铁路客运专线长大桥梁的施工测量控制.docx
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铁路客运专线长大桥梁的施工测量控制
铁路客运专线特大桥梁的施工测量
1概述
本文以郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥DK376+970~DK391+500段14.53km桥梁的施工测量为例进行阐述。
1.1工程简介
郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥东起新华山车站,西至新临潼车站,全长近80km。
DK376+970~DK391+500段为其中一部分。
该段位于山冲积扇区,四周地形起伏不大,南高北低,跨径为:
32m、24m简支箱梁和2处(32+48+32)m连续梁。
圆端型桥墩、矩形桥墩,高5-11.5m。
二阶承台,分别为2.5m、1.0m。
C30钻孔桩基础,桩长47-59m,桩径1.25m,每个桥墩8根桩,梅花形布置,连续梁两个桥墩和两个桥台9根桩,KTPZ系列盆式支座。
连续梁箱梁采用无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁(双线);其余采用无碴轨道混凝土简支箱梁。
本段经行于渭河冲击平原东南部,南倚秦岭,北临黄河及其支流渭河,总体地势由南向北呈阶梯状降低,西略高于东。
线路经过地区大致可分为三个地貌单元:
黄土台塬区、山前(塬前)洪积扇区、河流冲击平原区。
这些地貌单元总体上呈东西向延伸,南北向交替、条带状展布。
本区属暖温带半湿润大陆性季风气候。
四季分明,春秋适宜,夏热多雨,冬寒干燥。
年平均气温13.2℃~13.7℃,最冷月平均气温-1.2℃~-0.5℃,最热月平均气温26.1℃~27.3℃,极端最高气温43.0℃,极端最低气温-19.4℃,年平均降水量500.5~608.9mm,年最大蒸发量1337.8~1872.6mm,最大冻结深度0.28m。
主要技术指标:
设计活载:
“ZK活载”,设计洪水频率:
1∕100,正线数目:
一次双线,速度目标值:
350㎞∕h,线间距:
d=5.0m,本桥位于R=10000m和8000m的曲线计直线上
2施工测量
2.1施工控制测量
2.1.1要素控制
影响测量精度质量的因素主要有人员、器具、方法、操作和程序管理等5个方面。
人员要持证上岗,使用经检定和校检的测量器具,测量方法要科学、合理,操作规范,按程序进行管理,对各要素进行预控。
2.1.2准备控制
做好测量前的各项准备,是测量质量的基本保证。
应认真审核设计施工图和有关资料,按选定的测量方法进行内业计算;测量计算做到依据正确,方法科学,计算有序,步步校核,结果可靠;外业观测成果是计算工作的依据,计算成果要经两人独立核算后方可实施;测量前应检校现场控制桩和水准点,保证位置、高程准确;测设前应检校测量仪器和用具。
2.1.3过程控制
要确保测量工作在受控状态下进行。
定位、放线工作须执行经自检、互检合格后,将成果资料送报有关主管部门验线的工作制度。
实测时要做好原始记录。
对测量记录的要求是原始真实,数字正确,内容完整,字体工整。
记录人员应随时校对观测所得数据是否正确。
按企业《过程控制程序》《不合格品的控制程序》和《检验测量和试验设备控制程序》等文件执行。
2.1.4检验控制
检查验收测量成果时应先内业后外业现场,验收的精度应符合规范标准要求。
必须独立验线。
检查验收部位应是关键环节与最薄弱部位。
2.1.5测量使用仪器
序号
名称
规格
数量
备注
1
经纬仪(配三角架,左右移动平台)
T2
各1
精度2
2
全站仪(配三角架)
GTS-311
各1
2mm+2ppm
3
水准仪(配三角架,精密分划板)
NA2GPM3
各1
0.1mm
4
光学对点器(配三角架,带标牌)
GTS-311配套设备
各1
5
磁力表座
2
6
划线针
2
7
冲头
2
8
钢卷尺
5m/50m
4/1
9
记号笔
4
红、黑
10
塔尺
5m
1
2.1.6劳动组织
序号
名称
人数
技术要求
备注
1
工程师
2
2
测量工程师
3
3
辅助工
6
熟练
合计
11
2.2复核测量
在工程的施工过程中,常常涉及到高程测量。
传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。
两种方法虽然各有特色,但都存在着不足。
水准测量是一种直接测高法,测定高差的精度是较高的,但水准测量受地形起伏的限制,外业工作量大,施测速度较慢。
三角高程测量是一种间接测高法,它不受地形起伏的限制,且施测速度较快。
在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用。
但精度较低,且每次测量都得量取仪器高,棱镜高。
麻烦而且增加了误差来源。
关键词:
新三角高程测量法测量
在工程的施工过程中,常常涉及到高程测量。
传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。
两种方法虽然各有特色,但都存在着不足。
水准测量是一种直接测高法,测定高差的精度是较高的,但水准测量受地形起伏的限制,外业工作量大,施测速度较慢。
三角高程测量是一种间接测高法,它不受地形起伏的限制,且施测速度较快。
在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用。
但精度较低,且每次测量都得量取仪器高,棱镜高。
麻烦而且增加了误差来源。
