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测量方案
1工程概况
北京至霸州铁路地处华北地区的北京市、河北省。
本线途径北京市大兴区和河北省廊坊市广阳区、固安县、永清县和霸州市,线路全长76.58km(不含新机场站),北京市范围33.43km(不含新机场站),河北省范围43.15km。
本标段为新建北京至霸州铁路施工总价承包招标JBSG-5标段,里程范围为DK80+007.56~DK93+032.71,正线长度13.025公里,霸州联络线长度共计28.526km,(主要包括京津上行联络线6.907km,京津下行联络线6.764km,京保上线联络线4.875km(包括新建2.091km),京保下行联络线5.274km(包括新建1.973km),京九联络右线0.858km,京九联络左线2.602km,改粮库专用线1.246km),主要工程内容包括:
拆迁工程、路基、桥梁(含标段内简支箱梁及T梁制架)、明洞、涵洞、无砟及有砟轨道铺设(含道岔)、无砟及有砟道床铺设、综合接地、站场建筑(站台墙、站台面、土建工程、通站道路及站场排水沟)、大型临时设施、配合辅助工程;全线的无缝线路铺轨工程(除黄村疏解外),霸州联络线站前工程等。
2适用范围
本方案适用于新建北京至霸州铁路施工总价承包招标JBSG-5标段,里程范围为DK80+007.56~DK93+032.71,正线长度13.025公里,霸州联络线长度共计28.526km,(主要包括京津上行联络线6.907km,京津下行联络线6.764km,京保上线联络线4.875km(包括新建2.091km),京保下行联络线5.274km(包括新建1.973km),京九联络右线0.858km,京九联络左线2.602km,改粮库专用线1.246km)的复测加密测量及施工控制测量。
3编制依据
(1)由设计院提供的本工程设计文件;
(2)设计院提供《控制点成果文件》;
(3)《国家一、二等水准测量规范》(GB/T12897-2006);
(4)《铁路工程卫星定位测量规范》(TB10054-2010);
(5)《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2009);
(6)《高速铁路工程测量规范》(TB10601-2009)。
4控制网复测人员及仪器准备
4.1人员统计
主要参加人员统计表
序号
姓名
职称
职务
项目分工
1
商科军
工程师
集团公司测量主管
总负责
2
郑永龙
助理工程师
队长
现场负责/GPS操作
3
张亚磊
技术员
测量主管
平面复测总负责/GPS操作
4
李望龙
测量员
组长
电子水准仪操作/GPS操作
5
李树东
助工
水准复测组长
电子水准仪操作/GPS操作
6
魏魏
高级技师
组员
扶尺/GPS操作
7
赵迪
测量员
组员
扶尺/GPS操作
8
时振杰
测量员
组员
扶尺
9
胡小龙
测量员
组员
扶尺
10
周国静
测量员
组员
扶尺
4.2仪器设备
序号
接收机类型
仪器精度
接收机编号
状态
1
天宝R8-4
3mm+0.1ppm
5318436012
检定合格
2
天宝R8-4
3mm+0.1ppm
5318436015
检定合格
3
天宝R8-4
3mm+0.1ppm
5318436035
检定合格
4
天宝R8-4
3mm+0.1ppm
5318436068
检定合格
5
天宝R8-3
3mm+0.1ppm
5108462416
检定合格
6
天宝R8-3
3mm+0.1ppm
5108461834
检定合格
7
天宝DINI03
0.3mm/km
743070
检定合格
8
天宝DINI03
0.3mm/km
743096
检定合格
4.3软件情况
软件名称
用途
备注
LGOV8.4.0.0
GPS基线处理软件
LEICAGPS随机软件
工程测量网通用平差软件包
(CosaGPS6.0)
平面平差
武汉大学测绘学院
科傻水准数据处理软件
高程平差
武汉大学测绘学院
5精密控制网复测及加密
5.1CPI、CPII、施工控制网的复测方法和精度
与原测相同,CPI、CPII和施工控制网均采用GPS测量方法施测,GPS测量的精度及主要技术指标如表1、表2所示。
CPI控制网复测采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网。
CPII控制网复测采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网,并与CPI联测构成附合网。
