Page: 1高速铁路施工测量高速铁路施工测量 项目项目9 9：桥涵施工测量：桥涵施工测量 任务任务9.1 9.1 桥梁控制测量桥梁控制测量 Page: 2思思考考桥梁控制测量在桥梁施工中起何作用桥梁控制测量在桥梁施工中起何作用? ? Page: 3桥梁施工测量的基本任务桥梁施工测量的基本任务 根据设计文件，按照规定的精度，将图纸上设计根据设计文件，按照规定的精度，将图纸上设计的桥梁墩台位置标定于地面，据此指导施工，确保建的桥梁墩台位置标定于地面，据此指导施工，确保建成的桥梁在平面位置、高程位置和外形尺寸等方面均成的桥梁在平面位置、高程位置和外形尺寸等方面均符合设计要求。符合设计要求。 Page: 4 Page: 5 Page: 6 Page: 7一、桥梁施工控制测量概述一、桥梁施工控制测量概述 桥梁平面控制测量目的：是测定桥轴线长度并据此进桥梁平面控制测量目的：是测定桥轴线长度并据此进行墩、台位置的的放样；同时，也可用于施工过程中的变行墩、台位置的的放样；同时，也可用于施工过程中的变形监测形监测. .1.1.桥梁控制测量任务：桥梁控制测量任务：建立桥梁的平面和高程控制建立桥梁的平面和高程控制2.2.桥梁的平面控制测量的目的桥梁的平面控制测量的目的3.3.桥梁平面控制的布设桥梁平面控制的布设 对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接 Page: 8测定墩、台位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，测定墩、台位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，无需建立平面控制。无需建立平面控制。 对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复大跨、深水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制。杂的特大桥和大桥，需要建立施工平面控制。 为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴观测方案，保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。线长度测定的必要精度。 Page: 9二、二、桥轴线长度精度估算桥轴线长度精度估算1. 1. 钢筋混凝土简支梁钢筋混凝土简支梁 设墩台中心点位放样的极限误差为设墩台中心点位放样的极限误差为D D（通常取（通常取D D =10 =10 mmmm），中误差为），中误差为D D / 2 / 2，则相邻二墩台中心的跨距中误差，则相邻二墩台中心的跨距中误差为为: :设全桥共有设全桥共有N N 跨，则桥轴线长度的中误差为跨，则桥轴线长度的中误差为 Page: 102. 2. 钢板梁及短跨（钢板梁及短跨（l l64 m64 m）简支钢桁梁）简支钢桁梁 考虑梁长制造误差和固定支座安装误差考虑梁长制造误差和固定支座安装误差 的共同影的共同影响，单跨钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为响，单跨钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为 ： 当桥梁为当桥梁为N N 跨时，则桥轴线长度跨时，则桥轴线长度L L的中误差为的中误差为 Page: 113. 3. 连续及长跨（连续及长跨（l l 64 m64 m）简支钢桁梁）简支钢桁梁 由由 n n 个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限误差为误差为l l（通常取（通常取l l =2mm=2mm），则由于梁体拼装误），则由于梁体拼装误 差和固定支座安装误差差和固定支座安装误差的共同影响，每一联（跨）长度的共同影响，每一联（跨）长度的中误差为的中误差为当桥梁为当桥梁为N N 跨时，则桥轴线长度跨时，则桥轴线长度 L L 的中误差为的中误差为 Page: 12 某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为128m128m，由，由长长16m 16m 的的8 8个节间组成，每联个节间组成，每联2424个节间，固定支座安装极个节间，固定支座安装极限误差为限误差为7mm7mm，试计算全桥桥轴线中误差。，试计算全桥桥轴线中误差。解单联中误差为解单联中误差为: :全桥桥轴线中误差为全桥桥轴线中误差为: : 4 4. .案例案例 Page: 13三、桥梁平面控制测量等级三、桥梁平面控制测量等级等等 级级公路路线控公路路线控制测量制测量桥梁桥位控桥梁桥位控制测量制测量隧道沿外控隧道沿外控制测量制测量二等三角、一级二等三角、一级GPS5000m特大特大桥桥6000m特长特长隧道隧道三等三角、三等导三等三角、三等导线、二级线、二级GPS20005000m特大桥特大桥40006000m特长隧道特长隧道四等三角、四等导四等三角、四等导线、三级线、三级GPS10005000m特大桥特大桥20004000 m特长隧道特长隧道一级小三角、一级一级小三角、一级导线、四级导线、四级GPS高速公路、高速公路、一级公路一级公路5001000m特特大桥大桥10002000 m中长隧道中长隧道二级小三角、二级二级小三角、二级导线导线二级以下公二级以下公路路500m大中大中桥桥1000m隧道隧道三级导线三级导线三级及三级三级及三级以下公路以下公路 Page: 14等级等级固定误差固定误差a（mm）比例误差系数比例误差系数b （mm/km)基线方位角基线方位角中误差（中误差（）约束点间的边长约束点间的边长相对中误差相对中误差约束平差后约束平差后最弱边相对最弱边相对中误差中误差一等一等510.91/5000001/250000二等二等511.31/2500001/180000三等三等511.71/1800001/100000四等四等5221/1000001/70000五等五等10221/700001/400001 1. .