南京某污水处理厂测量技术及精度分析.doc

南京城北污水处理厂测量技术及精度分析

介绍污水处理厂控制测量和曝气沉淀池定位测量以及测量精度分析。
Measurement Technology and Precision Analysis of Nanjing City North Sewage Treatment Factory
南京城北污水处理厂位于南京长江大桥边的方家营，是南京城北污水处理系统工程的核心。污水处理厂总占地面积约13.14公顷，污水处理能力为30万m3/d，工程主要包括曝气沉淀池、曝气沉砂池、接触消毒池、泵房、鼓风机房、脱水除臭机房、加药间等工程。该工程的测量技术的难点主要为厂区控制网测量和两座曝气沉淀池的施工测量，本文单体测量主要以曝气沉淀池（甲池）为例。
1 施工测量前的准备工作
1.1 平面控制网复测
根据南京市测绘勘察研究院提供的平面控制点（城市坐标）B1、B2，以B2点为起始点计算坐标，B1点为后视起算方向,按照《工程测量规范》（GB50026-93）所规定的一级导线网（点）精度要求，以极坐标的形式对B1点进行测量，计算出B1点的复测坐标。经复测其结果满足规范要求，因此以B1、B2点作为该工程平面控制测量基准。由于测绘院提供的平面控制点为城市坐标系，而设计院提供的定位图为建筑坐标系，因此根据定位图的建筑坐标系与城市坐标系的转换关系，把B1、B2的城市坐标（X、Y）转换成建筑坐标（A、B），坐标转换公式为：A=COS330°（X-54000）+SIN330°（Y-26500）、B=-SIN330°（X-54000）+ COS330°（Y-26500）。
1.2 高程控制网复测
在高程控制测量前，按二等精密水准测量的要求，对测绘院提供的高程控制点B1、B2复测，其水准测量闭合差：f=-0.78mm，小于二等水准测量所规定小于4L1/2（水准路线长度L=0.4Km）的要求，因此B1、B2都可以作为该工程的二等高程控制点。为了消除两点间的系统误差，该工程的水准测量以B2点的高程作为起始数据，且定期按二等水准测量的要求对B1、B2联测。若几次二等附和水准测量闭合差都超出规范要求，需与相同等级或更高等级的城市水准点联测，来确定该工程的高程控制点B1、B2的高程。
2 厂区控制网的布设
2.1 平面控制网的布设
该工程占地面积较大、施工范围广、施工高峰期交叉作业较多且受施工影响较大，各建筑物相互之间及建筑物本身定位精度要求较高。因此，根据厂区总定位图优化布设平面控制点，并计算出各平面控制点的坐标。以B2点为测站，B1点为后视方向，运用极坐标放样法，采用日本产尼康DTM-530E全站仪（精度：2"，2mm+2ppM*D）的坐标放样功能直接放样出A1、A2、A3、A4、A5平面控制点（见图1），并按照《工程测量规范》的要求埋设平面控制点。在埋设的平面控制点稳定之后，按一级导线的精度要求对该五点和B2点组成的闭合导线进行导线测量（平面控制测量），测角两侧回、测边两测回，并与原始平面控制点B1进行联测。对外业测量结果进行严密平差，计算出厂区平面控制点的坐标。该闭合导线的相对闭合差K=1/104333﹤1/15000能满足《工程测量规范》中一级导线的要求。在施工的过程中，做好控制点的保护，并定期对平面控制点进行检测。

2.2 高程控制网的布设
南京城北污水处理厂处理工艺采用国际先进的一体化活性污泥法，各种管线、设备较多，且几个主要单体之间的连接比较多，因此标高的控制尤其重要。为了有利于曝气沉淀池（甲、乙池）、综合楼以及其余小单体的标高测量，因此在甲、乙池的两个对角各布设两个高程控制点，综合楼的东南角布设一个高程控制点，高程控制点分布如图1所示。原始高程控制点B2与各高程控制点构成一条闭合二等水准路线。高程控制测量采用日本产拓普康AT-G2（带测微器）水准仪（精度：±0.4mm/Km），按照《工程测量规范》中二等水准测量的要求进行，并计算出各点的高程作为该工程的高程控制点。
3 曝气沉淀池（甲池）施工测量
3.1 灌注桩桩位的定位
因池内桩比较多（共1262根），相邻桩之间距离短，分布比较整齐，且桩位的定位精度要求较高的特点，因此建立如图2所示的灌注桩矩形控制网。以A2、A3点的坐标作为平面控制测量起始数据，根据桩位图计算出灌注桩矩形控制网的平面控制点坐标，运用全站仪极坐标归化放样法放样出平面控制点。放样的控制点按照《工程测量规范》中所规定的一级导线测量的要求，与厂区平面控制点A2、A3进行联测。对外业采集的测量数据进行严密平差，计算出控制点的实际坐标，实际坐标与理论坐标比较后归化改正。归化后的平面控制点所组成的图形，按照一级导线测量的要求进行角度和边长的测量。如不满足规范要求，必须依据观测结果作二次归化。只有当控制网的各项偏差满足《工程测量规范》中灌注桩矩形控制网的技术要求时，才能进行各个桩位的定位。每个灌注桩都必须在矩形控制网下，采用内分法测定。

