惠春洋 工程测量学课程设计.doc

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1、工程测量学课程设计报告大桥施工控制网优化技术设计学院： 环境与测绘学院班级： 测绘10-3班_姓名： _惠 春 洋_学号： _环境与测绘学院2013-7-19目 录1、前言-32、工程概况已有资料分析-33、大桥施工设计等级与精度要求-34、桥梁施工控制网的布设方案-75、桥梁施工控制网的建立-96、高程控制网优化设计-157、高程控制网布设方案-198、桥墩放样方案-209、课程设计总结-23某地大桥施工控制网技术设计书前言在桥梁工程施工阶段，测量工作的任务是直接为施工服务。测量放样的前提除了要有内业计算资料外，还要满足施工放样精度要求，控制点密度适当，图形结构良好的施工控制网更是必不可少，

2、而且施工控制网的布设形式和精度等级更直接影响桥墩放样点位的精度，从而更构成了桥梁建设成败的一个关键因素。因此如何更科学地设计与布设一个既经济又合理的桥梁施工控制网显得极为重要。一、设计与实习目的巩固和深化课堂教学内容，培养学生实际动手操作能力和分析问题解决问题能力。通过工程测量实习，使学生进一步加强对工程测量内容的理解，掌握工程控制网设计及精度估算、线路工程测量及建筑物控制网建立的方法；根据具体的工程要求，能编写出测量技术方案。二、工程概况已有资料分析1、工程概况如图1所示，某地区大桥位于某条江上,桥梁全长约1000m,桥面总宽18m,结构形式为(30+540+30)m普通钢筋混凝土双悬臂加挂

3、梁结构。桥的横断面由8根变截面T型梁组成。2、已有测绘成果（1）桥址及周边1：500地形图；（2）桥两岸有国家二等水准点各两个；（3）桥两岸有国家三角测量控制点各两个（可满足桥梁控制及施工测量要求）。表1 桥梁两侧控制点坐标 （单位：米）点号XYZA19552.54489490.90730.116B20469.54489735.91940.226C19610.27886863.09935.278D21281.80186679.39543.178图1 桥梁施工控制网设计3、设计依据国家一、二等水准测量规范 GB 12897-2006国家三、四等水准测量规范 GB 12898-2009工程测量规范

4、 GB 50026-20071:500 1:1000 1:2000地形图数字化规范 GB/T 17160-2008国家三角测量规范 GB/T 179422000全球定位系统（GPS）测量规范 GB/T 183142009DZS2自动安平水准仪使用说明书（北京博飞）Leica TC1500用户手册（瑞士徕卡）二、大桥施工设计等级及精度要求桥梁施工平面控制网的建立，应符合下列规定：（1）桥梁施工平面控制网，宜布设成自由网，并根据线路测量控制点定位。（2）控制网可采用GPS 网、三角形网和导线网等形式。（3）控制网的边长，宜为主桥轴线长度的0.5-1.5倍。（4）当控制网跨越江河时，每岸不少于3点，

5、其中轴线上每岸宜布设2点。表2 平面控制测量等级等 级公路路线控制测量桥梁桥位控制测量隧道洞外控制测量二等三角5000m特大桥6000m特长隧道三等三角、导线20005000m特大桥40006000m特长隧道四等三角、导线10002000m特大桥20004000m特长隧道一级小三角、导线高速公路、一级公路5001000m特大桥10002000m中长隧道二级小三角、导线二级及二级以下公路500m大中桥1000m隧道三级导线三级及三级以下公路表3 桥梁施工控制网等级的选择桥长L(m)跨越的宽度l（m）平面控制网的等级高程控制网的等级L5000l1000二等或三等二等2000L5000500l500

6、三等或四等三等500L2000200l500四等或一级四等L500l200一级四等或五等注：1 L 为桥的总长 2 l 为跨越的宽度指桥梁所跨越的江、河、峡谷的宽度。表4 水准测量的主要技术要求等级每千米高差中误差（mm）路线长度（km）水准仪型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地（mm）山地（mm）二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4L三等650DS1因瓦往返各一次往一次12L4nDS3双面往返各一次四等1016DS3双面往返各一次往一次20L6n五等15-DS3双面往返各一次往一次30L-注：1.成带节点的水准网时，节点之间或节点与已知点之间的路线长度，

