工程测量开拓者——郭平

2020-12-25 15:42 来源:51网 分享到:

简 介

姓  名:郭平

工作单位:中铁二局测试公司

技术专长:精密工程控制测量和高速铁路控制测量

获奖称号:全国五一劳动奖章获得者、享受国务院政府特殊津贴的工程测量高级技术人才,中国中铁工匠技师、中国中铁郭平测量技能大师工作室领办人、中国铁道学会标准化(监控测量)专委会委员、英国皇家特许测量师(MRICS)。

技艺展示

围绕企业重点工程项目,发扬工匠精神积极组织攻克技术难关,解决施工生产测量难题,《高速铁路长大隧道平面控制测量关键技术研究》、《隧道洞内控制测量虚拟双导线测量技术研究》等多项攻关成果先后获得中国铁路工程总公司、四川省测绘行业等科技成果奖10余项;获授权发明专利4项、授权实用新型专利4项、形成工法2项,获国家软件著作权2项;在国家核心期刊、国家级期刊等公开发表论文20余篇。

《高速铁路长大隧道平面控制测量关键技术研究》是在传统隧道控制测量的基础上,分析目前隧道控制测量中存在的问题,分别从三个方向(如何提高洞外GNSS控制网精度、如何提高洞内导线控制网精度、如何提高测量工作效率)、六个创新点(基于已有GNSS网提出隧道独立控制网建立的方法、基于统计分析提出GNSS测边方位精度估算的方法、提出隧道洞内边角控制网测量适用的网形和数据处理的方法、困难条件下提出超短边方位传递测量的方法、基于全站仪通讯接口自动化导线测量软件开发、研发测量对中杆圆水泡校正设备)进行研究,形成一套完整的技术方案,用于相向开挖长度10km内的长大隧道控制测量,确保其横向贯通精度优于规范规定的横向贯通中误差(如7-10km隧道:横向贯通中误差80mm、限差160mm),提高长大隧道贯通精度,解决隧道衬砌安全步距与长距离预留衬砌贯通误差调整区间相矛盾的问题,减少贯通调整量,使线路与轨道平顺性得以满足,从而达到隧道衬砌无损施工而不侵限,节省巨额的隧道贯通误差调整修凿费用。

操作要点

1.基于已有GNSS网的隧道独立控制网建立方法

因初期用途和测量精度上有差异,设计交付的各线路大量隧道GNSS控制网部分精度不能满足规范要求。部分虽然满足规范要求精度,但不能满足长大隧道高精度控制网的要求,GNSS边长与全站仪实测边长不吻合。为解决以上问题,采用原设计2个GNSS控制点坐标作为平差约束条件,改变原设计投影面高程,建立隧道独立控制网。具体做法:首先隧道进出口择优各选取一个原设计GNSS控制点,作为隧道独立控制网的已知点,约束平差得到包含施工加密控制点的隧道独立控制网坐标成果,然后用全站仪精确测定各洞口通视的控制点间距离,忽略GNSS和全站仪测量误差,计算出每条全站仪测量边长与GNSS边长完全吻合时的投影面高程,将隧道进出口和斜井等多条边对应的各投影面高程求算术平均值作为隧道独立控制网的投影面,在后续实施洞内控制测量时,全站仪测量的所有导线边长投影到本投影面上,用于平差计算得出各导线坐标,最后在隧道进出口两端与相邻工程控制点做平滑处理。

2.基于统计分析提出GNSS测边方位精度估算的方法

《高速铁路工程测量规范(TB10601-2009)》笼统给出了GNSS测边方位精度参考指标,而隧道测量现场地形复杂、条件多变、控制点间边长不一,GNSS测边方位实际精度能达多少不确定,直接影响洞内测量设计方案从而影响贯通精度。

为解决上述问题,统计近年来多条线路GNSS实测边,按莱因达准则(PauTa)剔除测量数据中异常值,再按菲列罗公式计算中误差,通过理论研究与300多条实测边数据统计分析,得出测边距离对方位精度影响较大而对距离精度影响不明显的结论。用线性拟合的方法得到长度200~700m距离的GNSS边方位精度ma估算公式:

ma=0.3″+2.5″/S

公式中S为距离,以百米计。利用该公式估算的隧道进洞边方位精度,能更真实的反应测边方位精度,用于隧道洞外控制测量对隧道横向贯通误差影响估算,进一步进行隧道洞内导线控制测量优化设计,确保隧道高精度贯通。