3.2 池体底板轴线放样
根据曝气沉淀池底板平面图可知：整个池分成三格底板独立的一体化反应池，每个一体化反应池又分成六个小池，且为对称结构。在施工过程中，考虑到便于套管的预埋和小池中心部位独立柱的精确放样，因此布设成如图3所示的平面控制网（池体）。首先，运用全站仪极坐标法精确放样出S1、S3、S16、S18底板平面控制点；其次，对放样的四个点与控制点A3组成的闭合导线进行导线测量；再次，对外业测量采集的数据严密平差，计算平面控制点的实际坐标，并与理论值相比较后点位归化改正；最后，对归化改正后的平面控制点组成的图形，按一级导线的要求进行测角和测边。若角度和距离超出规范要求，需重新进行导线测量、点位归化和角度距离检测，直至满足规范要求为此。若角度和距离都能满足规范要求，则做好点位的标志。根据布设好的四个平面控制点，采用内分法按同等精度的要求布设其余平面控制点，并对布设的点位进行角度和距离的检测。根据底板平面控制点，运用标准钢卷尺配合全站仪或J2经纬仪放样出

底板轴线。在轴线放样时，钢卷尺必须在标准拉力作用下，且距离丈量值需进行尺长改正。
3.3 套管安装定位放样
底板和90cm壁板混凝土一次浇筑，该部分主要有两种标高套管的安装。中心标高5.9米大套管位于各小池中线上，即位于各小池轴线控制线上。采用吊垂线法或经纬仪正倒镜投点法，把轴线控制线传递到绑扎牢固的底板上层钢筋和壁板钢筋上；在需要安装套管的两侧钢筋上，用S3水准仪放样出套管的中心标高水平线。根据水平和竖直的两条控制线来精确安装套管，在套管安装的过程中还必须控制其自身内外两侧的水平度。中心标高5.44米小套管安装，主要依靠底板轴线控制线，用钢尺水平丈量距离，在底板上层钢筋上放样出套管垂直方向的中线投影点，再采用吊线法在套管的上部钢筋上放样出套管垂直方向的中线；用S3水准仪放样出套管的中心标高水平线。其余各标高套管的安装测量方法与标高5.44米套管方法相似。另外，由于其余套管与底板高差较大，因此采用吊钢尺法进行套管中心标高的放样。
3.4 池体梁、柱、墙板的放样
根据曝气沉淀池底板、壁板后浇带分布示意图，整个池分成十八个施工段。在每一块底板混凝土浇筑完，且达到一定强度后，利用原有轴线控制点运用正倒镜投点法，进行轴线控制基准线的放样。在厂区平面控制点A3上架设全站仪照准A2，测量轴线控制基准线交点的坐标，当其实际坐标值与理论坐标值偏差大于5mm时，必须重新进行轴线控制基准线的放样。只有当偏差满足规范要求时，才能进行梁、柱和墙板的放样。在施工测量的过程中，运用正倒镜投点法投测的轴线控制基准线，经检测都小于《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）所规定的轴线允许偏差5㎜的要求。
3.5 框架梁、柱的放样
根据池体底板上放样的轴线控制基准线，布设如图3所示的平面控制网（框架），并对布设的点与轴线基准线多次精确丈量距离。若距离的平均值与理论值之差超出5mm，则必须对布设的点位改化。若两者之差小于5mm，则做好平面控制点的标志，以有利于长期使用。在楼面制模板时，在控制点的正上方预留20cm×20cm的方形洞口。在楼面混凝土达到一定强度后，在预留洞上固定好透明有机玻璃板，并在控制点上架设瑞士产徕卡ZL天顶准直仪（精度：1/20万），在0°、90°、180°、270°四个方向各竖向投测1个点。从理论上讲该四个点应重合，但在实际操作中由于各种误差的影响，这四个点有可能不完全重合，因此取这四个点组成的图形的中点作为该点的竖向传递点。对竖向传递的点组成的图形进行测角和测边，并进行自由网平差，计算各点位的实际坐标，与理论坐标相比较之后归化改正，再次检测角度和距离。以归化改正后的竖向传递的轴线控制点作为测量依据，运用全站仪或J2经纬仪和标准钢卷尺，进行梁和柱的细部放样。池体上部框架共两层，第二层框架放样方法与第一层相似。为了减少误差积累，不采用第一层框架控制点，而直接采用池体底板上的控制点进行竖向传递。
3.6 标高测量放样
在灌注桩施工时，依靠曝气沉淀池两对角布设的厂区高程控制点，运用S2水准仪对护筒的标高进行放样。在基坑开挖时，由于高程控制点与基坑底的高差较大，因此采用接力法进行标高的传递测量，来控制基坑的开挖深度。在浇筑垫层前采用视线高法，在基坑里布设等高的高程点，来控制垫层面的标高和水平度。底板上表面标高的控制方法与垫层标高的控制方法相似。现浇楼板顶面、底面和梁底面的标高测量采用吊钢尺法传递标高，视线高法控制水平度。
4 精度分析

