建立千萬噸級石化裝置大區域高精度建筑方格網樁

牛根良

(中國石油工程設計有限責任公司華北分公司勘察事業部，062552)

一、引 言

伴隨華北石化公司廠區改、擴建，自20世紀80年代開始，陸續布設了多批次的建筑網樁，隨即也受到了不同程度的損害，所剩無幾。僅存控制點平面坐標采用1954北京坐標系，中央子午線為117°，6°投影分帶，投影變形相對較大，無法滿足建設需要。為了保障華北石化公司后續建設項目的順利開展，需要建立一套基于地方獨立坐標系下的建筑方格網樁，中央子午線經度為116°06'，3°投影分帶，其變形較小，高程采用1985國家高程基準，投影面采用測區平均高程面。

依據《工程測量規范》(GB50026—2007)規定，測區面積大于1 km2應建立Ⅰ級建筑網樁，測區面積小于1 km2建立Ⅱ級建筑網樁，建筑網樁點間隔在100～300m之間。測區總面積近4 km2，分成南、北兩個部分，兩者相距 6 km，北部測區面積為3．5 km2，建立了Ⅰ級建筑網樁;南部測區面積為0．5 km2，建立了Ⅱ級建筑網樁。北部測區共施測42個建筑方格網樁，其中鋼釘22個，水泥石樁20個;南部測區共施測15個建筑方格網樁，其中鋼釘6個，水泥石樁9個。

二、執行標準規范

本次大規模高密度建筑網樁施測所依據的規范主要有4個：①《工程測量規范》(GB 50026—2007);②《油氣田工程測量規范》(GB/T 50537—2009);③《全球定位系統(GPS)測量規范》(GB/T 18314—2009);④《國家三、四等水準測量規范》(GB/T 12898—2009)。

《工程測量規范》和《油氣田工程測量規范》在精度指標與施測方法等方面說法不一，其中《工程測量規范》為國家通用強制使用標準規范，最為嚴格，必須遵照執行，其作業方法相對保守，采用本規范的目的在于主要控制好本次建筑網樁的各項硬性精度指標;《油氣田工程測量規范》也是國家標準，為行業推薦使用標準，作業方法相對靈活，采用本規范的目的在于為完成本次建筑網樁所采取的靈活多變的軟性作業方式。在建筑網樁施測過程中應從不同側面上分別對待和使用。

三、測區坐標高程系統精度分析與轉化

1．測區現存的系統與基準

目前測區分布著5套平面坐標系統及2套高程系統，見表1。

表1 測區系統與基準

原有系統與基準之間自身就存在著銜接混亂的現象，建筑網樁之間發生了多級分支，整體精度衰減很快，發展到現階段，已經無法再派生下去。原有建筑網樁也沒有得到更好地保護，絕大部分樁位已經不復存在，現存點位精度、等級、數量根本無法滿足測區整體建筑控制網樁施測需要，更無法滿足后續改、擴建工程的需要。

2．坐標間轉化

基于建筑網樁等級與精度需要，以及后期施工統一系統的需要，受測區原有建筑網樁點位稀少因素的影響，本次建筑網樁設計點位放樣測量，采用地方獨立坐標系為起算標準;后期點位改正后，通過幾何換算關系，恢復點位在原坐標系下的建筑坐標。

3．坐標間轉化精度分析

利用規劃用圖解析出建筑網樁點位的建筑坐標(A，B)，利用給出固定轉換關系，計算出1954北京坐標。鑒于原有國家控制三角點缺失，現有點位精度低且周圍建筑物遮擋，無法利用1954北京坐標系進行實地放樣點位。為了便于放樣，按照一定關系轉換至地方獨立坐標系，再利用GPSRTK進行實地放樣建筑網樁點位。經過若干次坐標變換，累積了大量偶然誤差與系統誤差，后期施測時必須消除各種累計誤差。

四、作業實施

1．圖上設計

依據測區電子版規劃用圖，根據建筑軸線進行了圖上設計，或平行或垂直。為了便于后期使用與保存，點位主要布設在廠區規劃路兩側或中心。另外結合現場實際情況進行了適當調整。

2．預制水泥(砼樁)及制作鋼釘

根據測區建筑網樁特殊要求要求，結合標準規范，制作了符合規格的水泥石樁及鋼釘，滿足了施工需要。

3．放樣與埋石

1)測區新區建筑網樁水泥石樁依據圖上設計及現場實際情況，利用GPS RTK進行實地選點、定點、修改、放樣，點位標定下來后，進行現場開挖并埋石，做好第一次臨時標志。如圖1所示。