各等级各等级GPSGPS控制网的主要技术要求控制网的主要技术要求四、桥梁平面控制测量技术要求四、桥梁平面控制测量技术要求 Page: 15等级等级一一 等等二二 等等三三 等等四四 等等五五 等等接接 收收 机机 类类 型型双频双频双频双频双频双频双频或双频或单频单频双频或单频双频或单频仪器标称精度仪器标称精度10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm观观 测测 量量载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位同时观测有效卫星数同时观测有效卫星数4 44 44 44 44 4卫星高度角（卫星高度角（）静态静态15151515151515151515有效观测卫星数有效观测卫星数静态静态5 55 54 44 44 4观测时段数观测时段数静态静态2 22 21 12 21 12 21 1观测时段长度观测时段长度（minmin）静态静态1201209090606045454040数据采样间隔（数据采样间隔（s s）静态静态1010606010106060101060601010303010103030点位几何图形强度因子点位几何图形强度因子（PDOPPDOP）6 66 68 8101010102 2.GPS.GPS控制网作业的基本技术要求控制网作业的基本技术要求 Page: 16测量等测量等级级附附(闭闭)合合导线导线边数边数每边测距每边测距中误差中误差单位权中单位权中误差误差导线全长导线全长方位角闭方位角闭合差合差长度长度(km)(mm)()相对闭合相对闭合差差()三等三等189141.81/5203.6四等四等1212102.51/350005一级一级612145.01/1700010二级二级3.612118.01/11000163 3. .导线测量的主要技术要求导线测量的主要技术要求 Page: 174 4. .水平角观测的技术要求水平角观测的技术要求测量等测量等级级经纬仪经纬仪型号型号光学测微器光学测微器两次重合读两次重合读数差数差()半测回归半测回归零差零差()同同-测回中测回中2C较差较差()同一方向同一方向各测回间各测回间较差较差()测回数测回数四等四等DJ116964DJ2381396一级一级DJ21218122DJ624244二级二级DJ21218121DJ624243注注:当观测方向的垂直角度超过当观测方向的垂直角度超过3。时，该方向的。时，该方向的2C较差可按同一观测较差可按同一观测时间段内相邻测回进行比较。时间段内相邻测回进行比较。 Page: 185 5. .光电测距的主要技术要求光电测距的主要技术要求平面控平面控制网制网观测次数观测次数每边测回数每边测回数一测回一测回读数读数单程各测回单程各测回等级等级间较差间较差(mm)较差较差(mm)往返较差往返较差往往返返往往返返四等四等1122710一级一级l2710二级二级111217注注:1.测回是指照准目标一次，读数测回是指照准目标一次，读数4次的过程。次的过程。 2.表中表中为固定误差，为固定误差，b为比例误差系数，为比例误差系数，D为水平距离为水平距离 (km)。 Page: 191 1. .平面控制布网原则平面控制布网原则 在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下，在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测工作和力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测工作和内业计算工作。内业计算工作。五、桥梁施工平面控制测量五、桥梁施工平面控制测量2 2. .平面控制布设形式平面控制布设形式 根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工平根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工平 面控制网的网形布设有以下几种形式：面控制网的网形布设有以下几种形式： Page: 20 双三角形双三角形 大地四边形大地四边形 Page: 21 双大地四边形双大地四边形 加强型大地四边形加强型大地四边形 Page: 22大地四边形加三角形大地四边形加三角形 Page: 233 3. .平面控制网布设的要点平面控制网布设的要点 （2 2）对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地）对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地质条件稳定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太质条件稳定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太大或太小。大或太小。 （1 1）选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网）选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边，以利于提高桥轴线的精度。的一个边，以利于提高桥轴线的精度。 如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间接求算桥轴线长度，接求算桥轴线长度， 如大地四边形加三角形如大地四边形加三角形 。 （3 3）在控制点上要埋设标石及刻有）在控制点上要埋设标石及刻有“十十”字的金属中心字的金属中心标志。标志。 