技术与市场 第ｌ８卷第９期２０１ １年 技术研发 地下厂房工程施工测量及新方法的应用 周章清。 （葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都摘６１００９１） 要：地下厂房系统施工测量具有精度要求高、工作效率要求高、作业条件差等特点，作者从事这方面的工作有２０年之 久，有一定的经验，希望能结合实际工作谈一下全站仪、计算机编程等技术与传统的测量理论结合，从而在施工测量方法 上有一些新的突破。 关键词：地下厂房；施工测量；全站仪；计算机；联机测量 ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１ １．０９．０６０ １概述 地下厂房工程由压力管道、主厂房、主变室、尾水洞、排风 洞、交通洞及出线洞等部分组成。 压力管道从（管）０＋０００一（管）０＋４９８．０５为主管段，从（管） ０＋４９８．０５分三个支管分别进入水轮机层。主厂房从（厂） ０—３２．４一（厂）０＋４３．３，上部宽度１９．６ ｍ，下部宽度１７．６ ｍ。主变 室从（厂）０—１５．１～（厂）０＋４６－４，宽度１３．６ ｉｎ。压力管道主管段为 圆管，开挖半径Ｒ＝２．５５ ｍ，砼衬砌壁厚为６０ ｃｍ，其余洞型均为 城门洞型。 ２控制网的建立 任何工程的开工都必须以控制网为基础，但地下厂房控制 网的建立却是一个较为长期的过程。 （１）首级加密控制网。在进场之初，项目部及时组织人员设 备建立起了地下厂房的首级加密控制网，以国家四级控制网的 技术要求，建立起符合导线控制点，分别在排风洞、交通洞、出 线洞、尾水洞、中平洞、上平洞各洞口不易受到破坏的位置埋设 地标，以满足各洞开挖进洞的施工需要。 （２）洞内施工导线。首级加密控制网只能控制到各个洞口， 这与地面工程测量有很大的区别，随着隧洞的掘进，洞口点已 不能满足施工需要，这时要求做洞内施工导线，在没有贯通前， 隧洞开挖基本是没有校核参照的，所以要求导线的正确性必须 得到绝对的保证，否则后果不堪设想。做到这一点，有以下两个 方法：１）采用多测回测量。在洞内仍需按国家四等要求进行测 量，以保证精度要求；２）布设闭合导线。这样可以杜绝粗差的出 现（即方向性的错误）。 地下厂房的施工测量由于没有参照物，所以只有在控制网 的正确性得到保证后才可实施，所以这就要求测量人员要经常 性地进行控制网复核，以保证地下厂房施工测量的准确性。 Ｈ Ａ 图１ 城门洞放样平面图 图２城门洞型典型断面图 Ａ为设计轴残起点，Ｂ为设计 断面圉中，Ｄ为洞宽，Ｈ为洞高．Ｒ 轴线终点．测点为Ｐ。 为半径．Ａ为圆０角。以上为已知 数据 ３城门洞型的施工测量 城门洞型是一种最为常见的隧洞洞型，见图１、图２。 计算步骤如下： （１）坐标反算，得出方位角仅 ，距离Ｓ （２）夹角／＿ＰＡＢ＝ Ｂ．＿ ＡＰ（ ＾Ｂ为轴线方位角），于是ｄｌ＝ ＳＡｔ＊ＣＯＳ（ＬＰＡＢ）。 （３）根据设计纵坡计算出Ｐ对应断面的圆心高程为Ｈｓ，于 是ｈｌ＝Ｈｐ—Ｈｓ（Ｈｐ为Ｐ点的实测高程）。 （４）ｒｌ＝Ｘ／（ｄ１）Ｚ＋（ｈ１）２‘，根据ｒｌ—Ｒ的正负号及数值便可判断 超欠挖情况。 （５）如果Ｐ点位于侧墙或者底板的范围内，计算就更为容 易（此处不再赘述）。 （６）进入下一个测点，如此反复进行。 总的来说，计算上没有难度，关键是如何实现这个程序的 作业过程，开挖测量时我们通常是采用逐步趋近的方法，即测 量一次，得出结论后再移动测点，直到准确地标识出开挖的轮 廓点。所以，这个计算过程一天之内可能要进行数百次。通常 的方法是：采用ｃａｓｉｏ系列计算器进行编程。在启动程序时，把该 段隧洞的设计数据输入到计算器，然后在进入测点Ｐ的输入数 据之前设置一个循环起点，接下来输入Ｐ点数据进行计算，得 出结果后，程序自动回到循环起点进行下一次计算。此方法的 缺点是：１）不支持中文显示，而且由于显示行高度和宽度的限 制，使用英文符号时不能太长，所以一般用编程者自己才认识 的符号。