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浅谈城市地下管线勘测方法.docx

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浅谈 城市 地下 管线 勘测 方法
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龙岩学院毕业论文(设计)题 目:浅谈城市地下管线勘测方法二 0 一六年四月十五日- 1 -浅谈城市地下管线勘测方法【摘要】随着我国城市化的迅速发展,城市的地下管线建设成为不可缺少的一环,并且管线勘测技术的要求也变得严格。根据周围不同的环境、不同的地形状况以及不同的设计要求,该如何选用不同的勘测方法来迅速、便捷地取得城市地下管线位置分布的测绘成果是非常有意义的。本文结合工程实例,介绍了几种地下管线的勘测方法,全站仪、GPS-RTK 对地下管线的纵、横断面测量与常规测量方法进行对比,得到可以适合大部分城市环境及设计要求的勘测方法。 【关键词】城市管线勘测方法;全站仪;GPS-RTK- 2 -1 引言 ............................................................................................................................................31.1 研究背景 ...........................................................................................................................31.2 研究的意义 .......................................................................................................................41.3 研究内容 ...........................................................................................................................42 地下管线勘测技术要及仪器介绍 .............................................................................................42.1 地下管线探查的一般规定 ...............................................................................................42.2 全站仪工作原理 ................................................................................................................42.3 GPS-RTK 定位技术简介 ...................................................................................................52.4 管线探测仪 .......................................................................................................................53 城市地下管线探测方法 .............................................................................................................53.1 管线探测仪的探测方法 ....................................................................................................53.2 地下管线的平面定位方法 .............................................................................................83.3 地下管线的深度测量方法 ...............................................................................................83.4 探测的质量验证手段与实施 ...........................................................................................94 地下管线中线放样及其纵、横断面测量 .................................................................................94.1 中线放样定义 ....................................................................................................................94.2 纵、横断面定义 ................................................................................................................94.3 纵、横断面图的作用 ......................................................................................................104.4 管线纵断面测量 ..............................................................................................................104.5 管线横断面测量的方法 ..................................................................................................105 