南京某污水處理廠測量技術(shù)及精度

PAGEPAGE8南京城北污水處理廠測量技術(shù)及精度分析介紹污水處理廠控制測量和曝氣沉淀池定位測量以及測量精度分析。MeasurementTechnologyandPrecisionAnalysisofNanjingCityNorthSewageTreatmentFactory南京城北污水處理廠位于南京長江大橋邊的方家營，是南京城北污水處理系統(tǒng)工程的核心。污水處理廠總占地面積約13.14公頃，污水處理能力為30萬m3/d，工程主要包括曝氣沉淀池、曝氣沉砂池、接觸消毒池、泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、脫水除臭機(jī)房、加藥間等工程。該工程的測量技術(shù)的難點主要為廠區(qū)控制網(wǎng)測量和兩座曝氣沉淀池的施工測量，本文單體測量主要以曝氣沉淀池（甲池）為例。1施工測量前的準(zhǔn)備工作1.1平面控制網(wǎng)復(fù)測根據(jù)南京市測繪勘察研究院提供的平面控制點（城市坐標(biāo)）B1、B2，以B2點為起始點計算坐標(biāo)，B1點為后視起算方向,按照《工程測量規(guī)范》（GB50026-93）所規(guī)定的一級導(dǎo)線網(wǎng)（點）精度要求，以極坐標(biāo)的形式對B1點進(jìn)行測量，計算出B1點的復(fù)測坐標(biāo)。經(jīng)復(fù)測其結(jié)果滿足規(guī)范要求，因此以B1、B2點作為該工程平面控制測量基準(zhǔn)。由于測繪院提供的平面控制點為城市坐標(biāo)系，而設(shè)計院提供的定位圖為建筑坐標(biāo)系，因此根據(jù)定位圖的建筑坐標(biāo)系與城市坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，把B1、B2的城市坐標(biāo)（X、Y）轉(zhuǎn)換成建筑坐標(biāo)（A、B），坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：A=COS330°（X-54000）+SIN330°（Y-26500）、B=-SIN330°（X-54000）+COS330°（Y-26500）。1.2高程控制網(wǎng)復(fù)測在高程控制測量前，按二等精密水準(zhǔn)測量的要求，對測繪院提供的高程控制點B1、B2復(fù)測，其水準(zhǔn)測量閉合差：f=-0.78mm，小于二等水準(zhǔn)測量所規(guī)定小于4L1/2（水準(zhǔn)路線長度L=0.4Km）的要求，因此B1、B2都可以作為該工程的二等高程控制點。為了消除兩點間的系統(tǒng)誤差，該工程的水準(zhǔn)測量以B2點的高程作為起始數(shù)據(jù)，且定期按二等水準(zhǔn)測量的要求對B1、B2聯(lián)測。若幾次二等附和水準(zhǔn)測量閉合差都超出規(guī)范要求，需與相同等級或更高等級的城市水準(zhǔn)點聯(lián)測，來確定該工程的高程控制點B1、B2的高程。2廠區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)2.1平面控制網(wǎng)的布設(shè)該工程占地面積較大、施工范圍廣、施工高峰期交叉作業(yè)較多且受施工影響較大，各建筑物相互之間及建筑物本身定位精度要求較高。因此，根據(jù)廠區(qū)總定位圖優(yōu)化布設(shè)平面控制點，并計算出各平面控制點的坐標(biāo)。以B2點為測站，B1點為后視方向，運用極坐標(biāo)放樣法，采用日本產(chǎn)尼康DTM-530E全站儀（精度：2"，2mm+2ppM*D）的坐標(biāo)放樣功能直接放樣出A1、A2、A3、A4、A5平面控制點（見圖1），并按照《工程測量規(guī)范》的要求埋設(shè)平面控制點。在埋設(shè)的平面控制點穩(wěn)定之后，按一級導(dǎo)線的精度要求對該五點和B2點組成的閉合導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線測量（平面控制測量），測角兩側(cè)回、測邊兩測回，并與原始平面控制點B1進(jìn)行聯(lián)測。