工程测量技术与经验

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1、工程测量技术与经验,2008.12,皮高华,一、座标系统 二、地下洞室工程测量 三、目前运用于工程测量的新设备 四、铁路客运专线精密工程测量技术及其应用,第一节 地球体的有关概念,测量在地球上进行，必须了解有关地球体的概念 一、地球体的有关概念 二、参考椭球体的参数,一、地球体的有关概念,1垂线：重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。 (万有引力与离心力) 2水准面：某一时刻处于没有风浪的海洋水面，称为水准面。理想化的静止曲面。 3大地水准面：没有风浪没有潮汐的平均海水面就称为大地水准面。,4大地体：大地水准面包围的曲面形体称为大地体。 水准面、大地水准面不规则。大地体不规则。 5参考椭球体：,二

2、、参考椭球体的参数,11980年以后IAG-75参数: R=6378140米，=1/298.257，推算值 b=6356755.288米。 陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点，进行了大地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使用的“1980年国家大地坐标系”。 21954年北京坐标系参数: 前苏联克拉索夫斯基参数， R=6378245米， =1/298.3， 推算值b=6356863.019米。 3平均参数: R=6371000米。,第二节 坐标系统的概念,一、大地坐标系统 二、高斯平面直角坐标系统 三、独立平面直角坐标系,一、大地坐标系统,大地坐标系统是以参考椭球体面为基准面的球面坐标系

3、， 通常以大地经度和大地纬度表示， 简称经度(L)，纬度(B)。L、 B或称为大地坐标。 B: 293345.8036 L: 1195128.7441,二、高斯平面直角坐标系统,大地坐标表示地面点的球面坐标，工程设计上需要点位平面位置。工程建设在地球曲面上完成，工程设计均在平面上进行。“平面”与“曲面”必然有矛盾。高斯平面直角坐标系是一种应用广泛的坐标系统，可以解决这类问题。1.高斯投影的几何意义： 1)沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。 2)假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。 3)地球表面投影到横椭圆柱面上。 4) 展开成高斯平面。,沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午

4、线(经线)和分带。,按经差L分带 边缘子午线 中央子午线,假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上,地球表面投影到横椭圆柱面上,地球的投影 红线是投影线取出地球的投影-剪开-压平后,2.高斯平面的特点,1)投影后的中央子午线NBS是直线，长度不变。 2)投影后的赤道ABC是直线，保持ABCNBS。 3)离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线，离中央子午线越远，弧线的曲率越大，说明离中央子午线越远投影变形越大。,3.高斯平面直角坐标系的建立,建立规则: X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向； Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向； 原点，即中央子午线与赤道交点用O表示； 四象限按顺时针顺

5、序、排列,高斯平面直角坐标表示地面点位置,如x=2433586.693m， y=38514366.157m。 表示的意义: (1)表示点在高斯平面上至赤道的距离;2433586.693m (2)包括有投影带的带号、附加值500km和实际坐标Y三个参数，即y=带号N(或n)+500km+Yp 38 +500 + 14366.157m,全球高斯投影带 高斯投影根据 逐带连续进行，全球连续 逐带高斯投影展开成如下图的高斯平面。,L=6六度带中央子午线经度 Lo=6N-3 (1-3) L=3三度带中央子午线经度 Lo=3n (1-4),投影带的中央子午线与编号,L=6六度带中央子午线经度Lo=6N-3

6、 (1-3) L=3三度带中央子午线经度Lo=3n (1-4) 我国在大地坐标系中的经度位置74135 六度带编号N在我国:在1323之间。 三度带编号n在我国:在2545之间。,三、独立平面直角坐标系,独立平面直角坐标系建立没有高斯平面直角坐标系那样严格的规则，主要表现在:1.坐标系X轴所在的中央子午线的经度不一定满足式(1-3)、式(1-4)，可按不同要求采用其他的经度，具有一定的随意性；2.坐标轴X轴的正方向不一定指向北极，可根据工作需要自行确定，具有某种实用性；3.坐标系原点不一定设在赤道上，一般设在有利于工作的范围内，具有相应的区域性。,测量平面坐标系与数学坐标系,数学上的三角公式适

