全球定位系统（GPS）在LOTSANE大坝施工测量中的应用

1、全球定位系统（GPS）在LOTSANE大坝施工测量中的应用侯 波 孙学强 雷春华 盛东峰摘 要 全球定位系统（GPS）是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。本文介绍了GPS在LOTSANE大坝施工测量中的应用，并对关键的作业步骤作了具体的叙述；总结了在LOTSANE大坝施工测量中的应用和创新，为类似工程施工提供借鉴。关键词 GPS 参数计算 参考线 放样 断面测量1 工程概况骆查尼大坝为博茨瓦纳水务部投资兴建的一座为解决周边二十几个村庄饮用、灌溉的水利工程。项目由一座长1.5km，30

2、m高的粘土心墙堆石坝、180m宽开敞式溢洪道、灌溉和饮用水泵站、水处理厂和约10km灌溉管线等组成。工程于2009年4月6日正式开工，总合同投资74256万普拉，约合9500万美元。土石方开挖250万m3，大坝坝体填筑150万m3，混凝土浇筑3万m3。2 施工阶段的测量工作大坝轴线2.1 参数的测设计算GPS接收机直接输出来的数据是WGS-84的经纬度坐标，而设计提供的是南非当地使用的一种坐标系，因此为了满足现场施工测量的需要，需要把WGS-84的经纬度坐标转化到施工测量坐标，由于设计并没有提供两坐标系之间转换的关系，就需要测量计算出两坐标系之间的转换参数。这也是进行后续测量工作的前提条件，具

3、体方法如下：设计提供的几个控制桩及本地坐标，坐标数据及控制桩分布见图1。 选择合适的点P架设基站，在GPS手薄里建立一个新的作业用于储存测量数据。把P点和其他控制点的本地坐标传到这个作业里，然后用GPS测出上述点的WGS-84坐标，两种坐标放入同一作业里，用GPS自带的功能计算出两者相互转 图1换的参数，方便两种坐标换算。2.2 清表前的范围放样由于整个工程范围被灌木所覆盖，全站仪放样通视条件差，而GPS接收卫星信号不受影响。以下游的1#弃渣场（如图2）为例讲述其放样过程。把F1、F2、F3、F4、F5五个点坐标输入仪器，因为F1距F2有100m左右，距离较远，为在F1与F2这条直线上任意位置

4、放样点，用F1、F2两点建立参考线，起点距为0时放样出F1点，然后向前移动，垂距接近0时，每隔1020m放样一个点，用警戒带绑在树上做 图2标记，当然由于清表对精度要求不高，垂距在正负1m范围内完全可以定点。剩余部分放样方法与F1-F2直线相同，其他部位清表与此方法类似，这里不做一一阐述。2.3 地形测量 GPS在地形测量中的应用与全站仪的测量方法类似，而GPS自动测量功能是无法用全站仪代替，下面以采砂场道路测量为例介绍这一功能。本工程砂场储量不足且砂子质量不符合工程要求，考虑现场条件及环保要求，尽可能选择将原有的区域拓宽，需对河道及现有的小路进行测量，以选择比较合理的路线。由于测量精度要求不

5、高，就不考虑参数问题，用手持移动站随越野皮卡车以较慢的速度在河道及原有的小路行驶，打开GPS“自动测量”这一功能，一秒钟测量一个点，并且存入仪器，上述部位只需皮卡车跑一遍就能完成外业工作，下载数据很快就能完成所需路线绘制工作，为采砂场开采方案的快速上报奠定了基础。2.4 放样由前面所述方法得出大坝所在区域的参数后，针对本工程为土石坝，将GPS基站架设在高程相对较高的控制点R3，移动站可在整个大坝范围内高精度的工作；经过现场实地测量，同一点平面坐标和TCR402全站仪所测结果进行比较，平面坐标测量差值在1 cm以内，高程与苏光DS3自动安平水准仪所测结果作比较，其差值在2 cm以内，综上所述GP

6、S测量精度对于堆石坝基本可以满足施工和技术规范要求。2.4.1 大坝体型放样在大坝填筑过程中，根据大坝填筑工序循环周期短的原因，导致测量放线的次数就增加了，经过摸索及以往的经验，巧妙的应用了GPS里面参考线这一功能，使得能很快知道仪器移动站所处的位置P点的桩号及距坝轴线的偏移距离，大坝轴线见图3。 图3桩号1000到右岸这段坝体为例，把A点和BC-1点坐标输入一个新建的作业里，建立A至BC-1参考线，参考线起点里程输为1000，左右偏移输入0，这样仪器所在的任意位置桩号=1000+a，和距坝轴线的垂直距离=b，而这个计算是仪器自动完成，仪器直接显示任意点桩号和偏移及高程。再用编程计算器很快就能

7、确定回填边线位置或大坝边坡的超欠挖情况，为大坝的快速填筑奠定了基础。2.4.2 构筑物放样2.4.2.1 方法一：参考线法输入要放样的点A,B,C,D四点见图4，然后建立参考线A-B,起始里程输为0，偏移输为0，挪动仪器，当屏幕显示桩号偏移均为0时定点，当然桩号和偏移误差在3mm以内时可以直接定点，同样的方法放样出B,C,D，全部定点标记后再检 图4 查一遍以免出现错误。2.4.2.2 方法二：点放样法输入要放样的点A,B,C,D四点，用GPS放样功能依次放样出各点位置，同样作校核。2.4.3 管线放样本工程灌溉管线全长5.3km，63个拐角点，要穿过整个村庄，村子里的树木比较茂密，加之房屋的

8、影响，用全站仪放样很不方便，而用GPS很快就能放样出其位置。管线开挖前的位置放样与上述构筑物放样一样，根据设计图纸用EXCEL在计算机里计算出变坡点中间每10m各点的开挖高程，在位置放样后，然后在GPS里输入开挖高程，仪器自动计算下挖深度，把得到的下挖深度标记在木桩上。管线粗略开挖完成以后，每10m左右以及变坡点放样一个桩，高程为管顶高程，放样方法和管线开挖前高程放 图5样一致并标记。见图5。2.4.4 大坝填筑层厚控制 根据设计图纸的要求，下游侧基础面以上依次为50cm厚2A(砂子)料，50cm厚2B（小石）料，50cm 厚2A(砂子)料见图6，由于开挖面不是平面，所以为了既保证上述三种料的

9、厚度，又不能浪费，就必须对其厚度作出有效的控制，采用纵向每10m一个断面，横向10m一个点组成方格网，用GPS 图6测出基础面的位置及高程，铺设完一种料后在同一位置测其高程，得出高差控制其厚度，以有效控制其厚度又避免浪费。2.5 工程量的测量与计算在前期测量地形用CASS8.0软件成图后，在构筑物特征点、地形变化点或者整桩号处切断面，生成断面位置的原始地面线的断面图，待开挖至设计断面后，在与原始地面断面图相同桩号处测出开挖断面，在断面测量过程中还是利用GPS里面参考线的功能，在断面测量过程中挪动仪器到要测的桩号上，GPS测量断面要比全站仪更容易掌握所测位置的桩号，保证很快能完成断面测量，然后按测存键储存数据，连接电脑下载断面数据并绘制断面图从而计算开挖面积，回填面积与开挖面积类同，然后计算出工程量。3