對外業(yè)測量結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)密平差，計算出廠區(qū)平面控制點的坐標(biāo)。該閉合導(dǎo)線的相對閉合差K=1/104333﹤1/15000能滿足《工程測量規(guī)范》中一級導(dǎo)線的要求。在施工的過程中，做好控制點的保護(hù)，并定期對平面控制點進(jìn)行檢測。2.2高程控制網(wǎng)的布設(shè)南京城北污水處理廠處理工藝采用國際先進(jìn)的一體化活性污泥法，各種管線、設(shè)備較多，且?guī)讉€主要單體之間的連接比較多，因此標(biāo)高的控制尤其重要。為了有利于曝氣沉淀池（甲、乙池）、綜合樓以及其余小單體的標(biāo)高測量，因此在甲、乙池的兩個對角各布設(shè)兩個高程控制點，綜合樓的東南角布設(shè)一個高程控制點，高程控制點分布如圖1所示。原始高程控制點B2與各高程控制點構(gòu)成一條閉合二等水準(zhǔn)路線。高程控制測量采用日本產(chǎn)拓普康A(chǔ)T-G2（帶測微器）水準(zhǔn)儀（精度：±0.4mm/Km），按照《工程測量規(guī)范》中二等水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行，并計算出各點的高程作為該工程的高程控制點。3曝氣沉淀池（甲池）施工測量3.1灌注樁樁位的定位因池內(nèi)樁比較多（共1262根），相鄰樁之間距離短，分布比較整齊，且樁位的定位精度要求較高的特點，因此建立如圖2所示的灌注樁矩形控制網(wǎng)。以A2、A3點的坐標(biāo)作為平面控制測量起始數(shù)據(jù)，根據(jù)樁位圖計算出灌注樁矩形控制網(wǎng)的平面控制點坐標(biāo)，運用全站儀極坐標(biāo)歸化放樣法放樣出平面控制點。放樣的控制點按照《工程測量規(guī)范》中所規(guī)定的一級導(dǎo)線測量的要求，與廠區(qū)平面控制點A2、A3進(jìn)行聯(lián)測。對外業(yè)采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，計算出控制點的實際坐標(biāo)，實際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)比較后歸化改正。歸化后的平面控制點所組成的圖形，按照一級導(dǎo)線測量的要求進(jìn)行角度和邊長的測量。如不滿足規(guī)范要求，必須依據(jù)觀測結(jié)果作二次歸化。只有當(dāng)控制網(wǎng)的各項偏差滿足《工程測量規(guī)范》中灌注樁矩形控制網(wǎng)的技術(shù)要求時，才能進(jìn)行各個樁位的定位。每個灌注樁都必須在矩形控制網(wǎng)下，采用內(nèi)分法測定。3.2池體底板軸線放樣根據(jù)曝氣沉淀池底板平面圖可知：整個池分成三格底板獨立的一體化反應(yīng)池，每個一體化反應(yīng)池又分成六個小池，且為對稱結(jié)構(gòu)。在施工過程中，考慮到便于套管的預(yù)埋和小池中心部位獨立柱的精確放樣，因此布設(shè)成如圖3所示的平面控制網(wǎng)（池體）。首先，運用全站儀極坐標(biāo)法精確放樣出S1、S3、S16、S18底板平面控制點；其次，對放樣的四個點與控制點A3組成的閉合導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線測量；再次，對外業(yè)測量采集的數(shù)據(jù)嚴(yán)密平差，計算平面控制點的實際坐標(biāo)，并與理論值相比較后點位歸化改正；最后，對歸化改正后的平面控制點組成的圖形，按一級導(dǎo)線的要求進(jìn)行測角和測邊。若角度和距離超出規(guī)范要求，需重新進(jìn)行導(dǎo)線測量、點位歸化和角度距離檢測，直至滿足規(guī)范要求為此。