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摘要: 工程测量对于现代工程建设具有十分重要的作用,文中介绍了工程测量的基本原则,说明了工程测量中应注意的事项。
关键词: 公路; 工程测量; 测量仪器; 曲线测设; 水准测量
工程测量专业技术在现代各项工程建设中起着十分重要的作用,无论哪项工程建设自始至终都离不开测量工作,否则,建设工作将寸难行。依靠测量工作来确定建筑物的正确位置和保证建筑物各部尺寸的准确无误是工程建设中至关重要的问题。
1 工程测量的基本原则
测量就其性质而言可分为测定和测设两大类工作。测定就是用各种测量仪器和工具通过实地测量和计算,以各种测量方法测定地球表面的地物和地貌位置,按一定的比例反缩绘成地形图,供经济建设应用。如铁路、公路勘测阶段的工作是把图纸上设计好的建筑物的平面和高程位置按设计要求标定在地面上,作为施工的依据。测量学从广义上说就是研究如何确定地面点的位置,将地球表面的地形绘制成地形图,以确定地球的形状和大小的科学,按所涉及的范围由大到小有大地测量、普通测量和工程测量等,现主要介绍工程测量。
工程测量是一种小区域、小范围的测定和测设工作,在工程测量中是将小区域的大地水准面看成水平面,地面点垂直投影到这个水平面上,用平面直角坐标表示。而用水平面代替水准面的限度,是半径为10 km 以内的圆面积,因为这样处理,地球曲率对长度的影响才8. 2 mm ,相对误差超过了目前最精密的量距相对误差百万分之一。但地球曲率对高程的影响较大,故在高程测量中,前后视线长度不应超过80 m ,因为在这种情况下,曲率之影响不会超过0. 5 mm ,对三、四等水准测量不受影响。此外三角网和导线网中的基线长度必须换算到隧道和建筑物的平均高程上来,因为对长200 m 的基线而言,标高升高和降低40 m ,长度可以影响1. 2 mm。
工程测量中的平面直角坐标与数学上的不同,其原因主要是经纬仪水平度盘为顺时针刻划,这是符合人们习惯的。测量上的平面直角坐标,是以南北方向为纵轴x ,北为正,南为负,东西方向为横轴y ,东为正,西为负,两轴之交点为原点组成平面直角坐标系,其四个象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是从北东开始顺时针方向编号的。经过这样的变换,数学中的全部三角公式和符号规则,就能直接应用于测量计算中,不需作任何改变。
2 工程测量中的控制测量
测量工作必须遵循“从全体到局部,先控制后碎部”的原则。所以控制测量必须走在桥隧施工放样和地形图的碎部测量之前。无论是用导线网,还是三角网来控制一段线路和一块测区面积,都必须根据国家的“测规”和设计要求的精度来选择控制网的级别,选择测量仪器、工具的种类和测量方法,按照需要的精度和测回数来控制测角量距工作。大型的工程必须有预计误差计划来指导控制和施工测量的全过程。
当前光电测角量距仪器已经大为普及,使工程控制测量工作大为简化,因为测角特别是量距精度无数倍的提高使小型三角网的测设和计算工作失去了意义。如今仅用导线网的形式就能迅速地解决问题,但大型三角网在大地测量中仍然十分必要。
3 公路中定测中线的复测
施工队进场之前必须对中线和水准基点进行复测,以发现和纠正测量错误。按以往定测标准,对桥梁隧道尤其是大型的桥梁隧道的施工精度是保证不了的,故此地段必须建立控制网,校正设计偏角和中心线长度,并调正曲线主要点的位置,形成的断链置于尾部,竣工时再统一里程。
中线复测工作首先是对直线进行串线,选择最远的通视转点用测左(右) 角的方法比用正倒镜直接分中定点法准确,测角之后计算一次性的调正点位至一条直线上来,中间非测角之点可用正倒镜法纠正。第二步工作是复核转角,如有交点,可直接在交点测角,但视线不能太近,应越远越好,否则应建立付交点测角,然后间接算出转角,如与原设计转角之差在1′之内无须调正。第三步是量距,用普通钢尺测量,根据地形可采用不同方法。如钢尺没有检验,其量距相对误差不能超过1/ 2 000 ,与定测长度比较在1/ 2 000～1/ 1 000 之内无需调正。转角距离均超限应调正曲线要素和曲线起终点位置,形成的断链,放在曲线尾,待竣工之日统一里程。这样不致于引