4.1 厂区平面控制网精度分析
《工程测量规范》中单位权中误差计算公式：μ={[Pdd]/2n}1/2，式中μ——单位权中误差（mm）；d——各边往、返距离的较差（mm）；n——测距的边数；P——各边距离测量的先验权，其值为1/σD2，σD为测距的先验中误差，可按测距仪的标称精度计算。日本产尼康DTM-530E全站仪外业测量采集数据整理结果如下：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边往、返距离的平均值，di——第i边往、返距离的较差。全站仪测距标称精度为±（2+2PPmm×D）mm，因此σD1=±2.57mm、σD2=±2.70mm、σD3=±2.55mm、σD4=±2.56mm、σD5=±2.49mm、σD6=±2.67mm。单位权中误差：μ={[Pdd]/2n}1/2={[dd/σDσD]/2n}1/2=0.3558mm。任一边的实际测距中误差：mDi=μ/Pi1/2=μσDi。根据误差传播定律，整个闭合导线环的测距中误差：mD=（mD12+mD22+mD32+mD42+mD52+mD62）1/2=μ（σD12+σD22+σD32+σD42+σD52+σD62）1/2=±2.26mm。《工程测量规范》中闭合导线测角中误差计算公式：mβ={[fβfβ/n]/N}1/2，式中fβ——闭合导线环的方位角闭合差（″）；n——计算fβ时的测站数；N——闭合导线环的个数。由于厂区平面控制测量中：fβ=+3.8″，n=6，N=1，所以导线测角中误差mβ=±1.551″。对于闭合导线来说，其导线的最弱点为导线的中间点（平面控制点A3）。该点最后坐标的点位中误差m为：m=±[mD2 +（S·mβ/ρ）2×（n+6）/48]1/2/2，式中mD——闭合导线环的测距中误差；S——闭合导线环的全长；mβ——闭合导线测角中误差；n——闭合导线的测边数；ρ——1弧度转化成的秒数。在闭合导线测量中：mD=±2.26，S=1775.8936m，mβ=±1.551″，n=6，ρ=206265，则该闭合导线最弱点的中误差：m=±3.52㎜，能满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》的轴线偏差不大于5㎜的要求。
4.2 曝气沉淀池轴线控制线放样的精度分析
对于尼康DTM-530E全站仪来说，其测角功能相当于J2经纬仪，野外一测回的方向中误差为2″。根据误差传播定律，一测回的角度中误差mβ=±2″×21/2=±2.828″。从厂区控制点到池内轴线控制点的最长水平距离为100m，测量距离的中误差ms=±（2+2×0.1）=±2.2㎜。考虑角度误差和距离误差以及起始点（厂区平面控制点）坐标的误差对点位的综合影响，并转为放样点位中误差为M=[m2+ms2+（mβ/ρ）2×S2]1/2=±4.37㎜。《混凝土结构工程施工质量验收规范》中规定基础轴线位置允许偏差为15㎜，即极限差△容=±15㎜。根据测量误差理论，m中=△容/2=±7.5㎜。因此M﹤m中能满足规范要求。
5 结束语
在南京城北污水处理厂施工测量的过程中，按照分级布网、逐级控制的原则，进行现场测量控制，既满足了规范的要求，又便于施工质量的控制，且缩短了测量放样的时间，提高了经济效益。