施工控制网加密采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网,并就近联测CPI或者CPII控制点,且联测的CPI或CPII的距离一般不大于2KM。
表1CPI、CPII控制网GPS测量的精度指标
控制网类型
测量方法
测量等级
基线边方向中误差
最弱边相对中误差
CPI
GPS
二等
≤1.3″
1/180000
CPII
GPS
三等
≤1.7″
1/100000
加密施工控制网
GPS
三等
≤1.7″
1/100000
表2CPI、CPII控制网GPS测量的主要技术指标
控制网类型
固定误差a
比例误差b
基线方位角中误差
约束点间的边长相对中误差
约束平差后最弱边边长相对中误差
CPI
≤5mm
≤1mm/km
1.3″
1/250000
1/180000
CPII
≤5mm
≤1mm/km
1.7″
1/180000
1/100000
加密施工控制网
≤5mm
≤1mm/km
1.7″
1/180000
1/100000
5.2高程控制网的复测方法和精度
与原测相同,线路水准基点控制网施工复测采用水准测量方法施测,检测相邻线路水准基点间的高差,测量等级为二等水准。
水准测量的精度及限差如表3所示。
表3水准测量精度(mm)
水准测量
等级
每千米高差偶然中误差MΔ
每千米高差全中误差MW
限差
测段、路线往返测
高差不符值
附合路线或环线闭合差
检测已测测段高差之差
平原
山区
二等
≤1mm
≤2mm
注:
表中K为测段水准路线长度、Ri为检测测段长度,单位为km,小于1km时按1km计。
n为测段水准测量测站数,当山区水准测量每公里测站数n≥25站以上时,采用测站数计算高差测量限差。
5.3GPS测量作业的基本技术要求
根据规范要求,CPI、CPII、施工控制网施工复测外业测量严格按表4的技术要求执行。
表4GPS测量作业的基本技术要求
等级
项目
二等(CPI)
三等(CPII)
四等(施工控制网)
静态测量
卫星截止高度角(°)
≥15
≥15
≥15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
有效时段长度(min)
≥90
≥60
≥60
观测时段数
≥2
1
1
数据采样间隔(s)
15
15
15
接收机类型
双频
双频
双频
PDOP或GDOP值
≤6
≤8
≤10
5.3.1GPS测量网形设计
与原测相同,CPI、CPII、施工控制网复测均采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网,如图1所示。
图1GPS测量网形示意图
5.3.2GPS观测设站
(1)作业前,光学对点器与基座必须严格检查校准,在作业过程中应经常检查保持正常状态。
设站时,对中误差不大于1mm。
(2)天线安置应严格对中、整平,正确量取至厂商指定的天线参考点高度,并须获得厂商提供的参考点至天线相位中心的改正常数,以便于在随后的数据处理中精确计算天线高。
(3)天线高在每个时段的测前(必须在开机之前)和测后(必须在关机之后)各量取一次,两次量取天线高应在相同的位置。
天线高应从天线的三个不同方向(间隔120°)量取,或用接收机天线专用量高器量取。
每次在三个方向上量取的天线高误差应不大于±2mm,否则应重新对中、整平。
任一方向上在观测前、后两次量取的天线高误差应不大于±2mm,否则认为在观测过程中天线发生变动,该时段作废。
(4)测站上所有规定的作业项目经认真检查均符合要求,记录资料完整无缺,将点位恢复原状后方可迁站。
(5)同一时段的观测过程中不得关闭并重新启动仪器,不得改变仪器的参数设置,不得转动天线位置。
在有效观测时段内,如中途断电,则该时段必须重测。
因观测环境及卫星信号等原因造成数据记录中断累计时间超过25min,则该时段重测。
(6)观测过程中若遇到强雷雨、风暴天气,应立刻停止当前观测时段的作业。
(7)CPI控制网复测,每一同步环至少观测2个时段,CPII控制网复测以及CPII与CPI控制点联测时,每一同步环观测1个时段,施工控制网测量时,每一同步环观测1个时段。
每个时段观测结束后,都必须重新安置仪器,将基座转动120°或者升降三脚架,然后重新对中、整平,进行下一时段的观测。
5.3.3GPS数据处理
GPS数据处理包括基线向量解算和网平差两个部分,基线向量解算采用随机附带的GPS解算软件LGOV8.4.0.0,网平差使用武汉大学开发的工程测量网通用平差软件包(CosaGPS6.0)数据处理系统。
