鄭宏利 王長歡

(中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司, 北京 101500)

0 引言

我國冬季傳統(tǒng)體育有著悠久的歷史,但參與冬奧會(huì)的歷史較短[1]。從1980年首次參加冬奧會(huì),經(jīng)過近四十年的發(fā)展,我國已成為冬奧會(huì)競技實(shí)力較強(qiáng)的國家之一[2],但國家的冰雪運(yùn)動(dòng)設(shè)施建設(shè)還需完善加強(qiáng)。長期以來,跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練一直租借國外歐美國家場館訓(xùn)練備戰(zhàn)。隨著北京申奧成功,國家加大冰雪項(xiàng)目設(shè)施的投資建設(shè),本文所闡述的項(xiàng)目就是國家跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練基地建設(shè)所采取的測量方法。

1 工程概況

淶源國家跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練科研基地一期是國家備戰(zhàn)2022年冬奧會(huì)的重點(diǎn)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目,同時(shí)也是促進(jìn)淶源體育事業(yè)快速發(fā)展而衍生的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì),是發(fā)展當(dāng)?shù)芈糜萎a(chǎn)業(yè)帶領(lǐng)山里人民過上向往生活的契機(jī)。項(xiàng)目主要工程建設(shè)內(nèi)容包含兩條跳臺(tái)賽道(HS140和HS106)、市政道路(上山道路和進(jìn)場道路)長度2.776 km、蓄水池(蓄水量200 000 m3)、水平風(fēng)洞、纜索等(如圖1所示)。涉及施工內(nèi)容包括鋼結(jié)構(gòu)制作工程、土石方及混凝土工程、給排水工程、著陸坡面仿真草皮工程、助滑道水槽及制冷系統(tǒng)工程、裁判樓教練臺(tái)建設(shè)工程、提升系統(tǒng)、造雪系統(tǒng)、燈光照明、市政配套等工程。工程計(jì)劃開工時(shí)間為2020年1月,計(jì)劃投入使用時(shí)間為2020年10月。

圖1 項(xiàng)目總體平面圖

2 工程測量技術(shù)重難點(diǎn)

2.1 上山道路工程

上山道路主要為比賽進(jìn)行運(yùn)輸服務(wù),線路轉(zhuǎn)角、坡度及沿途風(fēng)景要求較高,既要滿足車輛運(yùn)行需要,也要與環(huán)境融為一體。由于上山道路在陡坡溝壑之間開鑿,坡度較大,山上灌木叢生,人員行走困難,測量放樣難度較大。

2.2 跳臺(tái)結(jié)構(gòu)工程

此項(xiàng)工程為整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵性工程,也是運(yùn)營期核心使用結(jié)構(gòu),施工精度的好壞直接影響后續(xù)訓(xùn)練的效果。由于跳臺(tái)賽道與地面的夾角有嚴(yán)格規(guī)定,所以對測量的精度要求很高,主要體現(xiàn)在高程控制上。

2.3 風(fēng)洞工程

此設(shè)備采用閉口回流風(fēng)洞形式。作為綜合性體育運(yùn)動(dòng)科研訓(xùn)練風(fēng)洞,不僅要滿足跳臺(tái)滑雪與空氣動(dòng)力學(xué)有關(guān)的全部訓(xùn)練內(nèi)容和科研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,還要為其他競速類體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目預(yù)留接口。風(fēng)洞工程主要為結(jié)構(gòu)安裝工程,對預(yù)埋精度要求較高。

2.4 蓄水池、纜索等工程

蓄水池主要是開挖精度控制,纜索工程主要是安裝預(yù)埋精度控制。

3 保證測量精度措施

測量工作總體原則:先整體,后局部;先控制,后碎步[3]。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)物的測量要求特點(diǎn),分別進(jìn)行測量方案布置。摒棄傳統(tǒng)精密導(dǎo)線網(wǎng),整網(wǎng)采用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)控制點(diǎn)指導(dǎo)施工[4]。

