浅谈高速公路测量恢复定线
摘要：高速公路施工准备阶段，测量恢复定线的过程及方法。用全站仪观测高程可达到四等水准测量的限差要求
关键词：高速公路 工程测量 恢复定线
随着高速公路设计控制点的日益规范化、标准化，如何进行施工前的中线放样和水准测量，本文就马梧高速公路L4标段测量恢复定线的过程和方法进行介绍，对今后的施工提供指导。
1. 导线点坐标复测
确保施工中不发生任何差错，保证公路路线符合设计文件的要求，施工单位在施工前必须把设计单位提交的全部控制桩点（平面控制点、水准点等）进行复测。施工复测的工作内容基本上与定测相同，它包括导线、中线、基平、中平等。施工复测的主要目的是检验原有桩号的准确性，而不是重新测设。所以，经过复测，凡是与原来的成果或点位的差异在允许的范围内时，一律以原有的成果为准，不作改动。对经过多次复测确定，证明原有成果有误或点位有较大变动时，应报有关单位，经审批后，才能改动。我马梧高速公路L4标段经过有关部门检测合格的尼康DTM-430E型全站仪，对导线点进行复核联测。测量过程严格按照Ⅰ级导线点测量方法进行。测量前根据设计单位所给坐标先计算好转折角和边长，与实测结果相比较，结果发现：原有控制点A8、A9、A10角度和边长均超出规范要求，且闭合到标尾闭合差超限，说明原有成果有误，及时整理好复测成果，经总监办复核后，报送甲方，设计院及时用GPS测量系统进行了补测，并经我施工单位进行了复核，进行导线点坐标复测计算。以前两个导线点和最后两个导线点为已知边进行方位角闭合计算，闭合差在一级导线限差范围内，坐标相对闭合差为1/22000<1/15000.对沿线原有控制点进行全线平差改动。并整理出导线点成果表，报送监理。
导线复测时测量精度必须满足设计要求，必须和相邻施工段的导线闭合，以保证线形的顺畅。
2.主要中桩放样
我马梧高速公路L4标段主要中桩指路线ZH、HY、QZ、YH、HZ、JD、结构物中心、宗虎、公孟大桥位置特征桩和平面尺寸（采用AUTOCAD软件和CASIO4800计算器复核）、朝塘隧道明洞和暗洞位置进行复核。
中桩放样是采用坐标法，在放样中桩时应注意两项：(1)设站后视边长应大于放样距离；(2)放样过程中经常检查仪器的状态是否处在水平。放样中桩的数量以能达到相邻两中桩能够通视为下限，并写出中桩放样的详细记录。
根据导线点放出的中桩是否满足路线走向的各种技术参数呢?从理论上讲应该是的。但经过实际施工的总结，不符合的情况还是存在，中桩穿线必不可少。
中桩穿线的过程与导线点复核测量方法相同，而衡量其是否合格则是路线的各种技术参数，即直线点是否在一条直线上，曲线点是否在一条曲线上。中桩穿线如有不符合的情况，应以该直线或曲线相距最远点调整中间点，线型结点应先定曲线后定直线。而事实上误差仍然难免，应详细记录穿线过程的各种数据，进行认真分析，查找原因，根据全线测量结果进行计算，寻找如何调整中桩位置，使线型能够达到最小误差的最佳方案。
同时，在导线复测的内业工作中，我采用了工程测量软件《道路测设大师》对设计院给定的逐桩坐标和大桥的墩柱坐标进行了复核，导线的计算完全由软件完成，计算速度快而准，并同时计算出精度评定表、平差计算表、控制点展位图、控制点成果表。大大提高了工作效率。
3.导线复测和中线放样的常见问题及解决方法
(1)导线点的加密一般采用何种方法？一般来说， 当原有控制点不能满足施工要求时，以保证在道路施工过程中，相邻导线点间能互相通视，我认为采用支导线法加密导线点更为方便，如图所示：
在已知点A1设站，后视另一已知点A2，分别测量A1-1、A1-2得出坐标，简单易行。
(2)标段内是否可以有两条附合导线？一般说来，设计单位所给的导线点坐标是整条路平差计算值，而施工单位投标是分段中标，中标之后可能又分几个单位施工，这样测量可能也分几段。一个标段的附合导线数量往往根据监理要求不同造成可能会有一个或一个以上的附合导线，造成标段与标段之间，施工单位与施工单位之间联接困难。马梧高速公路设计文件上写明一个标段导线点必须全线平差计算。
