龍煙線水準(zhǔn)測量精度控制

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司濟南設(shè)計院，山東濟南　250000)

1　工程概況

新建鐵路龍煙線均在煙臺市境內(nèi)，自大萊龍鐵路的龍口西站東端起，經(jīng)龍口市、蓬萊市、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、福山區(qū)、芝罘區(qū)至珠璣站(不含)，正線全長112.512 km，福山聯(lián)絡(luò)線長11.387 km。全線共布設(shè)CPⅠ控制點30個，CPⅡ控制點220個，水準(zhǔn)點62個，其中水準(zhǔn)點和CPⅠ、CPⅡ控制點共樁，點位選設(shè)均勻，點間距為1～2 km，聯(lián)測4個高等級水準(zhǔn)點，按照四等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測，其中高程控制點布設(shè)示意圖如圖1所示。

圖1　高程控制點布設(shè)示意

測區(qū)大部分位于丘陵地帶，地形起伏較大，且沿線果園、樹木眾多，正值夏季，樹葉茂密，道路也崎嶇復(fù)雜，這些都給水準(zhǔn)測量工作帶來了較大的影響，因此必須對全線水準(zhǔn)測量進行精度控制，以確保測量成果的質(zhì)量滿足后續(xù)施工、運營、監(jiān)測要求。

2　影響水準(zhǔn)測量精度的因素

2.1　儀器誤差

儀器誤差主要有水準(zhǔn)儀i角誤差，水準(zhǔn)尺變形和水準(zhǔn)尺底零點不準(zhǔn)引起的誤差。其中視距累計差對i角的影響而引起的高差變化較大。

i角對高差的誤差影響會隨著一個測站上前后視距差或者測段前后視距累計差增大而增大。因此，實際作業(yè)過程中，應(yīng)該使用校核合格的儀器，同時要控制好一個測站上前后視距差和測段的前后視距累計差。

2.2　外界條件的影響

主要有溫度變化對i角及水準(zhǔn)氣泡的影響、儀器和水準(zhǔn)標(biāo)尺垂直位移的影響、風(fēng)速對水準(zhǔn)儀器和水準(zhǔn)尺的影響、大氣垂直折光的影響。

其中三腳架和尺墊沉降隨著觀測時間在垂直方向的下沉是精密水準(zhǔn)測量中系統(tǒng)誤差的重要來源，采用“前后后前、后后前前”的觀測順序可將此類誤差消除。水準(zhǔn)尺垂直位移，主要發(fā)生在遷站過程中，由原來的前視尺轉(zhuǎn)化為后視尺而產(chǎn)生下沉，總是后視讀數(shù)偏大，使各測站的觀測高差都偏大。這種誤差影響在往返測高差的平均值中可以得到抵償。

大氣垂直折光的影響：接近地面的大氣層，密度的梯度越大，前后視線離地面的高度不同，視線所通過大氣層的密度也不同，折光影響也就不同。大氣密度的變化還受溫度等因素的影響，測量規(guī)范中規(guī)定每一測段的往返測應(yīng)分別在上午和下午(避開日出、日落、中午)，往返測取均值可適當(dāng)減弱其影響。

2.3　觀測誤差和人為因素的影響

觀測誤差和人為因素主要有讀數(shù)、記錄誤差，外業(yè)測量人員水準(zhǔn)尺扶不直而造成的誤差和照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺上的分劃誤差，其中因為外業(yè)測量人員水準(zhǔn)尺扶不直而造成的誤差對觀測成果的精度影響比較大，人為因素主要指在數(shù)據(jù)處理過程中平差方案的選擇和平差參數(shù)的設(shè)置等。

3　水準(zhǔn)測量具體實施和精度控制辦法

龍煙線水準(zhǔn)測量采用天寶和徠卡的S03電子水準(zhǔn)儀及配套的3 m條碼尺，分四個小組同時進行作業(yè)。為了控制好水準(zhǔn)測量精度，按時完成測量任務(wù)，在實施過程中采取了以下措施。

3.1　制定詳細方案

根據(jù)水準(zhǔn)測量人員的技術(shù)水平、新儀器的使用方法，進行有針對性的培訓(xùn)。根據(jù)各種誤差的性質(zhì)及其影響規(guī)律，在測量中采取相應(yīng)的措施來盡可能地減弱或消除各種誤差對觀測成果的影響，如觀測前30 min，應(yīng)將儀器取出置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致；每一測段均應(yīng)安排偶數(shù)站測量；每一測段的往測與返測，其測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)，由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并重新整平儀器。

根據(jù)需要聯(lián)測的已知水準(zhǔn)點位置和待測水準(zhǔn)點的位置、自然地理條件、沿途的交通情況等，制定詳細的觀測方案。方案主要包括設(shè)計外業(yè)觀測的水準(zhǔn)路線，具體測量人員安排，統(tǒng)一待測點、轉(zhuǎn)點、間歇點的命名規(guī)則，對外業(yè)測量的技術(shù)指標(biāo)進行落實等，外業(yè)測量的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　水準(zhǔn)觀測主要技術(shù)要求

3.2　強調(diào)水準(zhǔn)尺的扶直

在實施外業(yè)測量時，作業(yè)人員相互之間利用對講機做好聯(lián)系和溝通，尤其是要避免出現(xiàn)后視轉(zhuǎn)點提前移動的情況；操作儀器時，使用木質(zhì)三角架，要避免觀測順序的錯誤而產(chǎn)生的粗差。

扶尺者要選擇堅實的地方放尺墊，并且要踩實尺墊，尤其在下雨過后，更應(yīng)將尺墊踩實，在扶尺時集中精力，用好尺撐，使尺子能穩(wěn)定的豎直。在因風(fēng)大尺子不穩(wěn)的情況下，應(yīng)通知照準(zhǔn)者暫停觀測。

3.3　數(shù)據(jù)平差

根據(jù)天寶電子水準(zhǔn)儀的原始數(shù)據(jù)特點，將測站和測段數(shù)據(jù)從原始觀測文件中提取出來，并按照統(tǒng)一命名規(guī)則來整理和存檔；安排具體人員對數(shù)據(jù)進行檢查，剔除粗差，然后合并測站，得出測段數(shù)據(jù)；制定數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計表格，將檢查無誤的測段數(shù)據(jù)統(tǒng)計到表中，統(tǒng)計表格樣式如表2所示。

在往返測高差不符值及附合水準(zhǔn)路線閉合差均不超限的前提下，將經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到COSA平差軟件中，采用“沉降監(jiān)測和等級水準(zhǔn)測量觀測數(shù)據(jù)處理軟件”進行數(shù)據(jù)后處理。最后得到的結(jié)果如表3所示。

表2　數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計

表3　平差成果

4　結(jié)論

對影響水準(zhǔn)測量精度的原因進行了深入的分析，在龍煙線高程控制測量具體實施過程中，采取相應(yīng)的對策，降低系統(tǒng)誤差，減少偶然誤差的影響，消除了粗差，控制好了測量精度，最后得到合格的測量成果。

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[4]TB/10101—2009鐵路工程測量規(guī)范[S]

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