1--浅谈水利水电工程工程施工测量放样作业技术

浅谈水利水电工程工程施工测量放样作业技 术 摘 要：测量放样是测绘科学的重要组成部分，是研究地球的形状和大 小以及确定地球表面（包括空中、地面和海底）点位关系，并对这些空 间位置信息进行处理、存储和管理的一门科学。测量工作则是按照设计 人员的意图，将建筑物的平面位置和高程测设到地面上，作为施工的依 据，并在施工过程中，知道各工序间的衔接，监测施工质量。施工测量 与地形图一样，亦应遵循“从整体到局部”的原则和“先控制后细部” 的工作程序。即先在施工现场建立统一的施工控制网（平面控制网和高 程控制网） ，然后根据控制网点测设建筑物的主要轴线，进而测设细部。 施工测量贯穿于施工的全过程。因此，测量人员应根据施工进度事先制 定切实可行的施测计划，排除施工现场的干扰，确保工程施工的顺利进 行。 关键词：施工测量现场条件 坐标方式 放样点 1 前言 20 世纪初 50 年代起，电子学、计算机、电磁波技术和空间技术的兴 起，使测绘科学又得到新的发展。如自动安平水准仪、电磁波测距仪、 电子经纬仪、电子全站仪、陀螺经纬仪、GPS 接收机等新型测绘仪器的不 断出现，以及电子计算机、遥感技术、惯性测量、卫星大地测量和近景 摄影测量等新技术的应用，使测绘科学发展到了一个新的阶段，并正向 自动化、数字化的方向继续前进。 2 近几十年，我国测绘事业有了很大发展。建立和统一了全国坐标系 统和高程系统；建立了遍布全国的大地控制网、国家水准网、基本重力 网和卫星多普勒网；完成了国家大地网和水准网的整体平差、国家基本 图的测绘工作；完成了珠穆朗玛峰和南极长城站的地理位置和高程测量； 配合国民经济建设进行了大量的测绘工作，例如进行了南京长江大桥、 葛洲坝水电站、三峡水电站、宝山钢铁厂、北京正负电子对撞机等工程 的精确放样和设备安装测量。在测绘仪器制造方面，现在不仅能生产系 列的光学测量仪器，还研制成功各种测程的光电测距仪、卫星激光测距 仪和数字摄影测量系统等先进仪器设备。在测绘人才培养方面，已培养 出各类测绘技术人员数万名，大大提高了我国测绘科技水平。近年来， GPS 全球定位系统以得到广泛应用，国产 GPS 软件日趋成熟，我国的测绘 科技水平正在迅速赶上并在某些方面开始领先于国际测绘科技水平。 3 施工测量放样作业方法及要求 3.1 施工测量放样指导书的编写 施工测量放样指导书是根据常规放样方法编写的，放样人员需根据 实际情况，如精度要求、控制点分布、现有仪器、现场条件、计算工具 等来选择测站点和放样点。 各类工程及同一工程的不同阶段、不同部位对放样点的精度要求不 同，所以对测站点和放样点的精度要求也不相同。具体施测作业时应严 格执行工程测量规范 、 水电水利工程施工测量规范和施工测量 控制程序 。 3.2 测量资料收集与放样方案制定 测量放样前，应从合法、有效途径获取施工区已有的平面和高程控 制成果资料。根据现场控制点标志是否稳定完好等情况，对已有的控制 点资料进行分析，确定是否全部或部分对控制点进行检测。已有控制点 不能满足精度要求应重新布设控制，已有的控制点密度不能满足放样需 要时应根据现有的控制点进行加密。必须按正式设计图纸、文件、修改 通知进行测量放样，不得凭口头通知和未经批准的图纸放样。根据规范 规定和设计的精度要求并结合人员及仪器设备情况制定测量放样方案。 其内容应包括：控制点的检测与加密、放样依据、放样方法及精度估算、 放样程序、人员及设备配置等。 3.3 放样前准备 阅读设计图纸，校算建筑物轮廓控制点数据和标注尺寸，记录审图 结果。选定测量放样方法并计算放样数据或编写测量放样计算程序、绘 制放样草图并由第二者独立校核。准备仪器和工具，使用的仪器必须在 有效的检定周期内。给仪器充电、检查仪器常规设置：如单位、坐标方 式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等。使用有内存的全 站仪时，可以提前将控制点（包括拟用的测站点、检查点）和放样点的 坐标数据输入仪器内存，并检查。 3.4 全站仪坐标法设站极坐标法放点 在控制点上架设全站仪并对中整平，初始化后检查仪器设置：气温、 气压、棱镜常数；输入（调入）测站点的三维坐标，量取并输入仪器高， 输入（调入）后视点坐标，照准后视点进行后视。若后视点上有棱镜， 4 输入棱镜高，可以马上测量后视点的坐标和高程并与已知数据检核。 瞄准另一控制点，检查方位角或坐标；在另一已知高程点上竖棱镜 或尺子检查仪器的视线高。利用仪器自身计算功能进行计算时，记录员 也应进行相应的对算以检核输入数据的正确性。 在各待定测站点上架设脚架和棱镜，量取、记录并输入棱镜高，测 量、记录待定点的坐标和高程，以上步骤为测站点的测量。在测站点上 安置全站仪，照准另一立镜测站点检查坐标和高程。