優(yōu)化“設(shè)站墩”的結(jié)構(gòu)形式，如做三腳結(jié)構(gòu)、增大墩體體積等，力求其在水下的穩(wěn)定。

(3)針對(duì)坑道曲折，導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量轉(zhuǎn)點(diǎn)多，且因存在積水轉(zhuǎn)點(diǎn)無(wú)法保存的測(cè)量條件，本次測(cè)量結(jié)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(cè)繪方法，將控制測(cè)量、碎部測(cè)量的先后在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)體現(xiàn)出來(lái)。如此保證整體作業(yè)速度快，效率高，節(jié)省了耗時(shí)的控制測(cè)量工期，符合本次任務(wù)快速獲取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪資料的要求。延伸考慮，當(dāng)坑道內(nèi)臨時(shí)控制點(diǎn)不易保存，可參考地鐵隧道監(jiān)測(cè)的控制點(diǎn)布設(shè)方法，在坑道壁設(shè)置控制點(diǎn)位，埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩、棱鏡轉(zhuǎn)接頭等，以此保證成果精度的需求，值得下一步進(jìn)行思考。