gps技术在京汉大道供水管道工程中应用

     京汉大道供水管道工程，总投资1.1亿元人民币，安装管道总长为10.728km，管道最大直径为2000mm。由于该工程地处较繁华的闹市区，给施工放线及管道竣工资料的勘测收集带来了许多不便。我们在工程中采用了GPS、全站仪等先进的测量仪器，确保了施工顺利进行。[ 正 文 ]    1　工程概况         京汉大道输水管道工程是武汉自来水公司最大口径、最长距离的钢管道工程。起于宗关水厂，终于黄浦路，贯穿桥口区、江汉区、江岸区，是汉口地区供水系统的主动脉，沿沿河大道和原京广铁路铺设，全长10.728km，其中DN=2000mm管道2.208km、DN=1800mm管道2.7km、DN=1600mm管道1.95km、{TodayHot}DN=1400mm管道2.57km、 DN=1200mm管道1.29km。工程于1997年8月28日开工，1999年11月30日竣工。在施工过程中，武汉市自来水公司管网管理部勘测队运用GPS等测量技术进行沉降观测，竣工测量，及时地配合施工部门解决了施工中出现的难题。         过去，大型管道阀门竣工图是以管网周围建筑物，譬如电线杆等为参照物，用米尺量出阀门的相对位置。这种方法虽然简单、方便，但当现场地物地貌发生大的变化时，就会造成阀门、管道埋失的问题，势必严重影响管网供水的安全性。特别是京汉大道这种新敷设的大型输水干管，在周边的建筑物又未按规划形成的情况下，沿途建筑物变化较大，按原始方法收集竣工资料确定相对位置的方法，已不能满足日新月异的市政建设需要。因此在工程施工的初始阶段，武汉水司勘测队及时采用动态GPS、全站仪等设备进行实地跟踪勘测，使现场收集的第一手资料的准确性和可靠性大大提高。        2　运用GPS对管道及附属设施进行坐标定位         阀门的GPS定位测量克服了常规测量手段的许多不足，相对来说具有快速、全天候，测站之间不需通视，节省时间、人力、物力等优点。{HotTag}在阀门GPS定位完毕，而现场地貌改变后，就可以根据已测得的GPS坐标数据，利用测量仪器，将埋失的阀门定出位置，以实现阀门及管网管理的后继性和延续性。         GPS与常规测量手段相比有其独特特点：(1)可以实现全球全天候连续测量定位；(2)定位精度高，功能强；(3)抗干扰能力强，保密性好；(4)自动化程度高，操作简便；(5)经济效益高。由于观测不需要通视，因此不需要建立瞻标，这样可以大大减少测量观测时间和经费，比常规控制测量可以减少一半经费，效率可以提高数倍。         在勘测过程当中分别应用了静态GPS测量和动态GPS测量。静态GPS测量就是在接收过程中接收机天线位置固定；动态GPS测量就是在接收过程中天线处于运动状态。        2.1　静态GPS控制点测量         (1)进行GPS测量的网形设计。根据《武汉市供水管网GPS控制网施测技术设计》的要求以及外业踏勘调查资料，遵照"立足需要，保证精度，便于施测，利于发展"的原则进行布网。         (2)进行外业GPS测量。实施外业测量时，所设的GPS点应位于较开阔的地方，附近无高大建筑物、高压线、无线电发射台及大型接收天线等影响或屏蔽卫星信号的物体。         (3)事后数据处理。测量完毕后，要将数据传输到电子计算机中，应用相应的数据处理软件进行处理，经过基线解算和网点平差得出控制点的三维坐标数据。         (4)成果整理。数据处理完毕后，绘制京汉大道沿线GPS控制点网图，以利于以后的导线控制点加密。并将所有控制点输入到数据库中，形成控制点坐标数据库管理系统，以利于数据的管理和查找。        2.2　动态GPS控制点测量         动态GPS系统分为基准站和流动站两个部分，基准站架设在一固定的GPS控制点上，将天线接收到的卫星信号以数据链的形式由电台发射出去，发射的频率基本是与天线接收卫星的频率相同；在进行动态测量的过程中，流动站是以运动的状态在各勘测点位上移动，流动站在待测点位上同时接收卫星信号和基准站发出的数据链，进行实时数据解算，实时得出当地待测点三维坐标数据。         