工程实例 ..................................................................................................................................105.1 工程概况 .........................................................................................................................115.2 作业依据 .........................................................................................................................115.3 工程实施 .........................................................................................................................116 总结 ..........................................................................................................................................15参考文献 ........................................................................................................................................15- 3 -1 引言1.1 研究背景地下管线是城市基础设施的重要组成之一,它是信息和能源传输的通道,是城市正常运行的血管,为城市的健康发展和进步提供养分。随着城市化进程的加快,市政建设各部门不断的建设新的电力管道、煤气管道、水利管道等,各种各样的管线交叉平行,这不仅对城市管线建设、维护、管理带来了困难,也给我们管线的探测工作提出了挑战 [1]。1.2 研究的意义长久以来,由于城市化进程的加快,市政管理的不全面,地下管线的老、乱、密的情况日益严重起来。一段新的管线建设过程中,对所经过路段的管线勘测不清楚,会对以后建设施工造成不可挽回的后果。因此,一个好的、精确可靠的勘测方法是至关重要的,好的勘测方法是对测量的成果的保证 [2]。1.3 研究内容本文介绍了一些常见的地下管线探测的技术及其测量方法,对常规管线勘测方法进行比较,是为了找到一个较为方便快捷、能够适应城市大部分地下管线勘测的方法。2 地下管线勘测技术要及仪器介绍2.1 地下管线探查的一般规定(1) 地下管线探查应在现场查明各种地下管线的铺设状况,即管线在地面上的投影位置和埋深,同时应查明管线类别、材质、规格、载体特征、电缆根数、孔数及附属设施等,并在地面上设置管线点标志 [3]。(2 )明显地下管线点要进行实地勘察和测量,对于隐蔽地下管线点应采用管线探测仪器探测隐蔽地下管线的埋深和其在地面表层的投影位置 [3]。 (3 )埋设在同一管道(沟) 中的不同种类、不同性质的管线要分别调查 [3]。 (4 )为保证管线的连续性,因跨越障碍而架空或出露的管线按同种性质管线探查 [3]。 (5 )如果地下管线为弯曲管线,应该在管线圆弧起点和中点上设置管线点,当圆弧弧度较大或是变现为不规则的弯曲时,适当增添管线点,以确保其弯曲特征能够在图纸上表达 [3]。2.2 全站仪工作原理全站仪(Total Station),主要是以测量水平角、垂直角、距离和高差的方式来获取工作所需成果的最新测量仪器。- 4 -水平角测量、距离测量以及坐标测量是全站仪测量的主要工作。当作业场地为水平面时(这里指的是理想状态下),若欲测定测站与指定点的水平距离 D(即 A、B 两点间的水平距离),需将全站仪设在 A 点上,对中、整平、量仪器高后在目标点 B 安置棱镜。全站仪由 A 点发射光束至 B 点,随后又由棱镜反射后回到仪器,则所求的水平距离D 可由公式:D=1/2*CT( C-光速 T-时间) (2-1 )求出,式中 C=C/n,C 为真空中的光速值(固定值),而 n 为大气折射率,它的值由全站仪所用光源的波长、测量时的气压、气温以及湿度等因素决定 [4]。然而当测量人员实地作业时遇到情况的多为如图 2-1 所示的作业地形,在这种情况下,用全站仪进行测量的本质即三角高程测量。假设 A 点的各项观测参数已知,若需求出已知点A 与目标点 B 之间的高差 HE 及水平距离 D,则需先测得测站点到目标的距离直线距离,即斜距 L ,之后,全站仪会根据自动测得的竖直角 α 给出观测者所需的水平距离 D 和高差HE,其计算公式如下:D=L*cosα (2-2 )HE=L*sinα+HA-HB (2-3 )图 2-2 全站仪测量工作原理2.3 GPS-RTK 定位技术简介 RTK 是现在在测量中使用频繁且精度较高的测绘仪器。其测量系统由 GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统组成。同时充当流动站时,一般需与无线电台同时接受卫星使用。通过操作其测量方式效率高,精度远满足当代测量技术要求。只要满足 RTK 的基本工作条件, 在一定的作业半径范围内( 一般为 5 km) , 同时通过最后所得的结果进行精度分析,得到各精度都满足设计要求且没有积累误差 [5]。RTK 技术并不受到什么限制,所以与传统测量方法比较,RTK 技术可以一整天的进行工作。RTK 技术几乎可以担任野外各种测量工作。同时配有的手簿如同计算机一样,可以随时解算和解决测量当中的各种问题并不积累误差。2.4 管线探测仪管线仪是一种在地面上对地下金属管道、电线、电缆进行位置及深度测量的仪器,简称管线仪。都是由一个发射机加一个接收机组成。管线探测仪是通过发射机对被探测物施加一次交变电磁信号,激发其产生电流,使管线周围产生二次磁场,在通过接收机在检测二次磁场分布空间和特性,以此判定线路位置、深度 [6]。发射机一般是多频率的,通常有50Hz、512Hz、640Hz 、8K、33K 、65K、83K、131K 、200K 等。- 5 -3 城市地下管线探测方法3.1 管线探测仪的探测方法3.1.1 直接法直接法也叫充电法,是将发射信号的输出端直接连接在被测管线上,通过改变接地或充电方向尽量让电流沿目标管线流动,利用接收机接收产生的交变电磁场 [7]。根据连接的方式可以分为单端充电法和双端充电法 [8]。