起全线设计中线点位的变动而影响施工。目前设计单位亦用光电仪实施定测,中线仅仅给出主要点和整20 m 桩号之坐标,施工单位必须根据导线用光电仪恢复中线以便施工。复测工作仅仅变为对导线的复测,如果只是误差问题也不必调正。但对大桥和长隧道施工地段亦应进行导线坐标调正。水准基点亦应复核、调正高差。一般按30 L mm( L 为路线长度之公里数) 来控制(等外标准) 。
4 桥梁墩、台的定位
如果导线控制网不是直接利用中线,可以选其就近导线点对数个墩位进行交会,拨角交会应有三个方向,其交会角尽量接近90°,再困难也不小于30°和大于90°。光电仪拨角跟踪测距直接定位,最好也应两个方向进行。如果中线本身就是导线,而且是直线桥,将点位调正到直线上后,可以直接定出墩台中心,然后置镜墩台中心按垂直线路90°方向建立护桩(至少三个) 或光电仪直接定出各墩台之法线护桩。在今后的施工中即使用普通经纬仪进行交会亦是方便的。由于桥位地形复杂,直线、曲线、有水、无水都不一样,要根据地形情况在便于使用、保
证精度的原则下进行墩台定位和护桩设置方法的选择确定。无论怎样,在施工中,对邻近的墩台跨度要经常进行实测。
5 隧道贯通面误差的调正
导峒贯通后,中线偏差可能很小,这并不说明测设的中线完全符合曲线的几何图形。在隧道端导峒中由A 点测量至贯通面B 点,而在另一端导峒中由C′点测量至贯通面B′点,两种情向都重合,似乎贯通方向等于零,但图1 中的ABC′都不是一个完全符合几何图形的曲线,所以仍要进行中线的调正。
在隧道贯通后,不论其中线偏差大小,都要继续沿各自的中线进测一定距离,以便调正出一条较好的中线。但所谓调正是贯通误差在允许范围之内的调正,并不是对错误的调正。另一条原则是只能在未衬砌的地段进行调正,而且还要保持导峒中线基本不变,只能作微小的变动。中线调正的方法很多,要根据贯通面在曲线或直线上的不同位置和误差的大小,在未衬砌的地段,按照不同的方法进行调正。归纳起来不外乎有调正圆曲线长度、曲线头(尾) 的位置、曲线半径,变更缓和曲线长度和几种方法同时配合等。
6 曲线的测设(用普通仪器测设)
曲线的测设有很多方法,不一一赘述,现在只列出一種简单适用的方法,可称之为“偏角后退法”,它与以往的前进偏角法测设方向相反。对一个带缓和曲线的完整曲线来说,要首先从
交点开始,沿两个切线方向定出各自的曲线头尾,即直缓(缓直) 点和缓圆(圆缓) 点在切线上的相应投影点,再拨切线交角之内角平分线,量取外矢距,定出曲中点,再置镜于缓圆,圆缓在切线上的投影点,定出缓圆、圆缓点之位置。曲线五大控制桩既已确立,曲线闭合问题已不存在。此时可以置镜于曲中点,用圆曲线全长偏角的一半的度数对准缓圆或圆缓点,松上盘逐次拨减固定距离之偏角,向仪器方向后退量距定出各中心桩;测设缓和曲线可以置镜于直缓(缓直) 或缓圆(圆缓) 点,以缓和曲线全长之切线偏角对准缓圆(圆缓) 点或直缓(缓直) 点,松上盘,按
预先算好的各桩偏角度数进行拨角,向仪器方向后退量距,定出各中心桩。注意后退拨角时,根据曲线是左弯、右弯等情况,度盘读数也可能是逐渐增大的(如右边为曲线外测) 。所以必须事先计算好度盘读数,再进行实地操作,才能加快速度,避免错误。
7 水准测量问题
凡水准测量(不是指中间点抄平) 必须进行闭合,这应当作为一条法则来执行,很多测量人员自以为是,图省事屡屡铸成大错。水准仪要随时进行校正,测量人员要对误差情况心中有数。操作中,脚尖要踩紧,前后视距长度不应超过80 m ,而且要尽可能相等,这样可以消除视准轴不平行于水准轴和地球曲率带来的误差。操作中,待调焦结束不存在视差时,再调正附合水准气泡(自动安平水准仪待圆水泡居中数秒,十字丝稳定以后) 后立即读数。水准尺左右倾斜由司仪指挥,前后倾斜由立尺者自行掌握,而司仪在镜中瞄准标尺数字,在数字的变动之中选取一个最小读数作为最终读数。因为水准尺处于竖直状态时读数必定最小,所以此读数才是最可靠的。施工测量工作内容很多,而且十分繁琐,而地形条件又千变万化,不同的仪器和工具有不同的测量方法,对不同的建筑物又有不同的精度要求,不存在一种万全的统一模式,要根据《公路路线勘测规程》(J TJ 061 - 85) 要求,按照实际情况,确定测量方法,解决测量问题。
