跳臺滑雪訓練基地施工測量

鄭宏利 王長歡

(中鐵十六局集團路橋工程有限公司, 北京 101500)

0 引言

我國冬季傳統(tǒng)體育有著悠久的歷史,但參與冬奧會的歷史較短[1]。從1980年首次參加冬奧會,經過近四十年的發(fā)展,我國已成為冬奧會競技實力較強的國家之一[2],但國家的冰雪運動設施建設還需完善加強。長期以來,跳臺滑雪訓練一直租借國外歐美國家場館訓練備戰(zhàn)。隨著北京申奧成功,國家加大冰雪項目設施的投資建設,本文所闡述的項目就是國家跳臺滑雪訓練基地建設所采取的測量方法。

1 工程概況

淶源國家跳臺滑雪訓練科研基地一期是國家備戰(zhàn)2022年冬奧會的重點設施建設項目,同時也是促進淶源體育事業(yè)快速發(fā)展而衍生的產業(yè)經濟,是發(fā)展當地旅游產業(yè)帶領山里人民過上向往生活的契機。項目主要工程建設內容包含兩條跳臺賽道(HS140和HS106)、市政道路(上山道路和進場道路)長度2.776 km、蓄水池(蓄水量200 000 m3)、水平風洞、纜索等(如圖1所示)。涉及施工內容包括鋼結構制作工程、土石方及混凝土工程、給排水工程、著陸坡面仿真草皮工程、助滑道水槽及制冷系統(tǒng)工程、裁判樓教練臺建設工程、提升系統(tǒng)、造雪系統(tǒng)、燈光照明、市政配套等工程。工程計劃開工時間為2020年1月,計劃投入使用時間為2020年10月。

圖1 項目總體平面圖

2 工程測量技術重難點

2.1 上山道路工程

上山道路主要為比賽進行運輸服務,線路轉角、坡度及沿途風景要求較高,既要滿足車輛運行需要,也要與環(huán)境融為一體。由于上山道路在陡坡溝壑之間開鑿,坡度較大,山上灌木叢生,人員行走困難,測量放樣難度較大。

2.2 跳臺結構工程

此項工程為整個項目的關鍵性工程,也是運營期核心使用結構,施工精度的好壞直接影響后續(xù)訓練的效果。由于跳臺賽道與地面的夾角有嚴格規(guī)定,所以對測量的精度要求很高,主要體現(xiàn)在高程控制上。

2.3 風洞工程

此設備采用閉口回流風洞形式。作為綜合性體育運動科研訓練風洞,不僅要滿足跳臺滑雪與空氣動力學有關的全部訓練內容和科研實驗內容,還要為其他競速類體育運動項目預留接口。風洞工程主要為結構安裝工程,對預埋精度要求較高。

2.4 蓄水池、纜索等工程

蓄水池主要是開挖精度控制,纜索工程主要是安裝預埋精度控制。

3 保證測量精度措施

測量工作總體原則:先整體,后局部;先控制,后碎步[3]。根據不同結構物的測量要求特點,分別進行測量方案布置。摒棄傳統(tǒng)精密導線網,整網采用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)控制點指導施工[4]。

(1)首先對整個項目進行設計交樁復測,檢驗設計所交接點位的穩(wěn)固性和準確性。平面復測采用四臺徠卡全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收機,按照設計交接樁位的同等精度進行靜態(tài)觀測,邊連式模式,共測三站。高程復測采用天寶電子水準儀(DINI03),按照設計交接樁位的同等精度進行復測。復測完成后,控制點的測量坐標與設計坐標進行對比,若出現(xiàn)點位誤差超限,分析誤差較大點位形成的原因,并進行重新測量。若點位誤差未超限,使用原設計成果。