7、不应大于表中规定的0.7倍。2.L为往返段附合或闭合环的水准路线长度，km。n为测站数。表5 主要测量仪器表序号名称制造单位规格型号标称精度单位数量1全站仪莱卡TC1500及TC802测角2.0、测距（2mm+2ppmD）。套13水准仪苏州DSZ2自动安平水准仪往返1km误差为1.5。台1徕卡NA728自动安平水准仪往返1km误差为1.5。台4铟钢尺苏州及徕卡2m把25塔尺南方测绘5m把27对讲机MOTOROLAGP88s台5及与全站仪配套的对点器、反射镜。三、桥梁施工控制网的布设方案1.桥梁控制网的布设原则有以下六点( 1) 为了使控制网与桥轴线联系起来，应在河流两岸的桥轴线上各设立一个控制

8、点，即将桥轴线作为控制网的一条边，控制点与桥台设计位置不应太远，以方便桥墩台的测设及保证两桥墩台间距离的精度要求。同时，测设桥墩台时，尽量在桥轴线上的控制点上安置仪器进行测量，以减少垂直予桥轴线方向的误差。( 2) 桥梁三角网的边长与河宽有关，一般在0.51.5倍河宽范围内变动。由于三角网边长较短，一般直接丈量三角网的边长作为基线。为了提高三角网韵精度，使其有较多的检核条件，通常丈量两条基线，两岸各设一条。如因地形限制也可将两条基线布设在同一岸上，基线长度一般约等于两桥台间距离(或河宽)的0.7倍。另外，当地形条件许可时，应使基线长度为基线尺长的整数倍，这样可以避免用短尺丈量余长。此外，宜在基

9、线上多设几个节点，埋设标石，便于交会近岸桥墩。以上为用因瓦基线尺丈量基线的情况。如果采用电子全站仪测量，基线的布置就非常灵活。( 3) 根据桥轴线的不同精度要求，确定控制网的测边、测角精度，并进而确定选用合适精度的测量仪器、测回数及读数精度。(4) 对三角网而言，由于平差计算时只改正角度而不改正基线，即基线的误差与角度的误差相比可以忽略不计。所以为了保证桥轴线有足够的精度，基线的精度要比轴线的精度高出23倍。对边角网和测边网而言，由于测定的边长不受角度影响而产生误差积累，测边的精度要求 不象基线要求的那么高，只要相当于桥轴线的精度即可。( 5) 在大型桥梁建设中，由于工期较长，为了保证在施工过

10、程中尺长标准的统一，一般都应在施工现场建立比尺长，以便于及时对测距工具进行检查核准。( 6) 布网时应对桥轴线精度、墩台测设、图形强度、点位保存、施工方便等因素进行综合分析考虑。施工时，由于考虑不周或其他原因，控制点位不能满足测设要求，而不得不对控制网进行加密的情况，在桥梁工程建设中也时有发生。因此，在桥梁控制网布网时，必须充分考虑这些特殊要求。2. 桥梁施工平面控制网的图形常见的有图1 所示的四种, 其中12 为桥轴线。图1( a) 为菱形网, 适合江中有岛时采用；图1( b) 、( c) 为双三角形网和单大地四边形网, 主要用于大、中桥的控制；图1(d)(e)为大地四边形加三角形网和双大地

11、四边形网, 主要用于大桥和特大桥的控制。 2 2 4 2 4 2 4 2 5 3 4 5 3 4 6 7 81 3 1 4 3 1 3 1 5 3 1 6 2(a) (b) (c) (d) (e) (f)大型桥梁总与两岸连接线(引桥)相衔接。鉴于通航的要求，大型桥梁的桥面高远远大于两岸的地面标高。因此，主桥面两端的引桥常长达数百米或数公里。从主桥和引桥放样的一体化考虑，以上网形不满足于施工控制的需求，拟应在桥轴线两端延长线上选两点构成图f所示网形。该控制网基本满足工程施工放样的需要，而且结构强度好，点位精度均匀，可靠性大，便于放样墩台中心及桥梁上部构件，有利于提高控制点精度和放样精度，也能对所

