中国矿业大学工程测量课程设计最新版Word格式.docx
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《LeicaTC1500用户手册》(瑞士徕卡)
4等级、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,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
2000~5000m特大桥
4000~6000m特长隧道
四等三角、导线
1000~2000m特大桥
2000~4000m特长隧道
一级小三角、导线
高速公路、一级公路
500~1000m特大桥
1000~2000m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
L>
5000
l>
1000
二等或三等
二等
2000≤L≤5000
500≤l≤500
三等或四等
三等
500<
L<
2000
200<
l<
500
四等或一级
四等
L≤500
l≤200
一级
四等或五等
注:
1L为桥的总长
2l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
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
山地
2
---
DS1
因瓦
往返各一次
4√¯
L
6
≤50
往一次
12√¯
n
DS3
双面
10
≤16
20√¯
6√¯
五等
15
--
30√¯
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,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。
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+2ppm×
D)。
套
3
水准仪
苏州
DSZ2自动安平水准仪
往返1km误差为1.5㎜。
台
徕卡
NA728自动安平水准仪
4
铟钢尺
苏州及徕卡
2m
把
5
塔尺
南方测绘
5m
7
对讲机
MOTOROLA
GP88s
及与全站仪配套的对点器、反射镜。
6桥梁施工控制网的布设方案
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1~2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四边形网,主要用于大桥和特大桥的控制。
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,也能对所达到的桥轴线横向精度作出切合实际的评定。
6.1桥梁施工控制网布设的一般方法
桥梁施工的主要任务之一就是正确测设出桥墩、桥台的位置,而桥轴线长度又是设计与测设墩台位置的依据,因此,保证桥轴线测量的必要精度,有着极为重要的意义。
在干涸、浅水河道上,可以沿桥轴线直接丈量距离来确定桥墩、台中心的位置。
只需要保证相邻桥墩、台的距离满足设计梁架的要求即可,桥轴线总长度的精度并不是决定性的因素。
在深水河道上,两桥台间的距离无法直接丈量,桥梁墩、台中心的位置需用交会法进行测设。
桥轴线长度的误差就直接影响桥墩、台的定位精度。
为了便于桥梁的架设,根据每座桥梁设计的具体情况,应在测量以前予估桥轴线的需要精度,以便合理地拟定测量方法和规定各项测量的限差。
施工阶段测定桥轴线的长度,其精度要求比勘测阶段高,相应的测量方法也有差异。
通常采用的方法有:
全站仪法、三角网法、边角网法、丈量法等。
随着测量仪器的发展,全站仪法、边角网法已经成为主要的方法。
在桥梁边角网中,不一定观测所有的角度(或方向)及边长。
可以在测角网的基础上按需要加测若干条边长;
或者在测边网的基础上加测若干个角度(或方向)。
为了充分发挥测角有利于控制方向(或角度)误差即横向误差;
测边有利于控制尺度误差即纵向误差的优点,大多数桥梁控制网都宜采用边角网法进行平面控制。
6.2桥梁施工控制网布设的特殊要求
桥梁控制网布网时除了考虑有利的网形以及一般工程控制网的基本要求以外,还需注意以下几点:
(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0.5—1.5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2—3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。
6.3桥梁施工控制网布设方法的分析与选择
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求的工程就难以采用。
7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。
参数法平差的数学模型为
上式中与精度估算有关的参数为A、
(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
)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。
设计阶段的划分见表1.
表1工程控制网优化设计的分类
字典
分类
固定参数
待定参数
含义
零类设计(ZOD)
A,P
Qxx
基准设计
一类设计(FOD)
P,Qxx
图形设计
二类设计(SOD)
A,Qxx
P
观测精度设计
三类设计(THOD)
Qxx,部分A和P
部分A和P
已有网的改进
表中Qxx为高斯马尔可夫模型(L,Ax,δ02p-1)中坐标向量的协因数阵
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。
8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。