随着全站仪的广泛使用,使用跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越普及,使用传统的三角高程测量方法已经显示出了他的局限性。
经过长期摸索,总结出一种新的方法进行三角高程测量。
这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点,又减少了三角高程的误差来源,同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。
使三角高程测量精度进一步提高,施测速度更快。
2.2.1三角高程测量的传统方法
如图一所示,设A,B为地面上高度不同的两点。
已知A点高程HA,只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。
图 一
图中:
D为A、B两点间的水平距离
а为在A点观测B点时的垂直角
i为测站点的仪器高,t为棱镜高
HA为A点高程,HB为B点高程。
V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差(V=Dtanа)
首先我们假设A,B两点相距不太远,可以将水准面看成水准面,也不考虑大气折光的影响。
为了确定高差hAB,可在A点架设全站仪,在B点竖立跟踪杆,观测垂直角а,并直接量取仪器高i和棱镜高t,若A,B两点间的水平距离为D,则hAB=V+i-t
故 HB=HA+Dtanа+i-t
(1)
这就是三角高程测量的基本公式,但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。
因此,只有当A,B两点间的距离很短时,才比较准确。
当A,B两点距离较远时,就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。
这里不叙述如何进行球差和气差的改正,只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。
我们从传统的三角高程测量方法中我们可以看出,它具备以下两个特点:
1、全站仪必须架设在已知高程点上
2要测出待测点的高程,必须量取仪器高和棱镜高。
2.2.2三角高程测量的新方法
如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点,而不是将它置在已知高程点上,同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下,利用三角高程测量原理测出待测点的高程,那么施测的速度将更快。
如图一,假设B点的高程已知,A点的高程为未知,这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。
首先由
(1)式可知:
HA=HB-(Dtanа+i-t)
(2)
上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外,i,t都是未知的。
但有一点可以确定即仪器一旦置好,i值也将随之不变,同时选取跟踪杆作为反射棱镜,假定t值也固定不变。
从
(2)可知:
HA+i-t=HB-Dtanа=W (3)
由(3)可知,基于上面的假设,HA+i-t在任一测站上也是固定不变的.而且可以计算出它的值W。
这一新方法的操作过程如下:
1、仪器任一置点,但所选点位要求能和已知高程点通视。
2、用仪器照准已知高程点,测出V的值,并算出W的值。
(此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程,仪器高,棱镜高均为任一值。
施测前不必设定。
)
3、将仪器测站点高程重新设定为W,仪器高和棱镜高设为0即可。
4、照准待测点测出其高程。
下面从理论上分析一下这种方法是否正确。
结合
(1),(3)
HB′=W+D′tanа′ (4)
HB′为待测点的高程
W为测站中设定的测站点高程′为测站点到待测点的水平距离
а′为测站点到待测点的观测垂直角
从(4)可知,不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。
将(3)代入(4)可知:
HB′=HA+i-t+D′tanа′ (5)
按三角高程测量原理可知
HB′=W+D′tanа′+i′-t′ (6)
将(3)代入(6)可知:
HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′(7)
这里i′,t′为0,所以:
HB′=HA+i-t+D′tanа′ (8)
由(5),(8)可知,两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。
也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。
综上所述:
将全站仪任一置点,同时不量取仪器高,棱镜高。
仍然可以测出待测点的高程。
测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高,因为它减少了误差来源。
整个过程不必用钢尺量取仪器高,棱镜高,也就减少了这方面造成的误差。
同时需要指出的是,在实际测量中,棱镜高还可以根据实际情况改变,只要记录下相对于初值t增大或减小的数值,就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程。
2.2.3设计资料