(3)丢失导线点后，是恢复其原来点还是重新布设?一般来说，按照相邻点通视的要求重新布设速度快。
(4)中桩放样是利用穿线后符合路线设计参数的中桩放样，还是利用导线点放样?在公路施工发展过程中，在设有导线这一概念之前，利用中桩放样其它中桩可谓一统天下。在引入导线后，有的设计文件和监理甚至说明必须用导线放样所有中桩。但事实上，如果一个桥梁仅有中桩是不够的，它必须有中线才能确定其位置。公路施工测量放样不是单单依靠中桩，其最终是由一些主要中桩连结成线确定的。表面上看是一些中桩点，其实是线。该线是测量时用来控制整个路线方向和确定中线位置的，中桩是施工中应用来放样的，中桩放样完毕，还必须要进行穿线。笔者认为，按路线设计参数进行中桩穿线复测，其重要性大于导线复测重要性，导线是手段，中线是结果，确定路线是一条线，而不是几个中桩。要求只用导线点放样即不可能也不现实，如确定结构物的交角，后视后是中桩而不是导线点。测量上土的边界，不可能每层土都计算出其边界的坐标。中桩的利用率远远高于导线点。
也有以导线放样的做法，认为这样路线不至于偏离设计方向。根据实践，导线点放出的中桩与设计路线技术参数总会有些偏差，直线段尤为明显。这或许是因为其实导线桩的坐标是固定的，不会因测量误差或计算改正而变化，而所得理论值与实际值的这种偏差终究会反映到所放样的中桩上来，造成中桩与设计的偏差。
我认为以穿线复核后的中桩放样，导线点放样复核检查相结合的方法适合于当今的公路施工施样，当二者偏差不大，应以中桩放样为准，差别较大，应查找原因，而后确定。
（5）导线桩哪个的精度高?在同一导线内，其精度是相同的。
（6）导线点坐标取值是用承包商自己复核计算的平差结果，还是用设计方所给数值?取精度高的一方值，以便于提高中桩放样的精确性，减少中桩穿线的误差。
(7)设计、监理单位交桩时，相邻标段公用的控制点坐标是否改正？以马梧高速公路L4标段为例，在标段接头处指出A8、A9两个导线点作为L3、L4标段的共同点，作为前一标段的附合导线已知终边和后一个标段的起始边，其余依次类推。按照指示的附合异线的已知始边和终边进行导线测量和计算过程中，其坐标不再改正。
（8）监理还指出标段交界桩的放样办法，即以这两个导线点哪个为测站，哪个为后视点。固定控制点和方法。
4 水准测量
设计单位所给的水准点距离较远，一般都在500m以上，我标段的水准点距离在1000m左右，施工时使用很不方便。应根据地形和工程需要，可以沿路线方向间隔200m左右补测一个施工用水准点，特别是在大桥、隧道口、及构筑物附近还应增设水准点。水准点可设在稳固、醒目、易于引测以及施工时不易破坏的的附近房基、岩石等较坚固处，或自己埋设，并对每个加密水准点位置做详细记录、做点之记。
水准测量严格按照四等水准测量操作规程进行，使用的仪器一定要经过有关部门校核，每相邻两个水准点进行闭合测量。加密的水准点都要进行闭合和复核，作好详细的记录。然后进行内业计算，首先，应该从数据上检查是否满足四等水准的要求；而后，每两个水准点闭合计算，复核设计单位的所给的水准点是否闭合。计算临时布设的水准点高程，整理出包含原始和自设水准点高程成果表。施工期间应对水准点经常进行复测。
在中平测量中，只做单程观测。一段观测结束后，应先计算测段高差∑h中。它与基平所测测段两端水准点高差之差，称为测段高差闭合差，不得大于±50√Lmm否则应重测。下面就全站仪三角高程测量的精度进行分析：
应用三角高程测量，作单向观测时，计算A、B两点间的高差hAB的公式为：
h AB=DABtgaAB+（1-KAB）/(2R)D2B+iA-vB
式中：DAB——A、B两点间的平距；
aAB——A点向B点测得的竖直角；
iA——A点的仪器高；
vB——在A点向B点观测的瞄准高；