及时进行观测数据的处理和质量分析,检查是否符合规范和技术设计要求。
每天对当天的观测数据进行粗处理和基线解算,并及时对闭合环、重复基线等进行计算检核。
基线处理时,应严格遵守下列要求:
(1)基线解算时,卫星星历统一采用广播星历,卫星高度角一般采用15°。
(2)同一时段观测值的数据剔除率小于10%,否则应重测。
(3)任一时段的同步观测时间,CPI复测网小于90min、CPII复测网小于60min,施工控制网小于45min,则该时段作废;任一时段的有效卫星数少于4颗,则该时段作废。
(4)基线向量满足验收标准后,按最小闭合环原则对全网的基线向量进行闭合环搜索,并对闭合环的闭合差进行计算检验。
独立观测边闭合环各坐标分量闭合差应符合下式规定:
式中:
n——闭合环边数;
——标准差,即基线向量弦长中误差(mm),a和b按表2取值。
(5)同一基线不同时段重复观测基线较差应满足:
。
如果观测数据不能满足要求时,应对成果进行全面分析,必要时进行补测或重测。
5.3.4GPS网平差计算
GPS网平差是在基线质量检验合格的前提下进行的,先进行三维向量网无约束平差,各项指标合格后再进行约束平差。
(1)三维向量网无约束平差
基线解算各项质量指标均满足要求后,以全网有效观测时间较长、观测条件较好、接近全网中部的控制点的WGS-84坐标作为起算数据,进行全网的无约束平差。
无约束平差中,基线分量的改正数绝对值应符合下式:
否则,认为该基线或者其附近的基线存在粗差,应予剔除。
平差合格后,提供无约束平差WGS-84坐标系中的空间直角坐标、基线向量及其改正数和精度信息。
(2)CPI约束平差及工程独立坐标的计算。
平差时,全网在WGS84-116-03-00M下完成,约束平差完成后,进行坐标对比和坐标增量相对精度的对比。
平差合格后,提供约束平差后相应坐标系的基线向量及其改正数和精度,其中基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应符合下式要求:
(3)CPII控制网约束平差
GPS基线网(CPII复测网)三维无约束平差合格后,以所联测的、经复测确认点位稳定可靠的CPI控制点作为约束点进行二维约束平差,平差时,全网统一在WGS84-116-03-00M下完成。
平差完成后,进行坐标对比和坐标增量相对精度的对比。
约束平差中,基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值应符合下式要求:
(4)施工控制网约束平差
GPS基线网(CPII复测网)三维无约束平差合格后,以所联测的、经复测确认点位稳定可靠的CPI或CPII控制点作为约束点进行二维约束平差,平差时,全网统一在WGS84-116-03-00M下完成。
5.4高程控制网复测实施
5.4.1水准观测的主要技术要求
高程控制网复测的仪器全部采用数字水准仪施测,高程控制网的复测和加密一次完成。
水准观测的主要技术要求如表5所示,各测站的限差如表6所示,水准测量数据取位如表7所示。
表5水准观测主要技术要求(m)
等级
水准仪
最低型号
水准尺
类型
视距
前后
视距差
测段的前后
视距累积差
视线高度
重复测量
次数
二等
DS1
因瓦
≥3且
≤50
≤1.5
≤6.0
≥0.55且≤1.8
≥2次
表6水准观测的测站限差(mm)
项目
等级
基、辅分划
读数之差
基、辅分划
所测高差之差
检测间歇点
高差之差
上下丝读数平均值
与中丝读数之差
二等
0.5
0.7
1
3
注:
对于数字水准仪,同一标尺两次读数差不设限差,两次读数所测高差的差按表中“基、辅分划所测高差之差”的限差执行。
表7水准测量数据取位要求
等级
往(返)测距离总和
往(返)测距离中数
各测站高差
往(返)测高差总和
往(返)测高差中数
高程
二等
0.01km
0.1km
0.01mm
0.01mm
0.1mm
1.1mm
5.4.2观测方式
(1)水准测量全部采用单路线往返观测,往返观测使用同一类型的仪器和转点尺承沿同一道路进行。
(2)水准路线跨越江河、深沟等时,参照现行《铁路工程测量规范》以及《国家一、二等水准测量规范》中有关“跨河水准测量”的规定执行。
5.4.3观测的时间和气象条件
水准观测应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行,下列情况下不应进行观测:
(1)日出后与日落前30min内;
(2)太阳中天前后各约2h内;
(3)标尺分划线的影像跳动剧烈时;
(4)气温突变时;