设计院交桩资料中交了五个交点坐标、四个C级控制网点、十一个水准基点及三条曲线的半径、转角、缓和曲线长,其他曲线要素及坐标均由施工单位根据交桩资料推算得出,数据见附表1、附表2及附表3。
附表1直线、曲线及转角表
工程名称:
郑西客运专线ZXZQ05标
测量单位:
中铁二十三局第二项目部
日期:
2006.09.06
交点
名
交点桩号
转角及第
半径Rs
切线长T1
ZH桩号
HY或ZY桩
QZ或HH桩
YH或YZ桩
HZ桩号
间距、直段
及坐标
一二缓长
R、Re
T2及全长
及坐标
号及坐标
号及坐标
号及坐标
及坐标
长与方位
JD8H
K373+699.122
2448.762
3824233.396
410.552
493949.4972
2483000.9
JD9
K376+147.884
244301.7
2038.210
K374+109.674
K374+679.674
K376+120.257
K377+560.839
K378+130.839
3851.136
3823335.931
570.000
8000
2038.210
3824082.9297
3823880.3499
3823525.0105
3823425.0950
3823450.3245
450.658
491671.122
570.000
4021.165
493567.5116
493034.7595
491640.6969
490205.5338
489636.1246
2731302.6
JD10
K379+943.766
-130518.7
1362.269
K378+581.497
K379+011.497
K379+938.687
K380+865.878
K381+295.878
6616.027
3823552.074
430.000
10000
1362.269
3823475.6174
3823496.6731
3823485.8240
3823389.2130
3823318.5361
4563.675
487826.056
430.000
2714.381
489186.1774
488756.7020
487829.9071
486908.0976
486483.9548
2600743.9
JD11
K386+549.637
52622.5
690.084
K385+859.553
K386+289.553
K386+549.246
K386+808.940
K387+238.940
7273.330
3822417.868
430.000
10000
690.084
3822536.1712
3822465.4943
3822429.8228
3822400.8426
3822364.5464
6583.246
481307.974
430.000
1379.387
481987.8415
481563.6986
481306.4741
481048.4100
480619.9535
2653406.4
JD12
K393+822.186
3821855.870
474056.389
注:
表中黑体字部分为设计交桩资料,其他为施工单位推算数据。
2.2.4复核采用仪器及观测条件
导线复测观测仪器:
渭南渭河特大桥DK376+970~DK391+500段导线复测采用索佳SET230RK、尼康DTM550全站仪进行,精度均为2″级。
附表2水准基点表
工程名称:
郑西客运专线新XX1标段
水准点号
高程(m)
位置
水准点位置描述及材料
附注
里程
距中线(m)
左
右
DBM218
351.205
DK375+131
136.0
台头村路边
新设
DBM219
344.928
DK376+995
138.0
方山河河堤坡脚高压线下
新设
DBM220
339.795
DK378+356
144.0
南关村东丁字口路边
新设
DBM221
348.179
DK379+636
82.0
田边小路
新设
DBM222
347.575
DK381+230
64.0
水泥路东侧
新设
DBM223
340.545
DK383+366
220.0
谭头堡路边
=BM28BM33C12
DBM224
340.353
DK385+768
194.0
水城通里仁路东侧距围墙5m
=DBM224
DBM225
339.571
DK387+100
32.0
县道319五公里铺至庄头拐角处
新设
DBM226
338.682
DK388+830
6.0
杨村东端小路北侧
=DBM226
DBM227
339.944
DK390+756
206.0
县级公路边距房角4m
=BM217BM38GPS38
IDBM228
343.906
DIK392+890000
100
宜合堡村村边拐角上
新设
附表3C级网控制点表
工程名称:
郑西客运专线ZXZQ05标段
点号
X坐标
Y坐标
GPS037
3822847.045
476936.671
GPS038
3822298.451
477093.968
C11
3823375.764
484727.495
C12
3823179.986
484406.751
SET230RK全站仪测距部分:
补偿器补偿范围均为>3′00″,视准轴误差测定c=-0.92″,竖盘指标差测定i=-0.33″,一测回水平方向标准偏差±0.50″;测角部分:
周期误差振幅A=0.18mm,周期误差初相角φ=144°15′27″,加常数C=0.94mm,乘常数R=-6.49mm/km,固定误差a=1.08mm,比例误差b=0.16mm/km。