静态GPS在技术上有其局限性。当被锁定的卫星少于4颗时，就不能正常工作；卫星数低于 5颗时，定位精度会受到影响，等待时间也很长。而动态GPS(GG-RTK)是将美国GPS和俄罗斯 GLONASS两种卫星系统联合起来使用，增加了接收卫星的数目，精度可达到厘米级，能满足供水管网定位的要求。在京汉大道工程竣工测量中，对管网阀门、伸缩器、管道进出点、上翻下翻、管顶、三通、测流测压孔井、排气排泥阀及正交电信、电缆等进行控制，实测GPS 点250个，主干管阀门的方头为对中点，对阀门口径、安装单位、日期、开启方向、重要部件材质以及位置简图，进行一点一控制卡，并标注编号，绘制在1/500管网基本图上，数据输入微机，对其他控制点也相应制成专门的坐标表，为运用GPS技术实现管网管理自动化提供基本数据。一旦京汉大道出现如地震、地形地貌变化较大等引起管网和阀门埋失时，可采用极坐标法和直角坐标法进行节点放样，使被埋阀门、管网和附属构筑物再现。     3　利用常规仪器进行竣工测量         如果管道施工位于较狭窄的小巷中，或在较强电磁波干扰的地方，GPS接收的卫星信号就会被阻挡或被削弱，造成GPS接收机的定位效果和可靠性受到影响，就不能利用它直接对管道或其附属设备进行测量，需要将GPS控制点测设在管道附近较开阔和较稳固的地方，作为导线引点，再利用常规的测量仪器进行管道的竣工测量。        3.1　全站仪平面定位         我们利用全站仪既能精确测距又能测角的功能，根据导线测量及几何的原理即可求出待测的阀门坐标。         3.2　利用相对三角高程原理进行高程测量         利用相对三角高程测量的原理，进行较高精度的高程测量，使平面位置的测量和高程测量在同一台仪器上同时进行。其操作过程及原理如图1所示。     这样，就利用了全站仪精确测距和测角的功能，避免了仪器本身所带的系统误差、测站高程误差以及仪器高度量取的误差，使得高等级的水准点数据直接传递到待测点上。        4　对顶管实施沉降监测         京汉大道利济北路道口是武汉市的交通要道。此处安装DN=1800mm管道施工，市政府不允许中断交通，设计时采用顶管的施工方案。由于该段处于城区，原始地形低洼，人工堆积物较多，加之修建铁路，使整个场地地质结构不同成因、不同年代的人工堆积物和自然沉积物呈现复杂的叠置关系。在开挖坑道过程中，遇到了流砂地质，并伴有地下水渗漏，阻滞了施工进程，同时道路两旁相邻多层和高层建筑物较多，在距工作坑4m处有一幢5层楼房。在施工排水过程中，为防止水位下降，侧压力减少而引起流砂的移动，造成地面塌方，直接影响周围建筑物的安全，需要对附近楼房电杆进行沉降观测，及时发现险情，及时采用补救方案。         根据沉降观测的基本要求，把被监测的变形点设在被监测楼房里的固定位置。为防止不同部位的沉降，在楼房的不同部位共设3个变形观测点。按 照该建筑物的等级，定其可允许变形限度为10cm，沉降测量精度为5mm。沉降观测示意如图2。 图2中，三角形表示基准点，圆形表示变形点。在监测过程中使用同一仪器和设备，固定观测人员，在基本环境相同的条件下工作，避免了不必要的误差。通过对井点降水地面和周围建筑物的沉降监测，及时发现沉降量的大小，并准备必要的补救方案，为确保管道施工的正常进行和周围建筑物的安全使用提供了可靠的依据。    5　结论         对京汉大道管道的勘测，提供了管道的三维坐标数据以及在管道工程施工过程中遇到特殊问题时的解决方案，使供水管网向数字化方向迈了一大步。在管道跟踪测量的同时，也注意对施工完毕后的现状地物信息进行搜集在进行计算机管位定点的同时。也将施工后现场地物进行修补，使得管道竣工图在其他地形、地物方面也与实地吻合，进而完善了供水管网动态图形库。

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