(5)风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。
5.4.4设置测站
(1)根据路线土质情况选用尺桩(质量不轻于1.5kg、长度不短于0.2m)或尺台(质量不轻于5kg)作转点尺承,并辅以专门的尺撑,以保证标尺稳定、铅直。
(2)测站视线长度、前后视距差、视线高度等按表7规定执行。
5.4.5测站观测顺序和方法
(1)每一测站的观测顺序如下:
奇数站为“后-前-前-后”,偶数站为“前-后-后-前”。
(2)一个测站操作程序如下(以奇数站为例):
①整平仪器;②望远镜对准后视标尺,用垂直丝照准条码中央,精确调焦至条码影像清晰,测量并记录;③旋转望远镜照准前视标尺条码中央,精确调焦至条码影像清晰,测量并记录;④重新照准前视标尺,测量并记录;⑤旋转望远镜照准后视标尺条码中央,精确调焦至条码影像清晰,测量并记录。
⑥显示测站成果,测站检核合格后迁站。
5.4.6观测中应遵守的事项
(1)观测前,将仪器置于露天阴影下30min,并在使用前进行预热,预热不少于20次单次测量。
(2)每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数。
由往测转向返测时,两支标尺应互换位置,并应重新整置仪器。
(3)在连续各测站上安置水准仪的三脚架时,应使其中的两脚与水准路线的方向基本平行,而第三脚则依次轮换置于路线方向的左侧与右侧。
(4)除路线转弯处外,每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置应接近一条直线。
(5)水准测量作业期间,每天开测前进行
角测定,保证
角绝对值在作业过程中均不超过15″。
此外,应定期检校标尺上的气泡。
(6)避免视线被遮挡,遮挡不应超过标尺在望远镜中截长的20%;仪器只能在厂家规定的温度范围内工作;确信震动源造成的震动消失后,才能启动测量键。
5.4.7内业计算
(1)观测数据质量检核
外业工作结束后,对观测数据的质量进行检核,检核的内容主要包括:
测站数据、水准路线数据、附合路线的高差闭合差。
数据质量检查合格后,才能进行后续的平差计算。
(2)水准基点间高差计算
①每千米高差偶然中误差计算
按测段往、返测高差不符值计算每千米高差偶然中误差M△,M△应满足表3的规定,否则应对闭合差较大的测段(水准路线)进行重测。
M△按下列公式计算:
式中:
Δ——测段往、返测高差不符值(mm);L——测段长度,以km计;n——测段数。
②每千米高差全中误差计算
二等水准网加密计算时,需要计算全中误差
,全中误差按照下式进行计算。
式中:
N——水准路线环数;L——测段长度,以km计;W——附和或环线闭合差。
5.5控制网复测评判方法及标准
5.5.1复测网的精度分析
复测网数据处理完成后,首先应对其精度进行统计分析,确保复测网的成果能够满足相应等级的精度要求。
主要项目及标准如下:
(1)GPS复测网独立环闭合差及重复基线较差应满足本技术方案中的相关要求;
(2)GPS自由网平差和约束平差后最弱边方位角中误差和边长相对中误差应满足表1中的相关要求;
(3)水准测量测段间往返测较差、附合水准路线高差闭合差、水准路线每千米高差偶然中误差应满足表3中的相关要求。
5.5.2复测与原测成果的对比分析
在确认复测网精度满足要求的前提下,将复测成果与原测成果进行对比。
主要项目和标准如下:
(1)平面控制网复测与原测坐标成果较差的限差应满足表8的规定。
表8CPI、CPII控制点复测坐标较差限差
控制点类型
复测坐标较差限差(mm)
备注
CPI
20
指X、Y坐标分量较差
CPII
15
(2)GPS网复测与原测相邻点间坐标差之差的相对精度的限差应满足表9的规定。
表9GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差
控制网等级
相邻点间坐标差之差的相对精度限差
备注
CPI
1/130000
CPII
1/80000
注:
表中相邻点间坐标差之差的相对精度按下式计算:
式中,
S——相邻点间的二维平面距离或三维空间距离
,
——相邻点i与j间二维坐标差之差,单位m
——相邻点i与j间Z方向坐标差之差,当只统计二维坐标差之差的相对精度时该值为零,单位m。
(3)相邻水准点复测与原测高差之较差应满足表3的规定。
5.6发现问题的处理方法
复测成果与原测成果较差满足规定时,采用原测成果。
当较差超限时,进行二次复测,查明原因,并采用同精度内插的方法更新成果,提交监理和设计单位确认。
5.7上交成果
