梁進(jìn)鋒

中交二公局第一工程有限公司，湖北 武漢 430000

高效的高程測(cè)量有助于提高整個(gè)高速公路建設(shè)質(zhì)量。我國(guó)地域廣闊，高速公路覆蓋面積大，山區(qū)路段數(shù)量多且長(zhǎng)，如果高程測(cè)量結(jié)果不正確，就會(huì)給公路最終建設(shè)質(zhì)量帶來(lái)較大的影響。傳統(tǒng)高程測(cè)量以水準(zhǔn)測(cè)量為主，其主要目的就是獲得兩點(diǎn)之間的高差，如果在山區(qū)，這種方法往往表現(xiàn)出一定的局限性，另外水準(zhǔn)測(cè)量還具有精度差、效率低、適用性較差等劣勢(shì)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，全站儀測(cè)量技術(shù)出現(xiàn)，該技術(shù)因應(yīng)用成本低、應(yīng)用效果好、適用范圍廣等深受施工企業(yè)的喜愛(ài)。

1 工程概況

中交安江高速公路TJ7B合同段項(xiàng)目經(jīng)理部位于貴州省遵義市余慶縣，屬于高原山區(qū)地貌，地方交通不便，施工環(huán)境復(fù)雜，工期緊，任務(wù)重。經(jīng)理部管段范圍內(nèi)起止樁號(hào)為K86+430～K98+000，施工段全長(zhǎng)11.570km。其中正線路基總長(zhǎng)8070m，占線路總長(zhǎng)的69.88%；橋梁13座，隧道1座，服務(wù)區(qū)1處、互通1處、涵洞18個(gè)、通道14個(gè)、天橋1個(gè)；預(yù)制T梁928片。根據(jù)工期要求，2015年12月底通車(chē)。該公路項(xiàng)目建設(shè)施工中，應(yīng)用到全站儀的環(huán)節(jié)主要有定位樁位、測(cè)量放樣、調(diào)整模板橫向和縱向垂直度。

項(xiàng)目區(qū)域地處貴州省中部，位于黔北南陲，地勢(shì)東北略高、西南略低。項(xiàng)目區(qū)最高點(diǎn)位于核桃樹(shù)隧道出口附近的山上，海拔為959.0m，最低點(diǎn)為余慶河河谷，海拔為565.1m，高差393.9m。根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域的地形以及具體的施工進(jìn)度，確定了測(cè)量隊(duì)伍以及高程測(cè)量起點(diǎn)，高程測(cè)量和控制貫穿于項(xiàng)目開(kāi)展的全過(guò)程[1]。

2 高程觀測(cè)

應(yīng)用TCRP1201+R400全站儀進(jìn)行高程觀測(cè)，該儀器測(cè)距精度為±（2mm+10-6×D），其中D為實(shí)測(cè)距離，測(cè)角精度為±2"，全站儀工作流程如圖1所示。觀測(cè)中，應(yīng)用對(duì)向觀測(cè)中絲法觀測(cè)四測(cè)回測(cè)定垂直角，垂直角指標(biāo)差較差小于5"，垂直角測(cè)回較差小于5"，應(yīng)用對(duì)向觀測(cè)兩測(cè)回測(cè)定邊長(zhǎng)，用d表示測(cè)距邊長(zhǎng)，對(duì)向觀測(cè)高差較差小于40d，該全站儀的高和棱鏡高精確到毫米，一般需要讀取兩次后取平均數(shù)。只有一個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)值和觀測(cè)限差滿(mǎn)足具體的規(guī)范要求后，方可開(kāi)展下一點(diǎn)的觀測(cè)，否則必須重新觀測(cè)。

圖1 全站儀工作流程

3 高程數(shù)據(jù)處理

在計(jì)算水平距離時(shí)，垂直角等于地球曲率與大氣折光對(duì)垂直角的改正值和測(cè)站平差后的垂直角中數(shù)之和，兩點(diǎn)之間的水平距離為對(duì)向觀測(cè)的中數(shù)，計(jì)算兩點(diǎn)間的高差一般需要加兩差改正，其計(jì)算公式如下：

式中：D為測(cè)距邊兩端點(diǎn)儀器與棱鏡平均高程面上的水平距離，m；S為改正后的斜距，m；H為反光鏡和測(cè)距儀之間的高度差，m；為垂直角觀測(cè)值；F為地球曲率與大氣折光對(duì)垂直角的改正；K為當(dāng)?shù)氐拇髿庹酃庀禂?shù)；Rm為地球平均曲率半徑，取6378245m。

將測(cè)量所得到的平均距離和高差數(shù)據(jù)輸入平差軟件中進(jìn)行平差計(jì)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知，該項(xiàng)目每公里高差偶然中差為±1.4mm，允許值為±5.0mm；每公里高差全中誤差為±3.1mm，允許值為±10.0mm；最弱相鄰點(diǎn)高程中誤差為±6.5mm；最弱點(diǎn)高程中誤差為±14.9mm，允許值±25.0mm。以上數(shù)據(jù)證明，該項(xiàng)目平均距離和高差的精度均滿(mǎn)足相應(yīng)的規(guī)范和要求。

4 等水準(zhǔn)各項(xiàng)精度均滿(mǎn)足規(guī)范要求的控制策略

隨著國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模的不斷增加，全站儀的應(yīng)用也越來(lái)越普及，該儀器應(yīng)用中所存在的問(wèn)題也開(kāi)始凸現(xiàn)，使得全站儀的應(yīng)用精度無(wú)法得到有效的保證。筆者通過(guò)總結(jié)多個(gè)全站儀應(yīng)用項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)為了保證全站儀設(shè)備應(yīng)用精度，需要做好以下工作。