(1)单端充电法正如图 3-1 所示,在实地勘测过程中,我们会在合适的地点放置一个接地电极,如果被探测的管线目标有一个露出点时,我们会把管线仪的一端接到露出的管线上,用导线把管线仪的另一端连接到接地电极。当单端充电时,管线仪发出的电流,再分别导向被勘管线两个不同的方向,在此过程中因为目标管线与大地之间的分布参数,电流会随着远离露出点而逐渐减少,分散到大地里面去,而分散到大地的电流又将全部流到接地电极,经过导线到达管线仪的另一端。这种勘测方法因为要安放接地电极,在城市地下管线勘测是会受到环境的影响。图 3-1 单端充电法(b) 双端充电法如图 3-2 所示,在实地勘测被探测的目标管线,如果该管线有两个露出点,应用导线将管线仪的两个输出端直接连接到管线裸露的地方。在双端充电过程中,目标管线自己与导线形成闭合回路,管线中传导的谐变电流,产生感应电磁场,最后由管线仪的接收机接受信号。双端充电法的使工作范围较大,能够进行长距离大范围的管线勘测。城市地下管线一般都会设有连接井,更是适用于双端充电法,因此该方法是实地探测管线中是一种常用的方法,能够大大提高勘测效率。但是实地勘测时需要注意的问题是:如果目标管线的裸露点之间的电阻值较大时,其相邻管线的阻抗又较小,那么旁边的非目标管线上的电流很可能超过需要探测目标管线上的电流,容易产生非人为因素的误差。 - 6 -图 3-2 双端充电法3.1.2 夹钳法如图 3-3 所示,当被探测管线有一个露出点时,将与发射机相连的环形夹钳夹在目标管线上,通过发射机发出电流,通过夹钳产生会产生谐变磁场,将其磁场直接耦合到目标管线上,产生感生电流,用接收机接收被测管线的信号 [7]。日常勘测过程当中,夹钳法是比较常用的勘测方法,相对来说精度较为可靠。但其缺点也很明显,环形夹钳套并不能应用于管径较大的地下管线。图 3-3 夹钳法示意图3.1.3 感应法感应法是通过发射机发射线圈产生一次场,被测管线受一次电磁场感应产生二次电磁场,利用接收机接收被测管线产生的二次场信号来进行管线探查 [9](如图 3-4 所示)。- 7 -图 3-4 感应法示意图3.2 地下管线的平面定位方法 a)极大值法 极大值法是利用管线仪的垂直线圈测量目标管线正上方形成磁砀的二次场水平分量之差。如图 3-6 所示,因此又称为峰值法。此方法在峰值附近信燥较大,受到的影响小,能够更准确的探测出地下管线在地面的投影位置 [9]。b)极小值法 如图 3-7 所示,极小值法是利用管线仪水平线圈测量目标管线上的垂直分量。当探测仪器位于目标管线正上方时出现极小值或零值,因此又叫做零值法。但是此种方法在地下管线密集处容易受到附近的管线干扰影响探测精度,所以在实地探测过程中应该配合其他定位方法使用。 图 3-6 极大值定位示意图 图 3-7 极小值定位示意图3.3 地下管线的深度测量方法 3.3.1 直读法(梯度测量) 利用接收机中上、下两个垂直线圈(线圈面垂直)分别接收管线正上方产生磁场水平- 8 -分量值,根据深度计祘公式经仪器计算电路,求得管线埋深,由显示器直接显示深度值。直读法简单快捷,在无干扰的情况下有很高的测量精度 [10]。 3.3.2 特征点法 特征点法基于探测设备的不同而不同,较常见的有 80%法、70%、50% 、25%等。70%法是一种经验求深法(如图 3-9),即峰值点两侧 70%极大值处两点之间的距离,即为管线的埋深 [11]。在日常探测过程中,70%法拥有探测精度高、抗干扰能力强等特点,广泛应用于地下管线探测。图 3-9 70%法示意图3.4 探测的质量验证手段与实施为了满足设计的探测质量要求,完成探测时必须进行有效的验证手段。一般情况下,在城市管线普查中主要采取的手段有:钎探、开挖、仪器重复探测、地质雷达监测等方法。其中钎探是施工中常用方法之一,这种方法不但可以节省成本,还可以减少对城市路面的损坏,并且有较高的探测质量。4 地下管线中线放样及其纵、横断面测量4.1 中线放样定义中线放样是指按照设计路线进行测设直线和圆曲线,将地下管线中心线在实地投影到地面的具体位置上去。4.2 纵、横断面定义管线纵断面测量就是在管线的中线方向按一定的间隔用管线仪结合 RTK(或者全站仪)- 9 -测出其坐标和埋深,同时在管线发生起伏变化时,一定需要在变化的地方添加测深点。地下管线横断面测量是以地下管线的中线为轴,对其周边地下管线位置的测量。其实质管线平面图。4.3 纵、横断面图的作用纵断面测量体现了管线顺着中线的起伏情况,将所测的中桩、埋深绘制在图纸上,作为新管线设计的根据。横断面测量是测量垂直于管线中线周围的旧管线的情况表示。 按一定比例画成横断面图。根据不同工程的性质和要求,所测横断面图也有不同的用途。4.4 管线纵断面测量首先利用 GPS-RTK 放样和全站仪放样功能进行管线中线测量,之后根据管线中线测量标记出管线中桩点位置,利用管线仪和 GPS-RTK 结合的方法进行纵断面数据的获取,测得各个中桩点的高程。传统常规测量为资料收集——重点部分开挖——开挖处测量的模式,是以间隔开挖的形式测量,其地下管线片段精度相对较高,但是需要大量的时间和人力。现在在设计要求允许的情况下,全站仪(RTK )结合管线仪的方法能够基本满足管线测量的要求,而且管线仪的测深数据可以仪器保存,更加减少了外业勘测时出现的人为误差。所以在设计条件允许的情况下,尽量选取管线仪和 GPS-RTK 结合的方法进行快速、高效、优质的管线勘测。4.5 管线横断面测量的方法4.5.1 水准仪视距法水准仪的视距法在管线两边地形平坦中,所得的结果精度较高。多适用于城市建筑区和郊区。在横断面上安置水准仪,读取视距和视线高。进而测出横断面上点的距离和高程 。 但是城市管线较密集区域时作业效率慢,需要作业人员较多(3-4 个),受天气因素影响较大。4.5.2 全站仪坐标法首先沿管线中线在施工范围以外埋测平面控制点和高程控制点。 然后在已知控制点上安置全站仪。 安放完成后整平对中,建立文件并将控制点坐标信息输入其中。然后带棱镜放在所需测两的横断面上。测量横断面点的平面坐标和高程,存储在仪器的文件当中。另外在草图上将每个中心桩点号和断面的点号都要记录下来。这种方法通常需要 2-3 位外业人员,由于测量数据全部是仪器存储避免了人为的记录误差,同时受天气因素影响也比较大。4.5.3 GPS-RTK 坐标法在垂直于管线中线并经过管线中桩的方向上,利用 GPS-RTK 技术准确测出该横断面上的起伏变化,测量的范围是在管线中线的左右各多少米(按设计要求),测出横断面点的平面坐标和高程。GPS-RTK 坐标法需要的外业相对于上面几种方法来说较少(1 人),如果条件允许增加人员仪器可以提高作业效率,测量数据全部是仪器存储,避免了人为记录误差,受天气因素影响较小,如果有需要可以雨中和夜间作业。
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