KAB——A、B两点间的大气折光系数；
R——地球半径。
将上式微分得：
dhAB＝tgaABdDAB+(DABdaAB)/（cos2aABρn）+（D2ABdKAB）/(2R)+diA-dvB
将上式转为中误差公式：
mhAB＝√[tgaABm2DAB+（D2ABm2aAm2K）/（4R2）+m2A+m2vB]
对向观测的高差中误差
在多数情况下，三角高程测量是采用对向观测。对向观测计算高差的基本公式为：
h＝1/2（DABtgaB- DBAtgaA）+1/2（iA-vB）-1/2（iB-vA）
令 gA ＝iA-vB gB ＝iB-vA
则 hAB＝（DABtgaB- DBAtgaA）+1/2 gA -1/2 gB
由于在量取i和v时，一般均会偏大，而g则会偏大或偏小，所以g可视为一独立观测值。由误差传播定律可得：
d h＝1/2〔（DABdaAB）/（cos2aAB）-（DBAdaBA）/（cos2aBA）+tgaABdDAB-tgaBAdDBA+dgA-dgB〕
m2h＝1/4[（DABm2aAB）/（cos2aABρ″2）-（DBAm2aAB）/（cos2aBAρ″2）+tgaABm2DAB-tgaBA m2DBA+ m2gA-dm2gB〕
设maAB＝maBA＝ma，mDAB＝mDBA＝mD，mgA＝mgB=mg，DAB=DBA=D, aAB＝aBA＝a，则m2h＝1/2（D2m2a）/（cos4aρ″2）+1/2（tg2am2D）+1/2（m2g）
即m2h＝±√[(1/2（D2m2a）/（cos4aρ″2）+1/2（tg2am2D）+1/2（m2g）)
由上式可以看出：
三角高程测量测定高差受竖直角观测误差、测距误差、仪器高与目标高两侧误差的影响，其中竖直角观测误差影响最大，因此在观测中应采取适当的措施提高竖直角观测精度，如采用三丝法，增加测回数及改善照准目标等。边长越长，测定高差的精度越低。高差中误差大致与边长成正比关系，故以短边传递高程较为有利。在单向观测中，大气折光系数的影响与边长的平方成正比，故应以短边传递高程；对向观测则可有效地消除此影响。量取仪器高和目标高所产生的误差直接影响高差值，因此应认真、仔细地量，并采取有效的措施和方法。所以如果全站仪竖直角观测精度不大于2″，测距精度不低于（5+5×10-6D）mm，边长不超过2KM，观测时采用对向观测，测定高程的精度可达到四等水准测量的限差要求。用全站仪进行基平、中平测量，完全可以达到测量中桩地面高程的要求，实际工作中一般采用单向观测高差。
5.水准测量、三角高程测量遇到的问题和解决的办法
（1）当有两个点高程不闭合时，一般有以下几种处理方法：
a.在两个水准点之间设临时水准点将闭合差均布下去，等于设几个台阶消除闭合差；
b.假设BM1，BM2，BM3，BM4连续4个水准点，BM2与BM3不闭合，可以采用BM1和BM3闭合计算，改正BM2的高程，或者BM2与BM4闭合计算改正BM3的高程；
c.BM1与BM4进行闭合计算，改正BM2和BM3的高程。
第一种方案是强制闭合，后两种要视具体情况确定。但要尽量避免采用第一种，后两种要尽量全线平差。
（2） 怎样与其它标段联接？（以马梧高速公路L4标段为例）
监理规定BM14水准点作为接头处共同点，相邻标段接头一定距离之内都必须以此水准点放样。
（3） 基平测量成果若符合精度要求，则取其平均值，复测与定测相比，其闭合差在误差允许范围内，仍用定测高程。若超出允许范围，应多方寻找原因，只有证实定测有误时，才通知交桩单位修改定测高程。
综上所述，施工测量准备阶段，导线复测和水准测量的精度要求应符合《公路路线勘测规程》的要求，严格按照规范施测，同时，对经常遇到的问题及时正确的解决，并辅以工程测量软件、AUTOCAD制图软件、CASIO4800计算器等先进工具高效、准确的对数据进行处理，并得出正确的测量成果。为工程施工提供坚实的基础。