关键词: 公路; 工程测量; 测量仪器; 曲线测设; 水准测量
工程测量专业技术在现代各项工程建设中起着十分重要的作用,无论哪项工程建设自始至终都离不开测量工作,否则,建设工作将寸难行。依靠测量工作来确定建筑物的正确位置和保证建筑物各部尺寸的准确无误是工程建设中至关重要的问题。
1 工程测量的基本原则
测量就其性质而言可分为测定和测设两大类工作。测定就是用各种测量仪器和工具通过实地测量和计算,以各种测量方法测定地球表面的地物和地貌位置,按一定的比例反缩绘成地形图,供经济建设应用。如铁路、公路勘测阶段的工作是把图纸上设计好的建筑物的平面和高程位置按设计要求标定在地面上,作为施工的依据。测量学从广义上说就是研究如何确定地面点的位置,将地球表面的地形绘制成地形图,以确定地球的形状和大小的科学,按所涉及的范围由大到小有大地测量、普通测量和工程测量等,现主要介绍工程测量。
工程测量是一种小区域、小范围的测定和测设工作,在工程测量中是将小区域的大地水准面看成水平面,地面点垂直投影到这个水平面上,用平面直角坐标表示。而用水平面代替水准面的限度,是半径为10 km 以内的圆面积,因为这样处理,地球曲率对长度的影响才8. 2 mm ,相对误差超过了目前最精密的量距相对误差百万分之一。但地球曲率对高程的影响较大,故在高程测量中,前后视线长度不应超过80 m ,因为在这种情况下,曲率之影响不会超过0. 5 mm ,对三、四等水准测量不受影响。此外三角网和导线网中的基线长度必须换算到隧道和建筑物的平均高程上来,因为对长200 m 的基线而言,标高升高和降低40 m ,长度可以影响1. 2 mm。
工程测量中的平面直角坐标与数学上的不同,其原因主要是经纬仪水平度盘为顺时针刻划,这是符合人们习惯的。测量上的平面直角坐标,是以南北方向为纵轴x ,北为正,南为负,东西方向为横轴y ,东为正,西为负,两轴之交点为原点组成平面直角坐标系,其四个象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是从北东开始顺时针方向编号的。经过这样的变换,数学中的全部三角公式和符号规则,就能直接应用于测量计算中,不需作任何改变。
2 工程测量中的控制测量
测量工作必须遵循“从全体到局部,先控制后碎部”的原则。所以控制测量必须走在桥隧施工放样和地形图的碎部测量之前。无论是用导线网,还是三角网来控制一段线路和一块测区面积,都必须根据国家的“测规”和设计要求的精度来选择控制网的级别,选择测量仪器、工具的种类和测量方法,按照需要的精度和测回数来控制测角量距工作。大型的工程必须有预计误差计划来指导控制和施工测量的全过程。
当前光电测角量距仪器已经大为普及,使工程控制测量工作大为简化,因为测角特别是量距精度无数倍的提高使小型三角网的测设和计算工作失去了意义。如今仅用导线网的形式就能迅速地解决问题,但大型三角网在大地测量中仍然十分必要。
3 公路中定测中线的复测
施工队进场之前必须对中线和水准基点进行复测,以发现和纠正测量错误。按以往定测标准,对桥梁隧道尤其是大型的桥梁隧道的施工精度是保证不了的,故此地段必须建立控制网,校正设计偏角和中心线长度,并调正曲线主要点的位置,形成的断链置于尾部,竣工时再统一里程。
中线复测工作首先是对直线进行串线,选择最远的通视转点用测左(右) 角的方法比用正倒镜直接分中定点法准确,测角之后计算一次性的调正点位至一条直线上来,中间非测角之点可用正倒镜法纠正。第二步工作是复核转角,如有交点,可直接在交点测角,但视线不能太近,应越远越好,否则应建立付交点测角,然后间接算出转角,如与原设计转角之差在1′之内无须调正。第三步是量距,用普通钢尺测量,根据地形可采用不同方法。如钢尺没有检验,其量距相对误差不能超过1/ 2 000 ,与定测长度比较在1/ 2 000～1/ 1 000 之内无需调正。转角距离均超限应调正曲线要素和曲线起终点位置,形成的断链,放在曲线尾,待竣工之日统一里程。这样不致于引