7、用于测量平面坐标系x=scos (1-6) y=ssin (1-7),第三节 高程系统的概念,一、高程系统的一般概念 二、实际应用中的地面点高程的概念,一、高程系统的一般概念,地面点高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。 大地高系统：以参考椭球体面为基准面的高程系统。大地高，表示地面点到参考椭球体面的垂直距离。 正高系统：以大地水准面为基准面的高程系统。正高，表示地面点到大地水准面的垂直距离。 正常高系统：以似大地水准面为基准面的高程系统。正常高，表示地面点到似大地水准面的垂直距离。 大地高、正高、正常高三者关系由差距hm、hm参数联系起来。在要求不高时，往往忽略hm、hm参数，不再有大地高

8、、正高、正常高的区别。,二、实际应用中的地面点高程的概念,绝对高程：地面点沿其垂线到似大地水准面的垂直距离。 相对高程：地面点沿其垂线到假定的似大地水准面的垂直距离。 高差：二个地面点的高程之差，用h表示。,第四节 地面点定位的概念,一、地面点定位的技术过程 二、地面点定位元素 三、地面点定位的工作原则,一、技术过程,地面点定位，亦即以某种技术过程确定地面点的位置。 1.测绘。以测量技术手段测定地面点位置并用图象或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为测绘。,2.测设。利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地上，这种技术过程称为测设，或称为工程放样，简称放样。,二、地面点定位元素,角

9、度测量、距离测量、高差测量是地面点定位的测量基本技术工作。 测量得到的角度() 、距离(D) 、高差(h)是地面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元素具有独立性(即某一元素与其它同类元素之间不存在函数关系)和直接可量性(即可利用测量仪器直接测量其大小) ，故称之为直接观测量，或称为直接定位元素。,地面点的定位参数x、y、H不能直接测量得到，但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到，故又称地面点的定位参数x、y、H为间接观测量，或称为间接定位元素。,三、地面点定位的工作原则:,等级原则。等级规定是工程建设中测量技术工作成果质量的标准，是严格科学态度与实际测量技术水平的象征；离

10、开甚至违背技术等级要求的不合格测量工作是不能容许的。 整体原则。整体，指的是测量对象是一个个互相联系的个体所构成的完整测量基地；指的是测定位置参数 不是孤立的，而是从属于工程建设整体对象的参数。 1)从工程建设的全局出发实施定位的技术过程； 2)定位技术过程得到的点位置必须在数学或物理的关系上符合工程建设的整体要求。 控制原则。控制，实际上是等级原则下为工程建设自身提供定位的基准。以控制测量技术建立的基准设施是工程建设的基础，是工程建设中地面点定位的测量保证。 检核原则。 测量成果准确可靠是测量工作以及所涉及的土木工程优质的基础，没有经过检核证明正确的测量成果是不可取的。,地下洞室工程测量,1

11、般规定 1.1地下洞室测量包括下列内容：根据贯通测量设计，建立洞内、外平面与高程控制，进行洞室施工放样，测绘洞室开挖和衬砌断面、计算开挖和填筑工程量等。1.2水工隧洞开挖的极限贯通误差，应符合表8.1.2的规定。当在主斜洞内贯通时，纵向误差按横向误差的要求执行。对于上、下两端相向开挖的竖井，其极限贯通误差不应超过200mm,1.3在进行贯通测量设计时，可取极限误差的1/2，作为贯通面上的贯通中 误差，根据隧洞长度，各项测量中误差的分配，应符合表8.1.3的规定,2洞内控制测量 2.1洞内平面控制测量，一般布设地下导线。地下导线分为基本导线(贯通测 量用)和施工导线(施工放样用)。2.2洞内施工

12、导线点的布设，主要为满足开挖施工中放样的需要，宜50m左 右选埋一点，并每间隔数点与基本导线附合。施工导线必须注意校核，杜绝 错误的发生。2.3洞内各等级光电测距基本导线的技术要求应符合表8.3.3的规定。,3地下洞室施工测量 3.1地下洞室细部放样轮廓点相对于洞轴线的点位中误差，不应大于下列规定：(1)开挖轮廓点50mm(不许欠挖)。(2)混凝土衬砌立模点10mm。 3.2开挖放样以施工导线标定的轴线为依据，直线段用串线法标定洞中心线时，两 吊线的间距不应小于5m，其延伸长度，应小于20m，曲线段应采用全站仪标定中 线。3.3开挖掘进细部放样，应在每次爆破后进行，掌子面上除标定中心和腰线外，