12、达到的桥轴线横向精度作出切合实际的评定3. 桥梁施工控制网布设方法 目前大型桥梁施工控制网的建立方法主要有两种：一种是传统的三角网的方法，另一种是利用GPS技术建立。这两种方法在许多大型工程项目中都得到了成功的应用，但各有特色。传统的三角网建网方法有许多优越性，如：观测量直观可靠，数据处理方法简单，有一整套成熟的建网技术和观测程序，测量精度比较容易控制，工程经验也较多等等。但该方法作业速度比较慢、测量的周期相对较长，人力物力的投入也比较大，在观测上受气象条件影响较大，在成果质量上受人的因素影响较大。所以人员因素和工作效率就成为传统三角网的致命弱点，尤其在当前的市场经济条件下，工程项目周期都比较

13、紧张，留给测量作业的时间更是少之又少，外业测量时间相当紧迫，并且大型桥梁施工控制网都是长距离跨江或跨河，对气象条件要求较高，每天可观测的时间又有限，因此客观上在精度能够满足需要的情况下应该尽量避免使用该方法。利用GPS技术建立控制网，恰恰弥补了常规传统三角网方法建网的不足，在减轻劳动强度、优化设计控制网的几何图形以及降低观测中气象条件的要求等方面具有明显的优势，并且可以在较短时间内以较少人力消耗来完成外业观测工作，观测基本上不受天气条件的限制，内、外业紧密结合，可以迅速提交测量成果。但是并不是所有桥梁工程都可以采用GPS技术建立测量控制网，比如在卫星接受信号较弱的工程或对控制网点位精度有特殊要

14、求的工程就难以采用。4. 桥轴线必要精度桥梁施工中对测量放样精度要求主要体现在相邻桥墩的相对精度要求。目前桥墩放样通常采用全站仪在施工控制点上采用极坐标法直接放出位置，规范要求的桥墩位置允许偏差值可作为桥梁控制网设计精度确定的基础。桥梁施工测量，控制点点位精度必须达到或超过放样所需的精度。由于控制点离墩台位置较远（特别是水中墩），放样又在有施工干扰时进行，不大可能增加测量次数来提高精度。因此，控制点误差对放样所引起的误差来说，应小到可以忽略不计的程度。5. 桥梁施工控制网的优化设计对桥梁施工平面控制网的基本要求是:1、精确性；2、可靠性；3、经济性；4、可检测性。根据这些基本要求, 通常把施工

15、平面控制网的优化设计分成四类设计, 称为零、一、二、三类设计。四类设计是根据参数法平差原理, 以哪些作为已知参数, 以哪些作为未知参数来划分的。上式中与精度估算有关的参数为A、(或)、（或）,A 为图形矩阵, 决定于设计网形。为观测值的权矩阵, 决定于观测纲要。为未知数的协因数阵, 如果把作为已知参数, 则（或）称为准则矩阵, 即控制网所预定的全面的精度要求, 一般情况下对控制网的精度要求仅限于准则矩阵中的主要元素, 称为纯量精度标准, 这些标准有:A标准-以的迹为最小:D标准一以的行列式值为最小；E标准一以的最大特征值为最小。零类设计（ZOD）为基准设计，是在网形与观测精度一定的情况下，坐标

16、系和基准（已知点、已知方位角）的选取和确定问题。坐标向量协因数阵与网的基准有关。网的优化设计是一个迭代求解过程，它包括以下内容：（1）提出设计任务；（2）制定设计方案；（3）进行方案评价；（4）进行方案优化。设计任务由测量人员与应用单位共同拟订。通常是后者提出要求，测量人员将这些要求具体化。每一个优化任务指标都必须表示为数值上的要求。例如对于控制大面积的测图控制网，需提出单位面积上应布设的控制点点数和最弱点，最弱边的精度；而对于施工控制网和变形监测网，通常要求在某些方向上具有较高的精度，而点的分布则需根据工程要求和地质、通视等条件来考虑。设计方案包括网的图形和观测方案，观测方案系指每个点上所有