Page: 24 一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。的精度较高。 如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为半球状。半球状。（4 4）控制网可采用测角网、测边网或边角网）控制网可采用测角网、测边网或边角网采用测角网时宜测定两条基线采用测角网时宜测定两条基线; ;测边网是测量所有的边长而不测角度；测边网是测量所有的边长而不测角度；边角网则是边长和角度都测边角网则是边长和角度都测; ; （5 5）由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推）由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线算的，为保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度精度2 23 3倍。倍。 Page: 25 （6 6）由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向）由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向的约束条件，所以平差时都按自由网处理。的约束条件，所以平差时都按自由网处理。 它所采用的坐标系，它所采用的坐标系，一般一般 是以桥轴线作为是以桥轴线作为X X轴，而桥轴，而桥轴线始端控制点的里程作为该点的轴线始端控制点的里程作为该点的X X值。这样，桥梁墩台的值。这样，桥梁墩台的设计里程即为该点的设计里程即为该点的X X坐标值，可以便于以后施工放样的数坐标值，可以便于以后施工放样的数据计算。据计算。 如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的，如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的， 所以不受或少受测角误差的影响，测边的精度与桥轴线所以不受或少受测角误差的影响，测边的精度与桥轴线 要求的精度相当即可。要求的精度相当即可。 Page: 26 （7 7）在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用）在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用主网的点进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将主网的点进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将控制点加密。控制点加密。 加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但 在平差计算时，主网上点的坐标不得变更。在平差计算时，主网上点的坐标不得变更。 用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界环境件应符合下列要求：环境件应符合下列要求：注意减弱大气折光和旁折光的影响；注意减弱大气折光和旁折光的影响；测线及两端的延线上，不得有任何其它发光物体或反测线及两端的延线上，不得有任何其它发光物体或反 Page: 27光的物体，以免引起反射信号混乱；光的物体，以免引起反射信号混乱； 测站应设在电磁场影响的范围以外；测站应设在电磁场影响的范围以外； 光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定。光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定。 光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离然后化算为水平距离. . Page: 28六、桥梁施工平面控制测量内业计算六、桥梁施工平面控制测量内业计算1 1. .施工平面控制网通常采用独立的坐标系：施工平面控制网通常采用独立的坐标系： （1 1）直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐）直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点，以桥轴线按里程增加方向为标原点，以桥轴线按里程增加方向为 x x 轴正向建立测量坐轴正向建立测量坐标系；标系； （2)2)曲线桥一般以曲线起点曲线桥一般以曲线起点ZHZH或始切线上的转点为坐标或始切线上的转点为坐标原点，以始切线指向原点，以始切线指向JDJD方向为方向为x x轴正向建立测量坐标系；也轴正向建立测量坐标系；也可以桥轴线控制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向可以桥轴线控制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向为为x x轴，以线路前进方向为轴，以线路前进方向为x x轴正向建立测量坐标系。轴正向建立测量坐标系。 Page: 29 Page: 30 光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化算为水平距离。然后化算为水平距离。 (1) (1)水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。 设仪器与棱镜横轴的平均高程为设仪器与棱镜横轴的平均高程为H H1 1，墩顶（或轨底）的平均，墩顶（或轨底）的平均 高程为高程为H H2 2，地球平均曲率半径为，地球平均曲率半径为R R，则归算长度，则归算长度D DH H为：为：2 2. .