若角度和距離都能滿足規(guī)范要求，則做好點位的標(biāo)志。根據(jù)布設(shè)好的四個平面控制點，采用內(nèi)分法按同等精度的要求布設(shè)其余平面控制點，并對布設(shè)的點位進(jìn)行角度和距離的檢測。根據(jù)底板平面控制點，運用標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺配合全站儀或J2經(jīng)緯儀放樣出底板軸線。在軸線放樣時，鋼卷尺必須在標(biāo)準(zhǔn)拉力作用下，且距離丈量值需進(jìn)行尺長改正。3.3套管安裝定位放樣底板和90cm壁板混凝土一次澆筑，該部分主要有兩種標(biāo)高套管的安裝。中心標(biāo)高5.9米大套管位于各小池中線上，即位于各小池軸線控制線上。采用吊垂線法或經(jīng)緯儀正倒鏡投點法，把軸線控制線傳遞到綁扎牢固的底板上層鋼筋和壁板鋼筋上；在需要安裝套管的兩側(cè)鋼筋上，用S3水準(zhǔn)儀放樣出套管的中心標(biāo)高水平線。根據(jù)水平和豎直的兩條控制線來精確安裝套管，在套管安裝的過程中還必須控制其自身內(nèi)外兩側(cè)的水平度。中心標(biāo)高5.44米小套管安裝，主要依靠底板軸線控制線，用鋼尺水平丈量距離，在底板上層鋼筋上放樣出套管垂直方向的中線投影點，再采用吊線法在套管的上部鋼筋上放樣出套管垂直方向的中線；用S3水準(zhǔn)儀放樣出套管的中心標(biāo)高水平線。其余各標(biāo)高套管的安裝測量方法與標(biāo)高5.44米套管方法相似。另外，由于其余套管與底板高差較大，因此采用吊鋼尺法進(jìn)行套管中心標(biāo)高的放樣。3.4池體梁、柱、墻板的放樣根據(jù)曝氣沉淀池底板、壁板后澆帶分布示意圖，整個池分成十八個施工段。在每一塊底板混凝土澆筑完，且達(dá)到一定強度后，利用原有軸線控制點運用正倒鏡投點法，進(jìn)行軸線控制基準(zhǔn)線的放樣。在廠區(qū)平面控制點A3上架設(shè)全站儀照準(zhǔn)A2，測量軸線控制基準(zhǔn)線交點的坐標(biāo)，當(dāng)其實際坐標(biāo)值與理論坐標(biāo)值偏差大于5mm時，必須重新進(jìn)行軸線控制基準(zhǔn)線的放樣。只有當(dāng)偏差滿足規(guī)范要求時，才能進(jìn)行梁、柱和墻板的放樣。在施工測量的過程中，運用正倒鏡投點法投測的軸線控制基準(zhǔn)線，經(jīng)檢測都小于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）所規(guī)定的軸線允許偏差5㎜的要求。3.5框架梁、柱的放樣根據(jù)池體底板上放樣的軸線控制基準(zhǔn)線，布設(shè)如圖3所示的平面控制網(wǎng)（框架），并對布設(shè)的點與軸線基準(zhǔn)線多次精確丈量距離。若距離的平均值與理論值之差超出5mm，則必須對布設(shè)的點位改化。若兩者之差小于5mm，則做好平面控制點的標(biāo)志，以有利于長期使用。在樓面制模板時，在控制點的正上方預(yù)留20cm×20cm的方形洞口。在樓面混凝土達(dá)到一定強度后，在預(yù)留洞上固定好透明有機(jī)玻璃板，并在控制點上架設(shè)瑞士產(chǎn)徠卡ZL天頂準(zhǔn)直儀（精度：1/20萬），在0°、90°、180°、270°四個方向各豎向投測1個點。從理論上講該四個點應(yīng)重合，但在實際操作中由于各種誤差的影響，這四個點有可能不完全重合，因此取這四個點組成的圖形的中點作為該點的豎向傳遞點。對豎向傳遞的點組成的圖形進(jìn)行測角和測邊，并進(jìn)行自由網(wǎng)平差，計算各點位的實際坐標(biāo)，與理論坐標(biāo)相比較之后歸化改正，再次檢測角度和距離。以歸化改正后的豎向傳遞的軸線控制點作為測量依據(jù)，運用全站儀或J2經(jīng)緯儀和標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺，進(jìn)行梁和柱的細(xì)部放樣。池體上部框架共兩層，第二層框架放樣方法與第一層相似。