起全线设计中线点位的变动而影响施工。目前设计单位亦用光电仪实施定测,中线仅仅给出主要点和整20 m 桩号之坐标,施工单位必须根据导线用光电仪恢复中线以便施工。复测工作仅仅变为对导线的复测,如果只是误差问题也不必调正。但对大桥和长隧道施工地段亦应进行导线坐标调正。水准基点亦应复核、调正高差。一般按30 L mm( L 为路线长度之公里数) 来控制(等外标准) 。
4 桥梁墩、台的定位
如果导线控制网不是直接利用中线,可以选其就近导线点对数个墩位进行交会,拨角交会应有三个方向,其交会角尽量接近90°,再困难也不小于30°和大于90°。光电仪拨角跟踪测距直接定位,最好也应两个方向进行。如果中线本身就是导线,而且是直线桥,将点位调正到直线上后,可以直接定出墩台中心,然后置镜墩台中心按垂直线路90°方向建立护桩(至少三个) 或光电仪直接定出各墩台之法线护桩。在今后的施工中即使用普通经纬仪进行交会亦是方便的。由于桥位地形复杂,直线、曲线、有水、无水都不一样,要根据地形情况在便于使用、保
证精度的原则下进行墩台定位和护桩设置方法的选择确定。无论怎样,在施工中,对邻近的墩台跨度要经常进行实测。
5 隧道贯通面误差的调正
导峒贯通后,中线偏差可能很小,这并不说明测设的中线完全符合曲线的几何图形。在隧道端导峒中由A 点测量至贯通面B 点,而在另一端导峒中由C′点测量至贯通面B′点,两种情向都重合,似乎贯通方向等于零,但图1 中的ABC′都不是一个完全符合几何图形的曲线,所以仍要进行中线的调正。
在隧道贯通后,不论其中线偏差大小,都要继续沿各自的中线进测一定距离,以便调正出一条较好的中线。但所谓调正是贯通误差在允许范围之内的调正,并不是对错误的调正。另一条原则是只能在未衬砌的地段进行调正,而且还要保持导峒中线基本不变,只能作微小的变动。中线调正的方法很多,要根据贯通面在曲线或直线上的不同位置和误差的大小,在未衬砌的地段,按照不同的方法进行调正。归纳起来不外乎有调正圆曲线长度、曲线头(尾) 的位置、曲线半径,变更缓和曲线长度和几种方法同时配合等。
6 曲线的测设(用普通仪器测设)
曲线的测设有很多方法,不一一赘述,现在只列出一種简单适用的方法,可称之为“偏角后退法”,它与以往的前进偏角法测设方向相反。对一个带缓和曲线的完整曲线来说,要首先从
交点开始,沿两个切线方向定出各自的曲线头尾,即直缓(缓直) 点和缓圆(圆缓) 点在切线上的相应投影点,再拨切线交角之内角平分线,量取外矢距,定出曲中点,再置镜于缓圆,圆缓在切线上的投影点,定出缓圆、圆缓点之位置。曲线五大控制桩既已确立,曲线闭合问题已不存在。此时可以置镜于曲中点,用圆曲线全长偏角的一半的度数对准缓圆或圆缓点,松上盘逐次拨减固定距离之偏角,向仪器方向后退量距定出各中心桩;测设缓和曲线可以置镜于直缓(缓直) 或缓圆(圆缓) 点,以缓和曲线全长之切线偏角对准缓圆(圆缓) 点或直缓(缓直) 点,松上盘,按
预先算好的各桩偏角度数进行拨角,向仪器方向后退量距,定出各中心桩。注意后退拨角时,根据曲线是左弯、右弯等情况,度盘读数也可能是逐渐增大的(如右边为曲线外测) 。所以必须事先计算好度盘读数,再进行实地操作,才能加快速度,避免错误。
7 水准测量问题
凡水准测量(不是指中间点抄平) 必须进行闭合,这应当作为一条法则来执行,很多测量人员自以为是,图省事屡屡铸成大错。水准仪要随时进行校正,测量人员要对误差情况心中有数。操作中,脚尖要踩紧,前后视距长度不应超过80 m ,而且要尽可能相等,这样可以消除视准轴不平行于水准轴和地球曲率带来的误差。操作中,待调焦结束不存在视差时,再调正附合水准气泡(自动安平水准仪待圆水泡居中数秒,十字丝稳定以后) 后立即读数。水准尺左右倾斜由司仪指挥,前后倾斜由立尺者自行掌握,而司仪在镜中瞄准标尺数字,在数字的变动之中选取一个最小读数作为最终读数。因为水准尺处于竖直状态时读数必定最小,所以此读数才是最可靠的。施工测量工作内容很多,而且十分繁琐,而地形条件又千变万化,不同的仪器和工具有不同的测量方法,对不同的建筑物又有不同的精度要求,不存在一种万全的统一模式,要根据《公路路线勘测规程》(J TJ 061 - 85) 要求,按照实际情况,确定测量方法,解决测量问题。