(1)首先對整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)交樁復(fù)測,檢驗(yàn)設(shè)計(jì)所交接點(diǎn)位的穩(wěn)固性和準(zhǔn)確性。平面復(fù)測采用四臺(tái)徠卡全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收機(jī),按照設(shè)計(jì)交接樁位的同等精度進(jìn)行靜態(tài)觀測,邊連式模式,共測三站。高程復(fù)測采用天寶電子水準(zhǔn)儀(DINI03),按照設(shè)計(jì)交接樁位的同等精度進(jìn)行復(fù)測。復(fù)測完成后,控制點(diǎn)的測量坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對比,若出現(xiàn)點(diǎn)位誤差超限,分析誤差較大點(diǎn)位形成的原因,并進(jìn)行重新測量。若點(diǎn)位誤差未超限,使用原設(shè)計(jì)成果。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,把結(jié)構(gòu)物投點(diǎn)到谷歌地球上,利用谷歌地球的3D(Three Dimensional)影像進(jìn)行加密點(diǎn)位選埋布設(shè)。為施工方便,通常會(huì)在結(jié)構(gòu)物附近布設(shè)易于施工的加密點(diǎn),如圖2所示。本次加密點(diǎn)結(jié)合各結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)并利用谷歌地球的多維直觀性進(jìn)行布設(shè)[5],為保證跳臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的相對準(zhǔn)確性,風(fēng)洞工程建設(shè)預(yù)留螺栓的位置穩(wěn)定,加密點(diǎn)采取不低于設(shè)計(jì)點(diǎn)位精度進(jìn)行加密測量。平面采用徠卡GNSS接收機(jī)網(wǎng)連式靜態(tài)觀測,高程采用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀施測,最大限度地減少測量誤差,保障結(jié)構(gòu)物建設(shè)過程中的準(zhǔn)確性。

圖2 控制點(diǎn)及加密點(diǎn)(D1～D8)布設(shè)圖

(3)開工前熟練掌握圖紙各結(jié)構(gòu)物尺寸,兩組人員獨(dú)立計(jì)算出各特征放樣點(diǎn)的坐標(biāo),并進(jìn)行對比。根據(jù)計(jì)算的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在CAD中繪畫出各結(jié)構(gòu)物的絕對位置,CAD圖上查看相對結(jié)構(gòu)物之間的關(guān)系,若有設(shè)計(jì)沖突或者矛盾的地方及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)。

(4)由于跳臺(tái)、蓄水池、風(fēng)洞、纜索等重要結(jié)構(gòu)物集中在D1、D2、D3、D4四個(gè)控制點(diǎn)附近,現(xiàn)場施工時(shí),要注意控制點(diǎn)的保護(hù)。為保證每個(gè)結(jié)構(gòu)物的絕對位置和相對位置的準(zhǔn)確,每個(gè)結(jié)構(gòu)物放樣時(shí),固定使用同一對基站點(diǎn)和后視點(diǎn),保證放樣精度。

(5)上山道路多位于陡坡、深谷地帶,地表地貌復(fù)測采用無人機(jī)攝影測量[6],特殊地段輔助采用有馬達(dá)、帶藍(lán)牙的全站儀,運(yùn)用免棱鏡無接觸測量方式復(fù)核。清表后,采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)(Real-Time Kinematic，RTK)進(jìn)行施工放樣[7]。

4 具體測量過程

4.1 平面控制網(wǎng)解算

GNSS數(shù)據(jù)處理包括基線向量解算和網(wǎng)平差兩個(gè)部分,基線向量解算及網(wǎng)平差采用隨機(jī)附帶的GNSS解算軟件LGO 8.4。及時(shí)進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的處理和質(zhì)量分析,檢查是否符合規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)要求。每天對當(dāng)天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行粗處理和基線解算,并及時(shí)對閉合環(huán)、重復(fù)基線等進(jìn)行計(jì)算檢核[8]。