根据“使控制点误差对放样点位不发生显著影响”的原则,即要求控制点误差影响仅占总误差的十分之一。
就此对控制网的点位精度分析如下:
设M为放样后所得的点位总误差;
为控制点误差所引起的点位误差;
为放样过程中所产生的点位误差;
则M=
将上式展开为级数,并略去高次项,得
使控制点本身误差影响仅占总误差的10%,上式括号中第二项应为0.1,即可得出:
=0.2
两式联立求解,即得:
由以上公式可知,当控制点所引起的误差为总误差的0.4倍时它使放样点的总误差仅增加10%,这一影响可忽略不计。
因此在确定了所需放样点的的总误差后,就可以用(4)式来确定所需施工控制网的精度。
由此可见,当控制点误差所引起的放样误差为总误差的0.4倍时,则控制点误差对放样点位不发生显著影响(仅使总误差增加1/10)。
同理可求知:
。
现在,我们以规范规定的桥墩中心误差为20mm作为确定施工控制网的精度。
根据(4)式有:
M1≈0.4M=0.4×
20mm=8mm
按此计算,对于1400米长的桥梁,三角网沿桥梁轴线方向的基线精度为8mm/1400m=1/175000。
<0.9M=±
18mm。
当然,确定桥梁施工控制网的精度还很多,比如按拼装误差来确定。
为安全起见,可通过对比取其中精度较高的一种作为控制网的精度要求。
在钢梁架设过程中,它的最后长度误差来源于杆件加工装配时的误差和安装支座的误差。
钢桁梁节间长度制造容许误差为±
2mm;
两节间拼装孔距误差为±
0.5mm;
每一节间的制造和拼装误差为
(一般取2mm)
对n节间拼装的一跨或一联桁式钢梁,长度误差包括拼装误差L和支座安装容许误差(7mm)。
本桥由7个节间拼装的桁式钢梁构成一跨或一联。
长度拼装误差△L=
每跨(联)钢梁安装后的容许误差为:
长度拼装误差按规范取为:
±
L/5000
设有20跨,则全长极限误差为:
取1/2极限误差为中误差,则全桥轴线长的相对中误差为:
则全桥轴线长的相对中误差为:
1/175000。
在布设控制网时应对起算点复测,以检查起算点的精度是否满足要求。
有两种情形:
1.满足精度要求:
在此情形下只需在起算点间加密。
2.不满足精度要求:
则只能布置自由网,只使用一个起算点的坐标和两起算点确定的方向。
9首级平面控制网优化设计
9.1首级控制网布设方案一
9.1.1方案概述
如图所示,两个已知控制点:
A,B,C,D,及6个未知控制点:
1,2,3,4,5,6。
布设网形如下图所示:
单击“计算方案”由于全站仪莱卡TC1500及TC802的标称精度为:
角±
2.0″、测±
(2mm+2ppm×
所以在设置计算方案的对话框中的测角中误差应设为2;
测距定权公式中A=2,B=2。
下面是方案概述表:
项目
数据
备注
平面已知点数
个
平面未知点数
方向观测设站数
站
方向观测总数
23
边长观测数
条
18
最大边长
m
1576.331
4-3
最小边长
466.165
1-2
9.1.2优化成果及精度统计表
设计好计算方案后,在软件中设计网形进行计算得到优化成果及网形精度统计表。
网形及精度统计表
最大平面点位中误差
mm
5.19
点名:
最大平面相邻点间误差
6.10
2-5
最大方位角误差
"
1.18
1-3
最大边长误差
3.10
5-3
最大边长比例误差
1/195333
高程已知点数
高程未知点数
高差观测数
段
验后高程单位权中误差
最大高程中误差
1.04
最大高程相邻点间误差
1.21
优化设计模拟控制点成果表
点名
坐标
高程
(m)
X(m)
Y(m)
87354.323
19861.631
88603.685
19793.306
87402.166
20735.784
88716.318
20655.223
86999.686
20287.846
88857.300
20184.445
优化设计模拟数据精度表
测站
照准点
方位角中
误差("
)
边长中误
差(mm)
边长相对
中误差
0.90
3.07
1/29万
1.02
2.49
1/37万
2.92
1/32万
0.88
2.71
1/38万
2.39
1/20万
2.41
0.85
2.58
1/34万
0.80
2.88
1/43万
0.72
2.95
1/52万
1.15
1/22万
0.93
2.53
1/27万
0.61
2.59
1/40万
0.74
2.70
2.48
1.06
0.68
2.99
1/53万
0.84
2.74
0.77
1/42万
点位误差
坐标误差
误差椭圆参数
高程中误
Mx(mm)
My(mm)
M(mm)
A(mm)
B(mm)
F(度分)
2.69
2.91
3.96
3.09
12440
0.95
2.85
4.34
4.58
2.45
6752
3.02
4.22
3.26
2.68
4157
1.03
4.51
9247
3.13
2.52
4.02
17759
0.96
2.35
4.36
4.96
4.43
2.22
7831
0.98
点间误差
起点名
终点名
纵横向误差
高程点间
误差(mm)
纵向(mm)
横向(mm)
3.90
4.55
4.01
2.67
3.58
2.38
13609
1.00
2.82
3.70
2.40
2233
1.01
3.57
4.41
17346
1.08
4.83
5.63
4.84
2.87
8303
1.16
5.33
5.34
2.94
5518
3.08
3.12
3.24
4119
4.11
3.11
14708
1.07
5.21
6.01
5.26
11113
1.19
4.50
2.73
238
4.91
5.81
4.92
8328
9.2首级控制网布设方案二
9.2.1方案概述
在方案一的基础上通过移动未知点坐标,改变观测方案和观测方向个数,得到第二方案,这是在图中设计网形,不知道实际点位是否能设点,实际布设网形应该根据实地情况布设。
布设网形如下图:
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