尼康DTM550全站仪测距部分:
补偿器补偿范围均为>3′27″,视准轴误差测定c=0.88″,竖盘指标差测定i=5.86″,一测回水平方向标准偏差±0.20″;测角部分:
周期误差振幅A=0.47mm,周期误差初相角φ=178.68°,加常数C=-0.40mm,乘常数R=-6.90mm/km,固定误差a=1.31mm,比例误差b=0.81mm/km。
高程复测观测仪器:
索佳C32Ⅱ、C30Ⅱ自动安平水准仪,C32Ⅱ望远镜视准线安平精度0.28″、调焦运行误差0.2mm、自动安平补偿误差0.1″;C30Ⅱ望远镜视准线安平精度0.07″、调焦运行误差0.3mm、自动安平补偿误差0.4″。
观测条件:
①要求在晴天、无雾、无雨、风力小于四级的情况下进行测量作业;
②平角观测宜在日间进行,且要求通视条件良好呈像清晰稳定,避免日晒仪器。
③在测量过程中注意查看气泡居中情况,如在观测过程中发现气泡偏离中心时应随时校正使之居中后继续进行。
2.2.5复测方法及结果
导线复测按四等导线进行,每一站点要求观测六个测回,测角中误差限差为2.5″、半测回归零差限差为8″、2C较差限差13″、同一方向各测回间较差限差9″、测距中误差5mm、测角中误差2.5″、相邻点位坐标中误差10mm、导线全长相对中误差1/40000、方位角闭合差限差±5√n(导线环或导线段的测角中误差应按下式mβ=√[1/N(fβ2/n)]计算,其中fβ为导线环或导线段的角度闭合差、N为导线环或导线段的个数)。
高程复测按四等水准进行,测量精度为:
每千米水准测量偶然中误差M△≤5.0mm、每千米水准测量全中误差MW≤10.0mm、检测已测段高差之差30√L、往返测不符值20√L、附合路线或环线闭合差20√L、左右路线高差不符值14√L。
郑西铁路客运专线采用《客运专线测量暂行规定》作为测量作业的依据。
在控制测量结果处理中,由于采用《道路测设大师》软件进行严密平差,这里不详细介绍误差的计算过程及计算公式。
比较结果见下表。
渭南渭河特大桥DK376+970~DK391+500段导线点
平差后与设计提供导线加密网比较结果
导线点
坐标比较结果
导线点
坐标比较结果
⊿x
⊿y
⊿x
⊿y
2D1
-13mm
-17mm
2D23
mm
mm
2D2
-7mm
-21mm
2D24
-1mm
+20mm
2D3
+10mm
-15mm
2D25
-3mm
+16mm
2D4
+8mm
-6mm
2D26
0mm
+12mm
2D5
+16mm
-1mm
2D27
-1mm
+8mm
2D6
mm
2D28
+4mm
-1mm
2D7
+11mm
+3mm
2D29
+19mm
-8mm
2D8
+9mm
+4mm
2D30
+21mm
+3mm
2D9
+22mm
0mm
2D31
+28mm
-7mm
2D10
mm
2D32
mm
mm
2D11
+21mm
-5mm
2D33
mm
mm
2D12
+16mm
+5mm
2D34
-6mm
-11mm
2D13
+19mm
-7mm
2D35
-22mm
-5mm
2D14
+9mm
-7mm
2D36
-10mm
-5mm
2D15
mm
-1mm
2D37
-10mm
-7mm
2D16
-4mm
+1mm
2D38
-7mm
-10mm
2D17
mm
mm
2D39
+8mm
-11mm
2D18
0mm
mm
2D40
+11mm
-13mm
2D19
-11mm
+4mm
2D41
-7mm
-6mm
2D20
+1mm
-2mm
2D42
+2mm
-5mm
2D21
mm
mm
2D43
+3mm
+6mm
2D22
备注:
表中数值为实测值与设计提供值之差.
2.3控制测量
2.3.1控制点选择
按图对施工线路进行探查,熟悉沿线的地形地貌,然后在图纸上进行导线选线工作,选点工作完毕后进行现场核对、优化,使导线的线形及刚度符合测规要求。
2.3.2控制桩埋设
由于郑西铁路客运专线渭南渭河特大桥地处湿陷性黄土地段内,稳定性相对较差,对控制桩的稳定性要求很高,据调查渭南地区的冻结深度为0.3m,受其影响的最小深度为1.2m,故郑西客运专线所埋控制点的最小深度为1.5m。
要求挖上口直径为0.4m、下口直径为0.7m的锥形圆柱体基坑,在其中心处用长1.8mφ20螺纹钢筋,打入基坑底0.35m后用C30砼现浇,要求砼表面与钢筋顶面平齐,将砼表面抹平并在表面该出该点点号,待砼收缩完毕后用红油漆涂满点号的凹槽,以便于测量中认点,避免出现记录点号错误,砼收缩完毕后钢筋将露出砼表面1cm,在钢筋顶面用钢锯锯出3mm深的十字线。
2.3.3测设方法
分段测设,分段平差,每段距离2~4km,施工范围内共分7段。
现场以GPS037-GPS038为起始边,以C11-C12为终边,做四等导线控制测量。
作业结束后,对数据采用《道路测设大师》软件进行严密平差,平差结果符合四等导线测设要求,部分结果见下表。
导线严密平差计算表
(一)
名称:
郑西铁路客运专线ZXZQ05标段二公司管内导线平差第一段等级:
一级
点名
观测角度
(°'")
角度改正
(")
方位角
(°'")
边长观测
值(m)
边长改正
数(mm)
边长平差
值(m)
坐标
X(m)
Y(m)
GPS37
3822847.045
476936.671
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备注
角度闭和差Wa=-17.37"<10√7=26.45"
W
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