4.1.1基線向量解算

基線處理時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵守下列要求:

(1)基線解算時(shí),衛(wèi)星星歷統(tǒng)一采用廣播星歷,衛(wèi)星高度角一般采用15°。

(2)同一時(shí)段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率小于20%,否則應(yīng)重測。

(3)任一時(shí)段的同步觀測時(shí)間,GPS E級(jí)網(wǎng)小于40 min,任一時(shí)段的有效衛(wèi)星數(shù)少于4顆,則該時(shí)段作廢。

(4)基線向量滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后,按最小閉合環(huán)原則對全網(wǎng)的基線向量進(jìn)行閉合環(huán)搜索,并對閉合環(huán)的閉合差進(jìn)行計(jì)算檢驗(yàn)。獨(dú)立閉合環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定[9]:

(1)

4.1.2網(wǎng)平差

GPS網(wǎng)平差是在基線質(zhì)量檢驗(yàn)合格的前提下進(jìn)行的,先進(jìn)行三維向量網(wǎng)無約束平差,各項(xiàng)指標(biāo)合格后再進(jìn)行二維約束平差。

4.1.2.1 三維向量網(wǎng)無約束平差

基線解算各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均滿足要求后,在WGS-84坐標(biāo)系下以全網(wǎng)有效觀測時(shí)間較長、觀測條件較好、接近全網(wǎng)中部的控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)成果(空間直角坐標(biāo))作為起算數(shù)據(jù),進(jìn)行全網(wǎng)的三維無約束平差(如表1所示)，最弱邊為D06～D07。

表1 三維無約束平差表

4.1.2.2 二維約束平差

GPS基線網(wǎng)三維無約束平差合格后,以所聯(lián)測的、經(jīng)復(fù)測確認(rèn)點(diǎn)位穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)作為約束點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差。平差時(shí),選擇西安80坐標(biāo)系,中央經(jīng)線為114.67°E,投影大地高為900 m下完成平面控制網(wǎng)解算(如表2所示)，最弱邊是D06～D07。

表2 二維約束平差表

4.2 高程控制網(wǎng)解算要求

根據(jù)設(shè)計(jì)單位移交資料,選用不低于設(shè)計(jì)單位的精度進(jìn)行復(fù)測及加密。

4.2.1觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核

外業(yè)工作結(jié)束后,對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢核,檢核的內(nèi)容主要包括:測站數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)路線數(shù)據(jù)、附合路線的高差閉合差。

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查合格后,才能進(jìn)行后續(xù)的平差計(jì)算:水準(zhǔn)基點(diǎn)間高差計(jì)算。

4.2.2每千米高差偶然中誤差計(jì)算

按測段往、返測高差不符值計(jì)算每千米高差偶然中誤差M△,M△應(yīng)滿足表3中 的規(guī)定,否則應(yīng)對閉合差較大的測段(水準(zhǔn)路線)進(jìn)行重測[10]。

表3 M△、MW限差 單位:mm

M△按下列公式計(jì)算:

(2)

式(2)中,MΔ為測段往、返測高差不符值(mm);L為測段長度,以km計(jì);n為測段數(shù)。

4.2.3每千米高差全中誤差計(jì)算

四等水準(zhǔn)網(wǎng)加密計(jì)算時(shí),需要計(jì)算全中誤差MW,MW應(yīng)滿足表3中 的規(guī)定,全中誤差按照下列公式進(jìn)行計(jì)算[10]:

(3)

