GPS技術(shù)在大方量土石方填筑施工中的運用

趙旭召

（秦皇島路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，河北 秦皇島066000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入，結(jié)合省市干線公路網(wǎng)的長遠(yuǎn)規(guī)劃和本項目的重要性，高度重視環(huán)境保護(hù)，使線形、地形、地物相協(xié)調(diào)；施工中遵循因地制宜，合理選材，方便施工，合理控制工程造價；在本項目路基土石方工程施工中，在大樂安寨、小樂安寨和慕義寨段三段路基需要測算土石方填挖工程量，避免超開挖和二次倒運費用；土石方的測算，對指導(dǎo)施工和成本控制起著至關(guān)重要的作用。工程測算一般采用水準(zhǔn)儀和全站儀等測量儀器，內(nèi)業(yè)計算有方格法、積木法等方法。在同樣精度要求下，采用不同的測量方法會有不同的效率，選擇合適的測量方法有利于提高效率，節(jié)省時間，甚至可以減少糾紛。具體采用什么方法需根據(jù)實際情況和施工方要求確定。GPS技術(shù)近年來得到了快速發(fā)展，并日趨成熟，已逐步應(yīng)用于工程測量的各個領(lǐng)域，用于土石方測量更是極大地提高了精度和效率[1]。

2 GPS的定義

GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間部分（由24 顆衛(wèi)星組成，其中21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星，均勻分布在6個軌道面上）、地面控制系統(tǒng)（由監(jiān)測站、主控制站、地面天線所組成）、用戶設(shè)備部分（即GPS信號接收機(jī)主要由天線單元和接受單元兩部分組成）組成。

3 GPS的運用

在京哈高速秦皇島互通北戴河連接線工程中，應(yīng)用GPS測量技術(shù)進(jìn)行控制點閉合、原地表復(fù)測及施工控制測量和校核，并取得了較好的效果。由于該項目地處平原微丘區(qū)，地勢起伏，坡度陡峻，土石方量較大，且工期緊，任務(wù)重。選擇一個最佳的測量方案至關(guān)重要，論文對如下方案進(jìn)行了比較[2]。

①應(yīng)用常規(guī)全站儀和水準(zhǔn)儀測量，測量實地各點平面位置和高程，并采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)。這種方法操作簡單，儀器要求不高，但是受通視和距離影響較多。但在此項目中，不太實用。若采用此法，控制點為了保持通視加密過多不僅影響精度，而且閉合起來費時費工[3]。外業(yè)要根據(jù)已知和加密閉合后的控制點測設(shè)原地表數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過內(nèi)業(yè)整理計算，此法工作煩瑣，效率低下，所以暫時放棄全站儀和水準(zhǔn)儀測量法。

②利用GPS測量技術(shù)，用常規(guī)測設(shè)和放樣模式將各控制點及原地貌變坡點的三維坐標(biāo)采集和路線控制點三維坐標(biāo)放樣到實地[4]。這種方法不受距離和通視限制，且測量速度和精度較全站儀測量有所提高，全天候不受時間限制，既省去了內(nèi)業(yè)整理工作，外業(yè)也不必逐點放樣，大大提高了效率。在路基土石方全面開展施工階段，通過采取增加一臺移動站同時工作，大大提高了工作效率[5]。

4 實施過程

在本項目中采用1 臺南方測繪基準(zhǔn)站和2 臺南方測繪移動站。2 臺移動站利用藍(lán)牙技術(shù)在接受機(jī)主機(jī)和手簿之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，是完全無線，一體化GPS接收機(jī)，給外業(yè)測量帶來極大的便利。1 臺基準(zhǔn)站和2 臺移動站測量精度完全滿足土石方填筑測量的要求。

現(xiàn)場測量：配備3 臺GPS接收機(jī)到現(xiàn)場，其中1 臺作為基準(zhǔn)站，其余2 臺為移動站，分兩組同時作業(yè)?？刂凭W(wǎng)事先已經(jīng)閉合，在地勢較高、通視較好、輻射范圍最廣的地方架設(shè)基準(zhǔn)站，設(shè)置好各項參數(shù)，校正好點，測量即可開始。對于移動站，啟動后，我們延著設(shè)計路線整樁號斷面測量，根據(jù)測線圖每走10～20m 放樣一個點的三維坐標(biāo)，直至一個斷面上需要測量的點測完再進(jìn)行下一個斷面上點的測量。

外業(yè)完成后，將數(shù)據(jù)從手薄中導(dǎo)出，做必要的整理，利用軟件計算土方量，這樣既方便快速又直觀[6]。

5 對工程建設(shè)產(chǎn)生的影響

GPS具有全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時高效率的特點，這樣就能更好地、實時地對工程質(zhì)量和工程成本進(jìn)行監(jiān)控，對工程量進(jìn)行統(tǒng)計。如對同一個點開挖或填筑前后的高程觀測，來監(jiān)控層厚或開挖深度進(jìn)行質(zhì)量控制；對挖填方進(jìn)行統(tǒng)計得出外借土方量，及時解決土源問題來進(jìn)行成本控制；實時對已完工程量和尚剩工程量統(tǒng)計來進(jìn)行進(jìn)度控制等。GPS的高效性使工程狀況更加清晰明了地呈現(xiàn)在我們面前，這樣工程的質(zhì)量、成本、進(jìn)度都有了較好控制工程，就能更好地向著預(yù)期目標(biāo)發(fā)展。

6 注意的問題

在此土石方測量項目中，需要注意以下幾點：

①X 坐標(biāo)存在負(fù)值，在校點時一定要注意正負(fù)號；

②各控制點坐標(biāo)系統(tǒng)要與架設(shè)基準(zhǔn)站的控制點坐標(biāo)系統(tǒng)一致；

③移動站的參數(shù)設(shè)置一定要與基準(zhǔn)站的參數(shù)設(shè)置一致，要用同一通道，否則無法接受信息，同時也要注意不要連接到其他設(shè)備上去；

④由于基準(zhǔn)站和移動站為無線一體機(jī)，主機(jī)與手簿之間的信息交換通過藍(lán)牙來實現(xiàn)，每次手簿設(shè)置參數(shù)或與原來的連接斷開時，都要重新尋找藍(lán)牙設(shè)備，與之建立連接并重新進(jìn)行校核，每個手簿一定要選擇和自己相應(yīng)的接受機(jī)，否則可能產(chǎn)生很多麻煩；

⑤如果某些地區(qū)因建筑物或樹木遮擋而無信號，可在附近不遠(yuǎn)處采集與之等高的點，內(nèi)業(yè)時稍作處理一下，也可以沿同一方向測量一點，用內(nèi)插的方法確定方格點高程，這樣做對土方的測量精度的影響不是太大。

7 結(jié)語

通過整個測量過程可以看出，使用GPS進(jìn)行土石方工程測量，效率很高，并且降低了勞動強(qiáng)度，縮短了工期。在質(zhì)量、成本和進(jìn)度控制方面也更快速有效。對土石方工程是否能高效率、高質(zhì)量地完成有著深遠(yuǎn)的意義。當(dāng)然，如果在遮擋物較多或結(jié)構(gòu)物下部，衛(wèi)星信號不佳的地方，GPS還是有所局限，此時可以和全站儀結(jié)合使用，取長補短，達(dá)到最好的功效。