关于无规律扭曲面边坡开挖测量放样方法的探讨

发表时间:2015/10/14   来源:《工程建设标准化》2015年6月   作者:范学振 韩小虎
[导读] 葛洲坝集团股份有限公司测绘工程院,湖北,宜昌,443002 导入Excel对预裂孔设计数据进行计算,外业结合全站仪和卡西欧可编程计算器可解决无规律扭曲面边坡开挖测量放样的难题。

(葛洲坝集团股份有限公司测绘工程院,湖北,宜昌,443002)

【摘  要】运用南方Cass9.1对水电水利明挖工程无规律扭曲面边坡参照设计图纸绘制平面图,将每个结构变化处赋上设计高程形成三维设计电子版,采用点位的定数或定距等分法等分边坡的设计开口线及设计底边线,分别提取等分后的开口线及底边线的点位坐标,导入Excel对预裂孔设计数据进行计算,外业结合全站仪和卡西欧可编程计算器可解决无规律扭曲面边坡开挖测量放样的难题。
【关键词】南方Cass9.1;Excel;卡西欧计算器;点位等分;预裂孔

引言
        水电水利工程明挖部位的一些固定坡比的直线边坡或有变化规律的曲面边坡均可通过建立数学模型编写程序实施测量放样,但也存在一些复杂无规律扭曲面边坡,给测量放样工作带来比较大的麻烦,本文就如何运用南方Cass9.1绘制三维设计电子版、定数或定距等分设计开口及设计底边线、提取设计点位坐标,运用Excel及卡西欧计算器编写设计数据处理与放样程序进行阐述。
1.参照设计图纸绘制三维设计电子版
        以苗尾水电站厂房基坑开挖为例,根据设计图纸控制点在Cass9.1中用Line、arc、ellipse等命令画出厂房基坑开挖结构平面轮廓,并用properties命令在特性工具栏中把所画的轮廓尺寸在属性栏中的端点Z坐标值赋以相应的高程设计数据,绘制过程可用3dorbit 和View命令中的俯视图交替运行以便观察三维电子设计图绘制的效果。
2.定数或定距等分边坡的设计开口线及设计底边线并提取坐标
        选取需要等分的扭曲面设计开口线或底边线并查看长度,结合现场钻孔的间距选择定数定距等分或定距等分,如安装间厂前扭曲面边坡设计开口线长度为57.56m,现场预裂设计孔距为1m,那么就可以在Cass9.1命令行中输入measure命令按1m孔距进行等分,或者用divide命令等分58个点位,这样孔距同样约为1m,同样可满足现场预裂孔钻孔设计间距的要求,开口线或底边线按设计孔距等分后运用Cass9.1工程应用菜单下指定点生成数据文件菜单按次序分别提取所等分的点位坐标,数据格式为:点号,,Y坐标,X坐标,Z坐标;坐标提取后分别依次将所提取数据的文件名后缀,如设计开孔点坐标.dat改为设计开孔点坐标.csv,然后将打开csv格式的文件将数据复制到对应的Excel程序数据列中。
3.设计坐标导入Excel进行设计数据的计算
        结合现场放样所需的开孔平面坐标、终孔高程、坡比、开孔至终孔的方位角等设计参数编写Excel批量计算程序,如以下代码:
平距:I4=SQRT((B4-E4)^2+(C4-F4)^2)
坡比:J4=SQRT((B4-E4)^2+(C4-F4)^2)/ (G4-H4)
        方位角:K4=INT(DEGREES(IF(ATAN2 (E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4))))+0.01*INT(60*(DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4)))-INT(DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4))))))+0.006*((DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4)))-INT(DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4)))))*60-INT((DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4)))-INT(DEGREES(IF(ATAN2(E4-B4,F4-C4)<0,ATAN2(E4-B4,F4-C4)+2*PI(),ATAN2(E4-B4,F4-C4)))))*60)) ,如图3


图1   扭曲面边坡预裂孔设计数据

4.外业实施测量放样
        外业用全站仪设站后,采用卡西欧可编程计算器进行计算,以卡西欧fx-4800p为例,计算器程序语言为:
ABPWZ:Fixm:{XYH}:XYH:Pol(X-A,Y-B):J<0=>J=J+360 △
K=I×COS(J-W)◢    
V=I×SIN(J-W)◢ 
Q=K-P×(H-Z)◢
        其中(A,B)、P、W、Z分别代表开孔点的平面设计坐标(X,Y)、孔位的坡比、开孔点到终孔点的方位角、孔位的终孔高程;X、Y、H分别代表仪器在现场所测的棱镜所放点位的三维坐标;K为从设计开孔点到实测棱镜点位沿设计开孔点至设计终孔点方向的水平距离(桩号),K值沿开孔至终孔方向桩号依次增大;V值为所测点位到开孔点至终孔点连线的水平距离(距轴),V值沿桩号增大方向距轴数值左边为负值右边为正值;Q值为所测点位距该扭曲面的距离。现场放样时,计算结果先看V值,必须要保证V值约为零时,即需保证所测点位在所放设计预裂孔的轴线上,然后沿该轴线移至Q值满足边坡开挖限差要求为止,标记点位,并记下该点的实测坐标值与桩号、距轴、高程数值,然后在实际开孔点的前方或后方另放一或两个与该点相同距轴值的点做为该点的方向点,并做标记,记录放样数据,即完成该孔的放样,参照该法依次进行其他预裂孔位的放样。
5.结束语
        经过向家坝、龙开口、苗尾等水电站大量扭曲面边坡的放样实例得出,该方法可解决无规律扭曲面以及椭圆曲面等有规律但数学模型难以建立的扭曲面边坡放样的难题,对于比较棘手的边坡放样是一个比较的好方法,但是该方法需要在放样前计算每个孔位的开孔坐标、终孔高程、坡比、坐标方位角等大量的设计放样数据,现场输入数据步骤较繁琐,司镜难度较大,工作效率相对较低,就如何实现无规律扭曲面边坡的快速精准放样,仍需进一步研究探索。
作者简介:
范学振,性别:男,学历:本科,籍贯:河南原阳人,职称:助理工程师,研究方向:水利水电施工测量,工作单位:中国葛洲坝集团股份有限公司测绘工程院

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