(2)根據設計圖紙,把結構物投點到谷歌地球上,利用谷歌地球的3D(Three Dimensional)影像進行加密點位選埋布設。為施工方便,通常會在結構物附近布設易于施工的加密點,如圖2所示。本次加密點結合各結構物的特點并利用谷歌地球的多維直觀性進行布設[5],為保證跳臺整體結構的相對準確性,風洞工程建設預留螺栓的位置穩(wěn)定,加密點采取不低于設計點位精度進行加密測量。平面采用徠卡GNSS接收機網連式靜態(tài)觀測,高程采用天寶DINI03電子水準儀施測,最大限度地減少測量誤差,保障結構物建設過程中的準確性。

圖2 控制點及加密點(D1～D8)布設圖

(3)開工前熟練掌握圖紙各結構物尺寸,兩組人員獨立計算出各特征放樣點的坐標,并進行對比。根據計算的坐標數據在CAD中繪畫出各結構物的絕對位置,CAD圖上查看相對結構物之間的關系,若有設計沖突或者矛盾的地方及時反饋給設計。

(4)由于跳臺、蓄水池、風洞、纜索等重要結構物集中在D1、D2、D3、D4四個控制點附近,現(xiàn)場施工時,要注意控制點的保護。為保證每個結構物的絕對位置和相對位置的準確,每個結構物放樣時,固定使用同一對基站點和后視點,保證放樣精度。

(5)上山道路多位于陡坡、深谷地帶,地表地貌復測采用無人機攝影測量[6],特殊地段輔助采用有馬達、帶藍牙的全站儀,運用免棱鏡無接觸測量方式復核。清表后,采用實時動態(tài)載波相位差分技術(Real-Time Kinematic，RTK)進行施工放樣[7]。

4 具體測量過程

4.1 平面控制網解算

GNSS數據處理包括基線向量解算和網平差兩個部分,基線向量解算及網平差采用隨機附帶的GNSS解算軟件LGO 8.4。及時進行觀測數據的處理和質量分析,檢查是否符合規(guī)范和技術設計要求。每天對當天的觀測數據進行粗處理和基線解算,并及時對閉合環(huán)、重復基線等進行計算檢核[8]。

4.1.1基線向量解算

基線處理時,應嚴格遵守下列要求:

(1)基線解算時,衛(wèi)星星歷統(tǒng)一采用廣播星歷,衛(wèi)星高度角一般采用15°。

(2)同一時段觀測值的數據剔除率小于20%,否則應重測。

(3)任一時段的同步觀測時間,GPS E級網小于40 min,任一時段的有效衛(wèi)星數少于4顆,則該時段作廢。

(4)基線向量滿足驗收標準后,按最小閉合環(huán)原則對全網的基線向量進行閉合環(huán)搜索,并對閉合環(huán)的閉合差進行計算檢驗。獨立閉合環(huán)各坐標分量閉合差應符合下式規(guī)定[9]:

(1)

4.1.2網平差

GPS網平差是在基線質量檢驗合格的前提下進行的,先進行三維向量網無約束平差,各項指標合格后再進行二維約束平差。

4.1.2.1 三維向量網無約束平差

基線解算各項質量指標均滿足要求后,在WGS-84坐標系下以全網有效觀測時間較長、觀測條件較好、接近全網中部的控制點的三維坐標成果(空間直角坐標)作為起算數據,進行全網的三維無約束平差(如表1所示)，最弱邊為D06～D07。

表1 三維無約束平差表

4.1.2.2 二維約束平差

GPS基線網三維無約束平差合格后,以所聯(lián)測的、經復測確認點位穩(wěn)定可靠的設計控制點作為約束點進行二維約束平差。平差時,選擇西安80坐標系,中央經線為114.67°E,投影大地高為900 m下完成平面控制網解算(如表2所示)，最弱邊是D06～D07。