边长改正边长改正 Page: 31（2 2）距离）距离归化至高斯归化至高斯投投影平面上影平面上 设测边的地面实际长度为设测边的地面实际长度为S S，地面平均高程与所归化，地面平均高程与所归化高程面的高差为高程面的高差为 , ,则测边的地面实际长度归化到高斯则测边的地面实际长度归化到高斯投影平面的长度投影平面的长度为为式中式中:R:R一一地球的平均曲率半径一一地球的平均曲率半径( (取取6371km) ;6371km) ;一一一一两点两点平均横坐标值减去平均横坐标值减去500km500km。 Page: 32 平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合条件）进行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边条件）进行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边边长中误差。边长中误差。 对于边角网或测边网，不应大于对于边角网或测边网，不应大于10 mm10 mm；3 3. .平差要求平差要求 对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥轴线及最弱边边长相对中误差。轴线及最弱边边长相对中误差。 Page: 33七、桥梁施工高程控制测量的要求七、桥梁施工高程控制测量的要求 （1 1）各水准点应沿桥轴线两侧以）各水准点应沿桥轴线两侧以400m400m左右的间距均匀布左右的间距均匀布设，并构成连续水准环。设，并构成连续水准环。 （2 2）水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁）水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接。与相邻线路在高程位置上的正确衔接。 （3 3）水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。）水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。 （4 4）为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点）为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设立若干个施工水准点。附近设立若干个施工水准点。 1.1.桥梁施工高程控制测量的要求桥梁施工高程控制测量的要求（5 5）施工水准点的高程必须定期检测。）施工水准点的高程必须定期检测。 Page: 34(6)(6)水准点应埋设标石水准点应埋设标石(7)(7)水准测量的等级和精度应满足相关要求水准测量的等级和精度应满足相关要求 (8) (8)每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：2.2.高程控制测量的实施高程控制测量的实施 （1 1）在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准）在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准 点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。 Page: 35 （2 2）从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，）从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长， 用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊， 水准仪误差水准仪误差( (视准轴不平行于水准管轴视准轴不平行于水准管轴) )、地球曲率及大气、地球曲率及大气 折光的影响都会增加。折光的影响都会增加。 此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法。高程测量方法。 Page: 36过河水准测量过河水准测量 Page: 37 过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。 A A、B B为立尺点，为立尺点，C C、D D为测站点，要求为测站点，要求ADAD与与BCBC长度基长度基本相等，本相等，ACAC与与BDBD长度基本相等且不小于长度基本相等且不小于10m10m。 Page: 38 用两台水准仪作同时对向观测，在用两台水准仪作同时对向观测，在C C站先测本岸站先测本岸A A点点尺上读数，得尺上读数，得 a1a1，然后测对岸，然后测对岸B B点尺上读数点尺上读数2 24 4次，取其次，取其平均值得平均值得b1 b1 ，高差为，高差为h1=a1-b1 h1=a1-b1 。 Page: 39 同时，在同时，在D D站先测本岸站先测本岸B B点尺上读数，得点尺上读数，得b2 b2 ，然后测，然后测对岸对岸A A点尺上读数点尺上读数2 24 4次，取其平均值得次，取其平均值得a2 a2 ，高差为，高差为h2=a2-h2=a2-b2 b2 。 取取h1h1和和h2h2的平均值，即完成一个测回。一般进行的平均值，即完成一个测回。一般进行4 4个个测回。测回。 Page: 40 由于过河水准测量的视线长，由于过河水准测量的视线长，远尺读数困难，可以在水准尺上安远尺读数困难，可以在水准尺上安装一个能沿尺面上下移动的觇板（装一个能沿尺面上下移动的觇板（如图）。观测员指挥司尺员上下移如图）。观测员指挥司尺员上下移动觇板，使觇板中横线被水准仪横动觇板，使觇板中横线被水准仪横丝平分，司尺员根据觇板中心孔在丝平分，司尺员根据觇板中心孔在水准尺上读数。水准尺上读数。