（1）保證反射鏡高度測(cè)量和儀器高度測(cè)量的次數(shù)。為了提高儀器高度和反射鏡高度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須在前方和后方分別測(cè)量一次，如果兩次測(cè)量結(jié)果之間的誤差較大，那么需要再次測(cè)量，然后和已經(jīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)比，找出并剔除測(cè)量失誤或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，如果兩次測(cè)量結(jié)果之間差別不大，那么就可以確定測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。測(cè)量工作中，盡量應(yīng)用專(zhuān)業(yè)工具測(cè)量[2]。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)的取值以mm為單位。為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，測(cè)量結(jié)果應(yīng)該精確到mm。測(cè)量中遇到導(dǎo)線點(diǎn)，應(yīng)該將其作為高程測(cè)量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在測(cè)量轉(zhuǎn)點(diǎn)間距和豎直角度時(shí)，應(yīng)在氣候條件相同的前提下，進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，只有應(yīng)用這種方式測(cè)量出來(lái)的結(jié)果才更加符合實(shí)際環(huán)境，該測(cè)量結(jié)果也才能給后續(xù)施工提供更加科學(xué)和正確的指導(dǎo)。

（3）注重地球曲率。在測(cè)量山地或者丘陵環(huán)境中兩點(diǎn)之間的距離或者高度時(shí)，因?yàn)榈厍虮旧泶嬖谝欢ǖ那?，所以測(cè)量結(jié)果必然會(huì)存在一定的誤差。為此，測(cè)量工作中，為了提高測(cè)量數(shù)值的科學(xué)性，必須重點(diǎn)關(guān)注地球曲率對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響[3]。

（4）注重氣溫和氣壓的影響。應(yīng)用全站儀測(cè)量高速公路高程時(shí)，通常會(huì)受到氣壓或者氣溫等因素的影響。全站儀經(jīng)過(guò)多方改良后，其自身可以自行設(shè)定氣溫和氣壓參數(shù)。在測(cè)量工作前，首先應(yīng)明確環(huán)境的氣溫和氣壓，然后根據(jù)環(huán)境氣溫氣壓設(shè)定全站儀的工作參數(shù)，再進(jìn)行距離或者高度的測(cè)量，這樣就可以顯著提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（5）正確掌握重復(fù)測(cè)量次數(shù)。測(cè)量工作中，全站儀的應(yīng)用往往會(huì)受到各種外界因素的影響，因此一次測(cè)量結(jié)果往往不能正確反映真實(shí)的情況。為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，往往需要多次反復(fù)測(cè)量，而測(cè)量次數(shù)的選擇和確定，大多需要根據(jù)環(huán)境的實(shí)際情況而定。

（6）注重時(shí)機(jī)的選擇。應(yīng)用全站儀測(cè)量高程也會(huì)受到測(cè)量時(shí)間的影響，換言之，應(yīng)用全站儀測(cè)量高程往往也存在最佳時(shí)間。為此，在選擇測(cè)量時(shí)間時(shí)，選擇在大氣垂直折光系數(shù)變化較小的時(shí)間開(kāi)展為最佳。

5 全站儀的應(yīng)用的注意事項(xiàng)

第一，測(cè)量?jī)x器高度和反射鏡高度時(shí)，前后各測(cè)量一次，兩次測(cè)量結(jié)果之間的誤差不超過(guò)2mm為合格，測(cè)量應(yīng)該選擇專(zhuān)業(yè)的測(cè)量?jī)x器。第二，在對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要選擇測(cè)量精度超過(guò)Ⅱ級(jí)的全站儀，單位精確至毫米，提高測(cè)量結(jié)果的精確程度。第三，在對(duì)高差進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該將地球曲率考慮進(jìn)來(lái)，測(cè)量地球曲率影響較為嚴(yán)重的兩點(diǎn)間距時(shí)，應(yīng)該采用對(duì)向觀測(cè)平均值。第四，測(cè)距之前，首先應(yīng)該測(cè)定氣溫和氣壓，同時(shí)在測(cè)距過(guò)程中加入氣象改正。第五，應(yīng)用中絲法測(cè)量豎直角時(shí)，豎直角不能超過(guò)20°，如果超出該范圍，應(yīng)該適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)，進(jìn)而提高豎直角度測(cè)量的準(zhǔn)確度。第六，觀測(cè)時(shí)間嚴(yán)重影響成像的清晰度和穩(wěn)定性，而在每天日出、日落時(shí)，大氣垂直折光系數(shù)變化往往都較大，因此這個(gè)時(shí)間段不能開(kāi)展長(zhǎng)邊觀測(cè)。第七，在一組測(cè)量數(shù)據(jù)中，如果對(duì)向觀測(cè)高差超過(guò)一定范圍，則需要重復(fù)測(cè)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的高速公路高程測(cè)量方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前的應(yīng)用需求，在高速公路建設(shè)數(shù)量和規(guī)模不斷增加的背景下，全站儀的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。全站儀的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)高程測(cè)量控制方法的弊端，降低了工作人員工作強(qiáng)度，保證了測(cè)量工作的準(zhǔn)確性和效率，提高了測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)程度，同時(shí)具有應(yīng)用成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，值得被廣泛推廣和應(yīng)用，但是應(yīng)用該儀器時(shí)，同樣需要注意相關(guān)注意事宜，這樣才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，為后續(xù)施工打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。