控制网复测完成后,提交下列成果资料:
(1)精密控制网复测技术报告
(2)精密控制网复测成果
(3)平差计算资料
6图纸审核
工程开工施工放线之前,项目部专业测量工程师应对整个工程施工图中给出所有测量放线起始数据进行认真的复核计算,并以表格或附图的形式形成书面资料,由项目总工程师符合签字。
对经过复核计算与施工图不符的测量放样数据,连同原图纸给定的数据以及其所在的施工图的位置记录一起报送工程部,以便及时与设计部门联系处理,这些数据只有在原设计部门有明确答复和确认后才可作为测量放线的依据。
7测量施工
本标段下部构造施工放样主要是钻孔桩、承台、墩柱、顶帽、垫石及路基的放样。
施工放样前,复核设计图纸的线路坐标值和高程值、平曲线要素值、竖曲线要素值、里程和断面尺寸、各种结构位置和控制尺寸等。
复核无误后再进行具体放样数据的计算。
图1测量放样流程
7.1施工测量人员及仪器
表10施工测量人员
序号
姓名
职称
职务
备注
1
张昭凡
技术员
测量主管
一分部
2
王军
技术员
测量员
一分部
3
赵仁善
技术员
测量员
一分部
4
薛小川
见习生
测量员
一分部
5
刘晓允
技术员
测量主管
二分部
6
郭海龙
技术员
测量员
二分部
7
郭欢庆
技术员
测量员
二分部
8
赵超
技术员
测量主管
三分部
9
谭新宇
技术员
测量员
三分部
10
李强
技术员
测量员
三分部
表11测量仪器统计表
序号
仪器名称
型号
数量
1
RTK
华测T5
二套(其中一套一拖二)
2
RTK
华测T7
一套(一拖二)
3
全站仪
徕卡TS11
一台
4
水准仪
天宝DINI03
一台
5
水准仪
苏一光DSZ2
一台
7.2桥梁桩基测量
(1)在设计图纸下发后计算各墩台桩基坐标经复核、审核确认无误后,装订成册并报监理审核。
经监理审核通过后才能进行桩基的放样。
桥梁桩基中心点放样采用全站仪放样或者换手复测法进行并用二种方法互相抽检。
放样中心点后,在互相垂直方向上布设四个护桩(如图2中1、2、3、4号点)。
两护桩分别连线,其交点即为桩基中心点。
在钻孔及钢筋笼下放中可随时复核桩基中心位置。
四个护桩一定要保护好,确保在施工中不得碰损护桩。
(2)埋设护筒后,桩位中心平面位置允许偏差为20mm,并测定护筒顶面高程并计算孔深(孔深=护筒顶标高-桩底标高)。
水准闭合差按30√L限差要求。
(3)灌注混凝土后应测定桩位中心坐标,并在桩侧按桩头设计高程测定高程线。
图2钻孔桩
7.3承台的施工测量
在设计图纸下发后计算各承台角点坐标经复核、审核确认无误后,装订成册并报监理审核。
经监理审核通过后才能进行承台角点的放样。
(1)承台施工测量主要工作内容为:
钻孔灌注桩桩顶高程划定;承台底面找平;承台模板放样及调校;承台顶面高程控制;墩身钢筋预埋。
(3)采用全站仪或水准仪测量地面高程,确定开挖深度。
开挖基本到位时精确放样承台底高程,钻孔灌注桩桩顶高程采用水准仪放样并用油漆标记。
(4)承台底面找平以后,在承台底面找平层上用全站仪放样承台四角点,用全站仪换手复测法检查。
采用全站仪极坐标法检校承台模板及墩身钢筋预埋位置。
(5)承台模板尺寸的设放限差为40mm,高程设放限差为30mm。
(6)在承台预埋变形观测点,观测标志伸出承台顶面0-1cm,在承台凝固24小时后开始沉降观测。
7.4墩身的施工测量
在设计图纸下发后计算各墩柱中心线、桥轴线坐标经复核、审核确认无误后,装订成册并报监理审核。
经监理审核通过后才能进行墩柱中心线、桥轴线的放样。
(1)检查承台的标高后进行墩柱的放样。
为保证墩身测量精度,采用全站仪和水准仪按常规测量方法进行墩身施工测量,采用三角高程法测量各墩身的高程。
(2)首先放样墩中心线、桥轴线,然后按节段施工校验墩身模板轴线及特征点,墩身模板尺寸的测量限差为20mm,高程设放限差为30mm,模板上同一高程线的测量限差为10mm。
墩身模板铅垂度的测量允许偏差为1﹪。
桥墩中心横向误差控制在±10mm,桥墩间距的误差控制在±10mm。
(3)墩身施工完成后及时埋设沉降观测桩,并开始沉降变形观测。
7.5顶帽垫石的控制
支座安装前,先计算各墩台支座垫石坐标,核实支座高程,经复核、审核确认无误后,装订成册并报监理审核。
经监理审核通过后才能进行支座垫石、支座的放样。
安装前还应检查桥梁跨距、支座位置及预留锚栓孔位置、尺寸和支座垫石顶面高程、平整度。
(1)顶帽立模前应检查中心十字线的正交性。
顶帽模板尺寸的设放限差为10m
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