為了減少誤差積累，不采用第一層框架控制點，而直接采用池體底板上的控制點進(jìn)行豎向傳遞。3.6標(biāo)高測量放樣在灌注樁施工時，依靠曝氣沉淀池兩對角布設(shè)的廠區(qū)高程控制點，運用S2水準(zhǔn)儀對護(hù)筒的標(biāo)高進(jìn)行放樣。在基坑開挖時，由于高程控制點與基坑底的高差較大，因此采用接力法進(jìn)行標(biāo)高的傳遞測量，來控制基坑的開挖深度。在澆筑墊層前采用視線高法，在基坑里布設(shè)等高的高程點，來控制墊層面的標(biāo)高和水平度。底板上表面標(biāo)高的控制方法與墊層標(biāo)高的控制方法相似。現(xiàn)澆樓板頂面、底面和梁底面的標(biāo)高測量采用吊鋼尺法傳遞標(biāo)高，視線高法控制水平度。4精度分析4.1廠區(qū)平面控制網(wǎng)精度分析《工程測量規(guī)范》中單位權(quán)中誤差計算公式：μ={[Pdd]/2n}1/2，式中μ——單位權(quán)中誤差（mm）；d——各邊往、返距離的較差（mm）；n——測距的邊數(shù)；P——各邊距離測量的先驗權(quán)，其值為1/σD2，σD為測距的先驗中誤差，可按測距儀的標(biāo)稱精度計算。日本產(chǎn)尼康DTM-530E全站儀外業(yè)測量采集數(shù)據(jù)整理結(jié)果如下：D1=286.4343m，d1=-1.6mm；D2=349.7516m，d2=+1.8mm；D3=277.3897m，d3=+1.2mm；D4=280.4045m，d4=+0.8mm；D5=247.2383m，d5=-0.9mm；D6=334.675m，d6=-1.3mm，Di——第i邊往、返距離的平均值，di——第i邊往、返距離的較差。全站儀測距標(biāo)稱精度為±（2+2PPmm×D）mm，因此σD1=±2.57mm、σD2=±2.70mm、σD3=±2.55mm、σD4=±2.56mm、σD5=±2.49mm、σD6=±2.67mm。單位權(quán)中誤差：μ={[Pdd]/2n}1/2={[dd/σDσD]/2n}1/2=0.3558mm。任一邊的實際測距中誤差：mDi=μ/Pi1/2=μσDi。根據(jù)誤差傳播定律，整個閉合導(dǎo)線環(huán)的測距中誤差：mD=（mD12+mD22+mD32+mD42+mD52+mD62）1/2=μ（σD12+σD22+σD32+σD42+σD52+σD62）1/2=±2.26mm。《工程測量規(guī)范》中閉合導(dǎo)線測角中誤差計算公式：mβ={[fβfβ/n]/N}1/2，式中fβ——閉合導(dǎo)線環(huán)的方位角閉合差（″）；n——計算fβ時的測站數(shù)；N——閉合導(dǎo)線環(huán)的個數(shù)。由于廠區(qū)平面控制測量中：fβ=+3.8″，n=6，N=1，所以導(dǎo)線測角中誤差mβ=±1.551″。對于閉合導(dǎo)線來說，其導(dǎo)線的最弱點為導(dǎo)線的中間點（平面控制點A3）。該點最后坐標(biāo)的點位中誤差m為：m=±[mD2+（S·mβ/ρ）2×（n+6）/48]1/2/2，式中mD——閉合導(dǎo)線環(huán)的測距中誤差；S——閉合導(dǎo)線環(huán)的全長；mβ——閉合導(dǎo)線測角中誤差；n——閉合導(dǎo)線的測邊數(shù)；ρ——1弧度轉(zhuǎn)化成的秒數(shù)。在閉合導(dǎo)線測量中：mD=±2.26，S=1775.8936m，mβ=±1.551″，n=6，ρ=206265，則該閉合導(dǎo)線最弱點的中誤差：m=±3.52㎜，能滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的軸線偏差不大于5㎜的要求。4.2曝氣沉淀池軸線控制線放樣的精度分析對于尼康DTM-530E全站儀來說，其測角功能相當(dāng)于J2經(jīng)緯儀，野外一測回的方向中誤差為2″。根據(jù)誤差傳播定律，一測回的角度中誤差mβ=±2″×21/2=±2.828″。從廠區(qū)控制點到池內(nèi)軸線控制點的最長水平距離為100m，測量距離的中誤差ms=±（2+2×