3.提出隧道洞内边角控制网测量适用的网形和数据处理的方法

结合多年隧道洞内控制测量经验,针对隧道洞内控制测量中的一些技术问题,比如隧道洞内旁折光以及距离、角度观测值定权对平差结果的影响和陀螺仪方位对洞内控制网提高贯通精度的实际效果,常用的洞内双导线和交叉导线网、菱形交叉导线网以及新出现的自由测站边角交会网等四种形式的边角控制网形中,哪种精度更高、结果更可靠,在洞内没有外部参考基准时无法得到确切的验证。本项目首先采用仿真试验验证上述四种网形,然后根据试验成果,在现有控制网形和处理方法的基础上进行优化改进。

研究数据证明,洞内控制网网形以菱形交叉导线网加辅助横距测量为最优网形;隧道洞内平面控制网的数据处理,采用边角匹配的抗差平差方法效果最佳;有条件时宜测量高精度的陀螺方位边,加测陀螺方位的方法能够控制导线方位误差的累积,检查和控制隧道洞内边角导线网方位误差,起到对偶然、系统偏差进行纠正的作用,达到提高隧道洞内控制网横向贯通精度的效果。

4.困难条件下超短边方位传递测量的方法

在斜井转入正洞、平行导坑转入正洞、绕开不良地质地段U形导洞等特殊地段进行控制测量时,通视距离不可避免缩短至20~100m。研究出一种多公共转点侧方交会导线测量方法,通过在短边连线两侧分别摆放5~7个棱镜作为固定公共转点,棱镜组两端分别摆放全站仪测量两端长导线边棱镜和公共转点棱镜组,从已知边将坐标传递到固定公共转点棱镜组,再通过固定公共转点棱镜组将坐标传递到未知边棱镜。分别将棱镜组和全站仪分别交换位置在两侧摆放,消除棱镜中心与旋转中心不一致误差影响,独立测量两组成果进行检核,检核合限时取均值使用,解决了20~100m边长方位高精度传递测量问题,实现了导线坐标、方位的高精度传递,方位精度可达到2.0~3.0″,优于陀螺仪定向精度。

5.基于全站仪通讯接口实现自动化导线测量软件开发

提高测量精度可以保证隧道高精度贯通,高精度的测量与劳动量大小及测量时间等有密不可分的联系,高精度的测量成果需要提供良好的测量环境来保证,很多时候需要停工配合测量,如何在提高精度的同时又提高作业效率,减少对隧道施工的工期影响;隧道洞内多种交叉连接的网形及短边侧方交会方位传递测量,多个方向同时观测的需要,大量的多余观测,大量的连接方向,观测方向可多达12个以上,外加洞内光线暗淡,过去人工观测的方式,不论是测量的速度或精度,已经满足不了现在的测量方式的需求,需要由仪器自动观测替代人工测量。目前市场上虽然有相关的测量软件,一是满足不了特殊需求,二是价格昂贵,因此根据需要基于不同全站仪通讯接口研发,开发了导线测量手薄软件,实现了自动化施测,提高了工作效率。

6.研发测量对中杆圆水泡校正设备

测量时使用的对点工具是棱镜基座或测量对中杆,通常在控制测量中使用棱镜基座,一般施工放样使用测量对中杆。对中杆使用方便但在搬运过程中对中器容易松动或对中杆容易弯曲,使用时必须将对中杆校正到高精度对中状态,传统校正方法必须同时用2台全站仪或经纬仪进行,操作繁琐,在控制测量中摒弃了方便快捷的测量对中杆而使用棱镜基座对点。由此在原来的研究基础上开发出了一种校正测量对中杆圆水泡的设备,减小对中误差,校正精度优于0.5mm,校正后的对中杆能满足各种高精度的测量工作要求,辅助提高洞内贯通误差精度和对点速度。

聚焦重点

经国家一级科技查新咨询单位——四川省科学技术信息研究所进行国内、外科技查新,查新结论显示:国外、国内均无类似技术相关报道,创新成果填补了行业空白。

《高速铁路长大隧道平面控制测量关键技术》自方案形成后,通过5个重点工程的实际应用,证明其不仅能提高隧道控制网的测量精度,使得隧道横向贯通误差小,节约了贯通误差调线区间再加宽、衬砌修凿、返工、设计院调线等因贯通误差过大或超限引起动辄上百万的巨额贯通误差处理费用,还能大大提高了测量工作效率,使得测量占用隧道施工时间大大缩短。该技术综合降低直接测量成本30%以上,具有适应性强、精度高、速度快、简单易操作等特点,直接效益和隐形效益显著,对高速铁路隧道工程施工和中国高铁走向世界具有重要的现实意义与显著的经济实用价值。

编辑:AH

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