２）不支持程序自安装和备份，使用者在使用程序时， 必须逐个字符地将源程序输入到计算器。该计算器没有备份功 能，所以如果程序丢失，只能从头逐个输入字符。３）不支持与 ＰＣ的通讯，所以数据、资料无法下载和上传。４）不支持与全站 仪的通讯，所以不能进行联机的操作，测出的数据只能通过一 人报数、一人输入的原始作业方法。５）计算器没有背光，所以在 洞内或夜间作业时十分不便。 正因为以上的不足，所以用这样一种传统的作业手段，放 样的速度较慢，而且容易出错。我们进行了这方面的改进，利 用ｐｏｃｋｅｔ ｐｃ与全站仪进行联机测量，开发出了一套自己的ＰＤＡ 软件。 ４压力管道的施工测量。 压力管道的开挖看似简单，只是一条斜躺的圆形管道，实 际上无论是测量放样还是开挖施工，都是地下厂房较难的一个 ７７７ 技术研发 部分。地下厂房压力管道开挖除上平段、中平段、下平段外为斜 度６０度的斜井。首先进行导洞施工，在导洞贯通后再从上往下 进行全断面扩挖。 压力管道的放样可以分为两种方式： （１）径向控制。从垂直于管道纵轴线的截面来看，断面是一 个圆。其计算思路如下（见图３、图４、图５）： 第一步 Ｂ例叩ｔ测点为Ｐ．Ａ瞳计起点 ｉ￣ｌｌ＂，Ｂ为慢计ｌ 囊｝璺－；。首 先呈计算鼍Ｐ位于设计轴｛ 的 儡伺与儡距Ｄ以陉嫂￥ｊ长Ｓ 圈５圆截面上偏距Ｄ 圈３压力管道放样平面圈 与理论Ｌ值的关系 ／ 第三步 韫塘Ｌ殛 的芙 ，即可傅出 测点同血 撂啪情向丑距离。 ｘ｝ｆ／／／／｛／ｆＩ 栝 幄 佰 ｌ～ 田４压力管道放样纵断面圈 （２）垂向控制。如果从铅垂方向作断面，那么得出的一定是 一个椭圆，以椭圆的圆心为原点Ｏ建立起坐标系，根据图３中的 偏距Ｄ及椭圆计算方程，必有一理论高程值Ｈ’与之对应，这时 可以根据Ｈ’与测点Ｐ的高程得出Ｐ应该移动的方向和距离。 由于压力管道的斜度达到６Ｏ。，所以由第二种方法计算出 来的结果在实地放样时数值较大，施工过程中也不利于控制， 所以对于斜度较大的斜井开挖，以径向计算为宜。 ５全站仪及计算机技术在施工测量中的应用 在该工程中，用了两台电子全站仪，ｌｅｉｃａＴＣＲ７０２及Ｔｏｐｃｏｎ ３００２ＬＮ，测角精度为２”，测距精度为２ ａｒｍ＋２ ｍｍ＊Ｄ（Ｄ为距离， 以ｋｍ为单位），都带有可见激光用于洞室条件下的测点定位， 使用起来十分方便。与经纬仪不同，全站仪能在测量的同时得 到测点的三维坐标，所有的计算都是以坐标进行的。 对于地下厂房工程，计算机的自动化作业主要体现在： ５．１ 断面成图 由本人开发的隧洞断面成图系统多年来得到了逐步完善， 在内业处理方面发挥了极大的作用。工作流程是－夕 业采集测 点存于仪器内存一下载到计算机一启动隧洞断面成图系统一 读入参数，开始处理，得到处理结果一启动南方ＣＡＳＳ成图软 件，连线编辑即可。 ＳｕｎＲａｉｎ隧洞测绘系统可以处理的线型包括平面线型为直 线、圆弧和斜井三种类型。当外业收集的数据下载到ＰＣ后，启 动本软件，在工程设置里设置好参数，然后从数据处理菜单里 找出原始记录的数据文件，就可以将原始数据文件转换成一个 按桩号排序的断面文件。 它是一个南方ＣＡＳＳ格式的数据文件，启动南方ＣＡＳＳ软 件，对该文件进行展绘即可以生成隧洞断面图。 该软件具有高效、准确的特点，能够准确地反映实地的断 面、超欠挖情况，对断面验收、超填的方量计算以及竣工资料提 供了精确的测量资料，由于从原始数据的收集到最后的出图是 一个全计算机化的过程，所以效率较传统的方法有成倍的提 高。 ５．２嵌入式开发在本工程中的应用 （１）关于ＰＤＡ。ＰＤＡ：全称为Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，意思 就是“个人数码助理”。ＰＤＡ最初是用于ＰＩＭ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｉｎｆｏｒｍａ— ｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：个人信息管理），替代纸笔，帮助人们进行一 ７１２ ＴＥＣＨＮｏＬ０ＧＹ ＡＮＤ ＭＡＲＫＥＴ Ｖｏ１．