圖1 中心樁與埋石

2)測區主廠區內建筑網樁鋼釘布設在場內已有水泥路上，水泥路穩定且堅固，利用GPSRTK進行實地放樣與定點，利用電鉆直接將鋼釘貫入至水泥路面上。

4．沉降與穩定

石樁埋設完畢后，經過6個月(至少一個雨季)自然沉降，到坐標改正前石樁已經很穩定了。鋼釘設置在已有水泥路上，不存在沉降問題。

5．常規測量

(1)鋼釘測量

由于鋼釘直接貫入水泥路上，不需要沉降與穩定，也不需要進行點位改正，直接利用GPS或常規方法進行聯測、計算、平差即可，各項精度指標滿足規范要求。

(2)石樁改正測量

經過沉降穩定后，建筑網樁點位坐標改正前，利用TCA2003測量機器人(測角精度±0．5″)，進行了全方位角度、距離測量。

1)對所有石樁第一次臨時點位進行常規“四邊形”邊角網測量。

2)測量方法采用“三聯架固定法”，網中結點采用全圓方向觀測法，測角兩測回;距離往返觀測各一測回，各項誤差控制在誤差范圍內。方向觀測以正倒鏡投影取中數確定，測距為水平距離，加入地表傾斜、溫度、氣壓、儀器常數改正(采用通風干濕溫度計、采用高原型空盒氣壓計)。

(3)精度評定

測角中誤差 mβ= ±4．02″，點位中誤差 mS=±2．56mm，平均測距相對中誤差：1/f=1/90 000，最小值為1/32 000，最大值為1/260 000，滿足I級建筑網樁要求。

(4)復 測

對所有第二次臨時點位進行全面復測，測角兩測回;距離往返觀測各一測回，各項誤差控制在誤差范圍內，復查結果滿足規范要求。

(5)點位改正

依據第二次臨時點位，利用手鉆進行鋼板鉆孔，同時利用儀器指揮，小孔直徑3 mm，小孔深5mm，鉆出符合標準的小孔，確定為最終點位(如圖2所示)。

圖2 3次臨時點位標識

(6)GPS聯測

采用GPS進行整體平面控制測量，測量等級為工程四等，測量作業過程滿足四等GPS施測要求。

(7)Ⅳ等水準測量

利用水準儀進行了Ⅳ等幾何水準測量，形成閉合水準網，進行平差解算，求解高程，高程閉合差均小于規范要求，滿足IV等水準精度要求。

(8)抽 檢

利用TCA2003測量機器人(測角精度 ±0．5″)，進行了全方位角度、距離檢查，抽檢結果如下：

測角中誤差 mβ= ±4．38″，點位中誤差 mS=±2．20mm，平均測距相對中誤差：1/f=1/100 000，最小值為1/46000，最大值為1/260 000，滿足I級建筑網樁要求。

五、結束語

1．確定坐標系統與高程基準

整體控制實施前，必須理清覆蓋測區所有的基準與系統，必須精準地確定測區未來的坐標系統與高程基準。基于測區較多的坐標系與高程基準，在最短時間內清理了各自坐標系統的參考橢球、參考水準面、歸化改正、變形量等一系列測量參數，準確判斷出未來施測的建筑網樁所參考的系統與基準，保持新舊轉化關系，保持系統與基準各自的延續性，保持最佳變形量。

2．具備作業條件

本次建筑網樁施測場地包括已有廠區擴建區、新建開發區兩大作業區，已有廠區擴建區條件相對較好，依托現有廠區水泥路，布置建筑網樁點，采用鋼釘貫入。新建開發區內，現場樹木林立、管線縱橫、溝壑交叉、亂挖與亂掘，場地尚未平整，不具備作業條件。為了滿足工期需要，采用GPSRTK法把建筑網樁網樁點放樣到實地中去。但是在后期依據常規測量方法進行點位改正時，經常不滿足通視條件，給距離歸化、點位改正帶來諸多不便。

3．固定原則

建筑網樁測量屬于精細測量范疇，必須滿足固定儀器設備、固定作業人員、固定作業條件、固定作業參數、固定作業線路等條件。固定儀器設備是保證建筑網樁精度高度統一的基礎。本次建筑網樁實地放樣前，做了不同儀器放樣比對實驗，采用不同儀器放樣，所施測點位精度不同，誤差大小不一，因此同一測區必須同一類型的作業儀器。固定作業人員是保證建筑網樁精度高度統一的保障。本次建筑網樁實地作業過程中，自始至終是同一組作業人員，原因在于不同的作業人員作業水平有高低、觀測方法有區別，解算過程有粗細，會造成精度指標不同。固定作業條件、固定作業參數、固定作業線路是保證建筑網樁精度高度統一的必要條件。

4．嚴格執行作業計劃

建筑網樁作業過程是一個漫長細致的過程，不是一蹴而就的。本次作業時間從2010年冬季，跨越2011年春季、夏季、秋季，再到2011冬季，水泥石樁經歷了埋設、沉降、穩定的階段，整整一周年的時間，耗費了人力、物力。為了避免錯誤與誤差累積，嚴格執行作業計劃與作業流程，避免施測過程出現人為偏差。

5．理解規范內容

由于建筑網樁施測過程復雜而煩瑣，細致且精度要求很高，現有規范中，均給出了精度等級、作業流程、作業方法，未對作業過程及細節再做進一步描述。通過本次大規模、高密度、高精度建筑網樁施測，進一步豐富了規范有關條款的內容，而對規范條款的理解應該是系統性的，而非片面的，不能太過教條。

[1]GB/T 50537—2009油氣田工程測量規范[S]．北京：中國計劃出版社，2010．

[2]GB50026—2007工程測量規范[S]．北京：中國計劃出版社，2010．