17、可能的观测，它是通过室内设计和野外踏勘制定的，制定时需要考虑参加的人员、使用的仪器以及测量的时间，需做经济核算，总经费不能超过与业主单位所达成的总经费。网的方案评价按精度和可靠性准则进行，还应考虑费用和灵敏度。对于经费较高的网应从多方面进行评价。方案优化主要是对网的设计进行修改，以期得到一个接近理想的优化四、 桥梁施工控制网的建立1. 首级平面控制网优化设计在测站数及测角，量边精度等其他条件不变的情况下，改变01,02,03,04,05,06未知控内业数据处理成果及精度网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个4平面未知点数个6方向观测设站数站18方向观测总数个26边长观测数条17最大边长

18、m1590.2533D4最小边长m988.405723验后平面单位权中误差1.233验后测角中误差2.562最大平面点位中误差mm3.75点名：3最大平面相邻点间误差mm4.59A1最大方位角误差3.1865最大边长误差mm2.65A1最大边长比例误差1/641056E高程已知点数个4高程未知点数个6高差观测数段26验后高程单位权中误差mm0.0118最大高程中误差mm3.10点名：2最大高程相邻点间误差mm2.86E5导线段闭合差序号观测角度数Wa( )Wx( mm )Wy( mm )Ws( mm )总边长( m )1/T195.70-5.64-1.535.841929.4811/29-6.

19、80-6.82-7.139.871737.3601/3111.101.032.252.471965.8341/410-0.604.8613.1314.002002.7681/控制点成果表点名坐标高程( m )备注X( m )Y( m )A.8110.8480309.1200B.7040.9120318.2360D.0390.5720321.7540E.5490.0240327.09901.3649.1869322.15722.4053.7185312.03373.3735.8654314.75864.4324.3040309.22465.9773.0980324.68706.7991.9232

20、328.5887方向平差成果表测站照准点方向观测值(。 )方向改正数()方向平差值(。 )方位角(。 )方位角中误差()AB 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00170 28 49.890.00A1193 48 18.70+4.53193 48 23.23 4 17 13.121.72A4264 09 49.30+0.89264 09 50.19 74 38 40.081.7221 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00224 06 26.101.9923219 03 37.40+0.37219 03 37.77 83 10 03.871.9932 0 00 00

21、.00+0.00 0 00 00.00263 10 03.871.9934199 08 06.40-0.71199 08 05.69102 18 09.571.8243 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00282 18 09.571.8245163 13 54.50-1.00163 13 53.50 85 32 03.061.6743242 40 15.30-0.60242 40 14.70164 58 24.261.8354 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00265 32 03.061.6756177 09 38.40-1.09177 09 37.31 82

22、 41 40.371.91BA 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00350 28 49.890.00B5123 23 10.60+3.20123 23 13.80113 52 03.691.763B 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00293 52 03.691.7665 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00262 41 40.371.9164226 30 35.20-1.32226 30 33.88129 12 14.262.0946 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00309 12 14.262.096E228 24 12.1

23、0-0.05228 24 12.05177 36 26.302.03E6 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00357 36 26.302.03ED165 44 05.20+1.57165 44 06.77163 20 33.070.00DE 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00343 20 33.070.00D6221 12 27.30-0.21221 12 27.09204 33 00.161.84D5303 36 03.10+0.01303 36 03.11286 56 36.181.826D 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00 24 33

24、 00.161.843A 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00254 38 40.081.723B213 58 48.10-1.51213 58 46.59108 37 26.671.71B3 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00288 37 26.671.716D211 34 15.20-0.64211 34 14.56106 56 36.181.8212 0 00 00.00+0.00 0 00 00.00 44 06 26.101.991A140 10 49.40-2.38140 10 47.02184 17 13.121.72边长平差成果表起点名终点名边