１８，Ｎｏ．９，２０１ １ 些日伟管理，主要为日程安排、通讯录、任务安排、便笺。随着科 技的发展，ＰＤＡ逐渐融合计算、通信、网络、存储、娱乐、电子商 务等多功能，成为人们移动生活中不可缺少的工具。 （２）关于开发平台。Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｏｂｉｌｅ是微软公司操作系统产 品线上重要的一环。与Ｗｉｎｄｏｗｓ ９ｘ／ＮＴ／ＸＰ／２００３相比，Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｏｂｉｌｅ作为完整产品线出现在公众面前的时间非常短，但它的 发展却异常迅速，而在这一发展过程中，开发人员提供了绝对 关键的推动力。现在，越来越多的开发人员（特别是ＮＥＴ开发人 员）希望能尽快进入Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｏｂｉｌｅ的开发领域，而他们所面临 的首要问题，除了熟悉Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｍｏｂｉｌｅ平台特性之外，便是如何 搭建合适的开发环境。 （３）嵌入式开发。我们使用的开发语言为ｖｂ．ｎｅｔ，ｖｂ．ｎｅｔ具有 易学易懂的特点，适合非计算机专业人员的程序开发。 以直线城门洞型为例，叙述其编程思路：１）程序调用后，接 下来的工作是输入已知数据（如果第一次使用）或者调入已知 数据文件（如果已知数据文件已经存在）。２）在左下角的”主菜 单”里，有参数的保存和调用子菜单，接下来进入计算页面。界面 的右侧有一个“测”字的按钮，如果是联机，在设置好通讯参数 后，点击它就可以从全站仪中自动获取目标点的三维坐标，这是 该软件的亮点之一，它极大地提高了放样的速度，也避免了人工 报数错误的出现，在周围环境嘈杂的时候更是发挥了极大作 用。全站仪与ＰＤＡ的连接采用串口连接，计算机对全站仪的驱 动指令是全站仪厂家规定的，比如南方全站仪的启动测量指令 为：ｃ ０６７ ＥＴＸ ＣＲ ＬＦ，将该指令转换为十六进制码（Ｏｘ４３ Ｏｘ３０ ０ｘ３６ ０ｘ３７ ０ｘ０３ ＯｘＯｄ ＯｘＯａ），从ＰＤＡ发送到全站仪，即可驱动全 站仪测量并且返回三维坐标到上图的文本输入框。３）在计算 界面里显示了典型城门洞放样时所需要知道的所有数据，并且 在一个页面显示出来。 以上着重介绍了直线型城门洞放样程序，该软件包含了数 十个隧洞、公路、大坝等工程放样程序，涵盖了几乎所有常见工 程测量的范围。在一定程度上，是在传统放样方法基础上一次 大的飞跃，是工程测量计算机化的一次较大的突破。 其主要优点是：１）与计算机同步，实现资料的备份与共享； ２）利用计算机作为编程平台，方便、而且符合现代测绘技术的 发展方向，而传统的计算器编程只能逐个字符地输入计算器 中，没有备份功能，一旦程序丢失，只能重新输入；３）计算时原 始数据、计算结果可以用中文在一个屏幕上完整显示出来，利 于校核，可读性强，传统的计算器不支持中文，只能用自己才能 看懂的字符表示；４）ｐｏｃｋｅｔＰＣ是完整意义上的计算机，它由 ｗｉｎｄｏｗｓ ｍｏｂｉｌｅ作为操作系统，与ｗｉｎｄｏｗｓ ＰＣ操作系统兼容，有 内存、存储卡，所以具有更好的开放性与发展前景。 ６结语 相信在不久的将来，可编程计算器会淡出施工测量工作， 取而代之的将是这种ＰＤＡ与全站仪的联机测量模式，这对我们 来说，一方面，现代科技为我们提供了更大的便利与高效，另一 方面，也对测量工作人员提出了更高的知识要求。 参考文献： 【１】 李青岳．工程测量学【Ｍ】．北京：测绘出版社，１９８４． 【２】颜友宁．ＮＥＴ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ￣｝动开发指南【Ｍ】．北京：清 华大学出版社，２００６．