13、 还应画出开挖轮廓线。 3.4地下洞室混凝土衬砌放样，应以贯通后经调整配赋的洞室轴线为依据，在衬 砌断面上标出拱顶、起拱线和边墙的设计位置。立模后应进行检查。3.5随着洞室工程的施工进展，应及时测绘开挖和混凝土衬砌竣工断面。断面测 点相对于洞轴线的点位中误差允许偏差为：(1)开挖竣工断面：50mm。(2)混凝土竣工断面：20mm。3.6隧洞在混凝土衬砌过程中，应根据需要及时在两侧墙上埋设一定数量的铜质 (或不锈钢)永久标志，并测定高程、里程等数据，以备运行期间使用,斜井施工测量1贯通误差 本标段工程主要特征是洞室群的施工，为保证各洞室之间在满足规范的要求 下顺利贯通是测量控制的关键任务。设计的

14、测量方案和采用的控制精度必须 能保证各贯通线路的贯通误差满足表1的要求。贯通限差要求 表1,估算得斜井部分竖向贯通中误差值 横向贯通中误差：Y（Y12+Y22）1/2=32mm40mm 纵向贯通中误差：X（X12+X22）1/2=36mm40mm 竖向贯通中误差：h（h12+h22）1/2=13mm20mm,边角网主要技术要求 表.3-1,2 斜井控制办法 首先在考虑斜井施工测量时，须对斜井特殊布设近井控制点，而且近井控制点 必须纳入基本导线中施测。这样就相当于用为保证贯通而设的洞内第一级控制 基本导线直接放样。斜井贯通后，将在近井点上直接施测贯通误差。 斜井施工方法：通常是先进行导井施工，

15、导井分正导井施工，即至上向下作业； 下导井施工，即从下向上作业。 导井贯通后，再通过导井溜渣，进行斜井扩挖，达到设计尺寸。,2.1 正导井施工测量 2.1.1 正导井近井点的布设 导井布置在斜井断面中部，其中心轴线与斜井中心轴线铅垂面重合。为了便 于放样，正导井近井点布置在导井中心轴线反向延长线上距斜井上部平段 （或弯段）为点位，仪器中心可以尽可能的位于导井中心线上。施测后求得 近井点成果，根据其桩号、高程等数据计算出在实际斜井中的位置关系。 2.1.2 具体实施： 采用全站仪对正导井进行控制。放样时，在近井点架设仪器，后视上一个基本 导线点，水平角转至引水洞设计中心线方向，用正倒镜法于掌子面

16、上放出两点， 坡度符合设计坡度，并标出一条方向线，然后根据该点与方向线在设计导井中 的位置，用钢尺支距法将导井轮廓线放出。 在导井施工15m，安装激光指向仪，在距激光器5m处安装激光觇牌，用激光控 制导井方向。（觇牌为一块菱形铁板，下面焊接一个伸缩管，伸缩管由4钢管 和6钢管组成，可以使觇牌上下调整位置。觇牌固定在激光定向仪前方的岩壁 上，让激光束从觇牌的目标孔穿过，起到定位的作用，目标孔孔径为8mm。） 采用全站仪对导井位置、桩号及高程进行精确的检测，以提前预计贯通形象及 制定贯通计划。,2.2 反导井施工测量 在斜井导井开挖施工过程中，正导井由于受施工条件、方法的制约，一般进尺较 慢。相比

17、较而言，自下而上施工的反导井由于开挖设备先进，工序少等优点，掘 进速度较快。 反导井施工中将采用爬罐提供施工平台。通过在以往的施工实践，我们确立了采 用激光定向仪控制反导井的测量方案，包括爬罐激光指向仪的安装、使用，激光 束的定位、检核，放样，收方等，下面就叙述针对采用爬罐施工的反导井测量控制。 2.2.1反导井近井点的布设 反导井近井点的布置原则仍然是保证精度、便于放样，根据导井中心在各个桩号的 设计坐标来设置。由于爬罐本身的结构，为了便于控制激光，近井点设在下平段与 斜井相交处底板上，准备埋设两点，分别埋在中心线偏左约80cm及中心线偏右 60cm处，各埋设一块铁板，上面作点，同样纳入基本导线进行施测。,