式(3)中，N為水準(zhǔn)路線環(huán)數(shù);L為測段長度,以km計(jì);W為附和或環(huán)線閉合差。

4.3 施工放樣措施

(1)為保證絕對位置和相對位置的精度,每個(gè)結(jié)構(gòu)物固定使用同一對基站點(diǎn)和后視點(diǎn)進(jìn)行放樣。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際觀測條件劃分(如圖3所示),結(jié)構(gòu)物-跳臺(tái)及纜索放樣,D1為司儀點(diǎn),D4為后視點(diǎn);結(jié)構(gòu)物-蓄水池放樣,D2為司儀點(diǎn),D4為后視點(diǎn);結(jié)構(gòu)物-風(fēng)洞放樣,D4為司儀點(diǎn),D1為后視點(diǎn)。

圖3 放樣區(qū)域劃分

(2)結(jié)構(gòu)物放樣的過程中,時(shí)刻保持認(rèn)真仔細(xì)的態(tài)度,精益求精的理念(如圖4所示),事前整平、事后檢核的工作流程。

圖4 減小大氣折光影響的措施

5 測量技術(shù)的總結(jié)

目前對已完成的部分結(jié)構(gòu)物質(zhì)量及外形尺寸檢測,絕對位置及尺寸誤差均遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。建成跳臺(tái)的滑道與地面所成角度完全符合設(shè)計(jì)要求,HS140和HS106兩條跳臺(tái)賽道的絕對位置和相對位置基本與設(shè)計(jì)一致,既相互聯(lián)系又互不干擾。纜索、風(fēng)洞等結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)預(yù)埋部件尺寸十分精準(zhǔn),目前水平風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室洞體鋼結(jié)構(gòu)全部安裝完畢,測量精度非常高。通過以上測量措施的使用,對于局部安裝精度要求較高的項(xiàng)目總結(jié)出幾點(diǎn)測量方法。

(1)首級(jí)控制網(wǎng)及加密網(wǎng)必須精確,且布網(wǎng)精度不低于設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)點(diǎn)位誤差較大時(shí),平面使用一點(diǎn)一方向平差,高程使用閉合水準(zhǔn)線路平差)。

(2)熟悉圖紙尺寸,正確計(jì)算放樣點(diǎn)位坐標(biāo)(至少兩組人獨(dú)立計(jì)算,計(jì)算后進(jìn)行坐標(biāo)比對,不一樣時(shí),找出原因,直至相同)。

(3)根據(jù)測量工作的精度要求和現(xiàn)場地形地貌特點(diǎn),應(yīng)用與之相匹配的測量儀器設(shè)備,既能提高測量作業(yè)效率,又能保證測量作業(yè)精度[11]。

(4)熟悉現(xiàn)場,始終使用同一對控制點(diǎn)對同一結(jié)構(gòu)物進(jìn)行放樣。放樣時(shí)注意溫度、濕度、大氣折光等因素對于儀器的影響,及時(shí)運(yùn)用相應(yīng)措施進(jìn)行消除。

6 結(jié)束語

本文所闡述的測量方法和措施,為相關(guān)類似項(xiàng)目的測量工作提供借鑒參考,適用類似冰雪設(shè)施項(xiàng)目局部控制精度較高的結(jié)構(gòu)物施工。由于此項(xiàng)目為國內(nèi)首次自主建造,無相關(guān)測量技術(shù)規(guī)范參考,也無相關(guān)建造經(jīng)驗(yàn),施工過程中只能通過提高測量精度來保障施工質(zhì)量,對測量人員水平和測量儀器性能要求非常高,無形中增加了測量成本。建議相關(guān)單位制定合理的施工規(guī)范和適度的測量技術(shù)規(guī)范,在保障施工質(zhì)量的前提下,提高測繪效率,節(jié)約建設(shè)成本。淶源國家跳臺(tái)滑雪訓(xùn)練科研基地項(xiàng)目正在平穩(wěn)推進(jìn),目前已完成總工程量的80%,該項(xiàng)目落成之后將成為國內(nèi)第一個(gè)自主建設(shè)的跳臺(tái),助力國家奧運(yùn)健兒在2022年北京冬奧會(huì)上摘金奪銀、取得更好成績做好品質(zhì)服務(wù)。