25、长观测值(m)边长改正数(mm)边长平差值(m)边长中误差(mm)边长相对中误差A11290.2540-0.751290.25332.651/ 11万A21208.4630+1.841208.46482.291/91000211195.3750+0.781195.37582.431/80477231200.6140+1.851200.61582.411/83240321200.6140+1.851200.61582.411/83240341192.5670+2.051192.56912.411/79967431192.5670+2.051192.56912.411/79967451283.29

26、65+2.271283.29882.501/ 11万541283.2965+2.271283.29882.501/ 11万561219.6640+2.041219.66602.401/91445B31231.1320-0.301231.13172.431/950723B1231.1320-0.301231.13172.431/95072541197.8020+0.811197.80282.371/83443651219.6640+2.041219.66602.401/91445641185.7140+1.471185.71552.411/77134461185.7140+1.471185.71

27、552.411/77134EE1155.0735+0.031155.07352.421/64105E61155.0735+0.031155.07352.421/64105D51181.4250-0.991181.42402.421/74984D61186.8760+1.851186.87782.301/814144D181.4250-0.99181.42402.421/749843A1208.4630+1.841208.46482.291/91000351516.4450+1.371516.44642.291/94512531597.2160+1.681597.21772.261/873384

28、D1186.8760+1.851186.87782.301/81414121195.3750+0.781195.37582.431/804771B1290.2540-0.751290.25332.651/ 11万高差平差成果表起点名终点名高差观测值(m)高差改正数(mm)高差平差值(m)A1+3.2316+3.65+3.2352A2+8.3082-0.09+8.308121-3.9215-1.65-3.923223-4.2465+1.74-4.244832+4.2465-1.74+4.244834+2.7233+1.60+2.725043-2.7233-1.60-2.725045-5.5341

29、+0.02-5.534054-3.3620+1.69-3.360456+5.5341-0.02+5.534065+12.9326+0.01+12.9326B2+3.8720+0.08+3.87212B-3.8720-0.08-3.8721B1+6.3035+0.07+6.30361B-6.3035-0.07-6.303665-12.9326-0.01-12.932664+2.5298+0.01+2.529846-2.5298-0.01-2.52986E-2.9330+0.00-2.9330E6+2.9330-0.00+2.9330D4-1.8613-0.42-1.8618D5+1.1752-1

30、.04+1.17426D+1.8613+0.42+1.86185D-1.1752+1.04-1.174212+3.9215+1.65+3.92321A-3.2316-3.65-3.2352点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度 分)D3.203.174.503.462.88 43 132.81B2.882.924.103.072.72132 152.53E3.293.434.753.483.23117 413.08A3.272.974.423.292.95166 112.8253.193.124.463.193.11167

31、 042.9912.411.542.862.431.51170 271.7533.203.374.653.373.19101 083.0443.142.844.233.162.82165 352.7322.902.914.112.962.85133 312.8463.083.384.583.413.05 73 073.10点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度 分)A12.652.413.592.692.37 25 132.86A22.291.742.882.301.73 82 332.15212.431.88

32、3.072.431.88 43 402.14232.411.943.092.421.92 73 002.19342.411.702.952.411.70 98 502.12452.502.293.392.502.29 80 042.80562.402.033.152.451.98101 192.355C2.421.532.862.431.51170 271.75D42.421.622.912.421.62 23 072.00D52.301.652.822.301.64105 111.97E52.522.163.322.592.07 27 542.35E42.291.792.912.301.77

33、 98 322.20A32.271.492.712.281.47105 131.77B32.251.452.682.261.44 82 511.68463.253.875.053.873.24 51 103.39（6）通过以上内业计算得到桥轴线两端点3,5的坐标：点名XY高程3.3735.8654314.75865.9773.0980324.6780五、高程控制网优化设计高程控制网作用：统一本桥高程基准面；在桥址附近设立基本高程控制点和施工高程控制点，以满足施工中高程放样和监测桥梁墩台垂直变形的需要。 建立高程控制网方法： 水准测量，三角高程测量，GPS水准测量。注：1.各水准点应沿桥轴线两侧