表2 二維約束平差表

4.2 高程控制網解算要求

根據設計單位移交資料,選用不低于設計單位的精度進行復測及加密。

4.2.1觀測數據質量檢核

外業(yè)工作結束后,對觀測數據的質量進行檢核,檢核的內容主要包括:測站數據、水準路線數據、附合路線的高差閉合差。

數據質量檢查合格后,才能進行后續(xù)的平差計算:水準基點間高差計算。

4.2.2每千米高差偶然中誤差計算

按測段往、返測高差不符值計算每千米高差偶然中誤差M△,M△應滿足表3中 的規(guī)定,否則應對閉合差較大的測段(水準路線)進行重測[10]。

表3 M△、MW限差 單位:mm

M△按下列公式計算:

(2)

式(2)中,MΔ為測段往、返測高差不符值(mm);L為測段長度,以km計;n為測段數。

4.2.3每千米高差全中誤差計算

四等水準網加密計算時,需要計算全中誤差MW,MW應滿足表3中 的規(guī)定,全中誤差按照下列公式進行計算[10]:

(3)

式(3)中，N為水準路線環(huán)數;L為測段長度,以km計;W為附和或環(huán)線閉合差。

4.3 施工放樣措施

(1)為保證絕對位置和相對位置的精度,每個結構物固定使用同一對基站點和后視點進行放樣。根據現(xiàn)場實際觀測條件劃分(如圖3所示),結構物-跳臺及纜索放樣,D1為司儀點,D4為后視點;結構物-蓄水池放樣,D2為司儀點,D4為后視點;結構物-風洞放樣,D4為司儀點,D1為后視點。

圖3 放樣區(qū)域劃分

(2)結構物放樣的過程中,時刻保持認真仔細的態(tài)度,精益求精的理念(如圖4所示),事前整平、事后檢核的工作流程。

圖4 減小大氣折光影響的措施

5 測量技術的總結

目前對已完成的部分結構物質量及外形尺寸檢測,絕對位置及尺寸誤差均遠小于規(guī)范要求。建成跳臺的滑道與地面所成角度完全符合設計要求,HS140和HS106兩條跳臺賽道的絕對位置和相對位置基本與設計一致,既相互聯(lián)系又互不干擾。纜索、風洞等結構物基礎預埋部件尺寸十分精準,目前水平風洞實驗室洞體鋼結構全部安裝完畢,測量精度非常高。通過以上測量措施的使用,對于局部安裝精度要求較高的項目總結出幾點測量方法。

(1)首級控制網及加密網必須精確,且布網精度不低于設計(設計點位誤差較大時,平面使用一點一方向平差,高程使用閉合水準線路平差)。

(2)熟悉圖紙尺寸,正確計算放樣點位坐標(至少兩組人獨立計算,計算后進行坐標比對,不一樣時,找出原因,直至相同)。

(3)根據測量工作的精度要求和現(xiàn)場地形地貌特點,應用與之相匹配的測量儀器設備,既能提高測量作業(yè)效率,又能保證測量作業(yè)精度[11]。

(4)熟悉現(xiàn)場,始終使用同一對控制點對同一結構物進行放樣。放樣時注意溫度、濕度、大氣折光等因素對于儀器的影響,及時運用相應措施進行消除。

6 結束語

本文所闡述的測量方法和措施,為相關類似項目的測量工作提供借鑒參考,適用類似冰雪設施項目局部控制精度較高的結構物施工。由于此項目為國內首次自主建造,無相關測量技術規(guī)范參考,也無相關建造經驗,施工過程中只能通過提高測量精度來保障施工質量,對測量人員水平和測量儀器性能要求非常高,無形中增加了測量成本。建議相關單位制定合理的施工規(guī)范和適度的測量技術規(guī)范,在保障施工質量的前提下,提高測繪效率,節(jié)約建設成本。淶源國家跳臺滑雪訓練科研基地項目正在平穩(wěn)推進,目前已完成總工程量的80%,該項目落成之后將成為國內第一個自主建設的跳臺,助力國家奧運健兒在2022年北京冬奧會上摘金奪銀、取得更好成績做好品質服務。