34、以400m左右的间距均匀布设，并构成连续水准环。水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接。 2.从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法。（3）为了更好地消除仪器角的误差影响和折光影响，最好用两架同型号的仪器在两岸同时进行观测。传统跨河方法的场地一般布设成平行四边形、等腰梯形或大地四边形，GPS跨河法的应布设为直线型。跨河场地的布设中需要充分考虑有利于减弱大气折光、电磁场及其他障

35、碍物对测量精度的影响，并主要到不同方法对选点的特殊要求。1）应尽量避免顺光、逆光观测，选择背景开阔、亮度适中、周围无发热源的地方设置立尺点。2）必须保证观测视线距离水面及其他地面障碍物的高度，尽可能选在地势较高处进行跨河测量。3）应选择土质坚固的地面或基础稳定的水泥地设置仪器和标尺，保证观测期间仪器和标尺的稳定性。立尺点标志须稳固可靠，当仪器安置在土质地面时，应加设仪器脚桩。4）桥梁工程跨河水准测量应采用双线观测，并通过岸上水准联测形成跨河水准闭合环，以确保跨河水准测量成果的精度及可靠性。2观测与计算跨河水准观测作业前应按规范要求进行觇牌或标灯的设计制作、仪器检校，观测过程中必须严格遵守操作规

36、程，采取有效措施，如选择有利观测时间、两岸远标尺同步观测(必须严格执行)、仪器标尺正确安置、觇牌准确对位并无滑移、尽可能地缩短一测回观测时间等等，以提高测量精度。观测成果应按规定要求进行限差验算和成果取舍，并评定测量精度。2.倾针螺旋法 当跨越障碍的距离很大（500m以上甚至12km）时，光学测微器法的照准和读数精度就会受到限制，在这种情况下，必须采用其他方法来解决向对岸水准标尺的照准和读数问题。目前所采用的是“倾斜螺旋法”。图2 图3 所谓倾斜螺旋法，就是用水准仪的倾斜螺旋使视线倾斜地照准对岸水准标尺（一般叫远尺）上特制觇板的标志线（用于倾斜螺旋法的觇板上有4条标志线），利用视线的倾角和标志

37、线之间的已知距离来间接求出水平视线在对岸水准标尺上的精确读数。视线的倾角可用倾斜螺旋分划鼓的转动格数（指倾斜螺旋有分划鼓的仪器，如N3精密水准仪）或用水准器气泡偏离中央位置的格数（指水准器管面上有分划的仪器，如Ni 004精密水准仪）来确定。 用于倾斜螺旋法的觇板，一般有4条标志线或两条标志线，觇板中央也有小窗口和觇板指标线，借觇板指标线可以读取水准标尺上的读数，如图2、图3所示。 根据实验，当仪器距水准标尺为25m时，水准尺分划线宽以取1mm为宜。仿此，如果跨河宽度为，则觇板标志线的宽度 （11-1） 觇板上、下相距最远的两条标志线，也就是标志线1、4的中线之间的距离，以倾斜螺旋转动一周的范

38、围（对N3水准仪而言约为100)或不大于气泡由水准管一端移至另一端的范围（对Ni 004水准仪而言约为110)为准，一般取80左右，故 （11-2）式中，为跨河距离。在图5-28中，觇板的2、3标志线可适当的对称安排。觇板的宽度一般取/5，跨河距离以m为单位，觇板宽度的单位为mm。 倾斜螺旋法的基本原理是：通过观测对岸水准标尺上觇板的4条标志线，并根据倾斜螺旋的分划值来确定标志线之间所张的夹角，然后通过计算的方法求得相当于水平视线在对岸水准标尺上的读数，而本岸水平视线在水准标尺上的读数可用一般的方法读取。 设在本岸水准标尺上的读数为，对岸水准标尺上相当于水平视线的读数为，则两岸立尺点间的高差为（-）。 为了求得值，在远尺上安置觇板，以便对岸仪器照准，