记录员根据测站点 和拟放样点坐标反算出测站点至放样点的距离和方位角。观测员转动仪 器至第一个放样点的方位角，指挥司镜员移动棱镜至仪器视线方向上， 测量平距 D。计算实测距离 D 与放样距离 D的差值：D=D-D，指挥 司镜员在视线上前进或后退 D。重复过程 7，直到 D 小于放样限差。 （非坚硬地面此时可以打桩）检查仪器的方位角值，棱镜汽泡严格居中 （必要时架设三脚架） ，再测量一次，若 D 小于限差要求，则可精确标 定点位。 测量并记录现场放样点的坐标和高程，与理论坐标比较检核，确认 无误后在标志旁加注记，重复 610 的过程，放样出该测站上的所有待 放样点。如果一站不能放样出所有待放样点，可以在另一测站点上设站 继续放样，但开始放样前还须检测已放出的 23 个点位，其差值应不大 于放样点的允许偏差。全部放样点放样完毕后，随机抽检规定数量的放 样点并记录，其差值应不大于放样点的允许偏差值；作业结束后，观测 员检查记录计算资料并签字。测量放样负责人逐一将标注数据与记录结 果比对，同时检查点位间的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系 尺寸并记录，以验证标注数据和所放样点位无误。填写测量放样交样单。 3.5 全站仪（测距仪）边角交会法设站极坐标法放样 在未知点 P 上架设全站仪(测距仪)、整平，在已知点 A 上安置棱镜， 量测棱镜高；在已知点 B、C 上安置照准标志。测量 PA 间平距 D、高差 DH 和 PA 至 PB、PC 方向间的水平角 ,。用 D、 及 A、B 点的坐标计 算 P 点的一组坐标；用 D、 及 A、C 点的坐标计算 P 点的另一组坐标； 两组坐标的差值不超过规定限差，取中数即为 P 点的最后坐标。根据 A 点的高程 HA和高差 DH 计算仪器的视线高：H 视 =HA-DH。如果需要可以将 P 点坐标投影到地面上，并作好标记。量取仪器高，求出地面 P 点的高程。 用极坐标法开始放样，放样过程与“四 416”步骤相同。 3.6 经纬仪测角后方交会法极坐标 法放样 在未知点上安置经纬仪（或全站 仪，当已知点上不便安置棱镜时） ， 整平；在已知点 A、B、C、D 上安置照准标志。以四点中较远点 A 为零方 向，用方向观测法测量 A、B、C、D、A 方向值两个测回；分两组数据用 后方交会程序分别计算测站点 P 的坐标；两组坐标的差值不超过规定的 限差，取中数作为 P 点最后坐标。如果测站周围 200 米以内有两个已知 高程的平面控制点，且放样点高程精度要求不高（大于5 厘米） ，可以 6 观测仪器到两控制点的天顶距两个测回，分别用三角高程反算测站仪器 的两个视线高（如果精度要求高或距离大于 200 米时，则要加入球气差 改正） 。如果差值不超过限差，可取中数作为仪器的视线高。 如果需要，可以将仪器中心点坐标或高程投影到地面上，作好标记。 用极坐标法开始放样，选择一较远的控制点作为后视方向配置度盘（配 置成零方向或方位角方向） ，用另一控制点检查后视方向，差值不能超过 限差要求。如果放样点的精度要求较高，且检核方向相差超过 20时应 对设置的方向进行改正。记录员根据测站点和放样点坐标反算出测站点 至放样点的距离和方位角（或相对于后视方向的角度） 。观测员转动经纬 仪至第一个放样点的方向上，指挥司尺员用钢尺从测站点沿放样点的方 向量取计算好的平距 D,并标定下来。如果无法直接量取平距，可以用 钢尺丈量从仪器中心至放样点的斜距，并测记天顶距（或立角） ，计算平 距 D，与理论平距 D比较：D=D-D，用钢尺在经纬仪视线方向上量 取 D，标定放样点。 （非基岩和混凝土地面此时可以打桩）放样出该 测站的所有欲放样点位。照准控制点，检查后视方向。钢尺丈量放样点 之间间距，与理论值进行比较检核，其差值应不大于放样点的允许误差 值。测量放样负责人逐一将标注数据与记录结果比对，同时检查点位间 的几何尺寸关系及与有关结构边线的相对关系尺寸并记录，以验证标注 数据和所放样点位无误；如果一站不能放样出所有欲放样点，此时需在 测站上利用极坐标法测设测站点，第二次设站，开始放样前还须检测已 放出的 23 个点位，其差值应不大于放样点的允许误差；然后继续放样 直至放样出所有需要放样的点位。 作业结束后，观测员检查记录计算资料并签字；绘制测量放样交样 单。 3.7 方向交会法放样 在两个平面控制点 A、B 上各安置一台经纬仪，盘左后视其它控制点， 并对度盘进行坐标方位角配置。计算 A、B 点至拟放样点 P 的方位角 、。旋转经纬仪 A 使方位角为 ，观测员指挥画点人员在两视线交 点附近画点 P1P2。旋转经纬仪 B 使方位角为 ，观测员指挥画点人员在 两视线交点附近画点 P3P4。用拉紧的细线 P1P2与 P3P4定出交点 M 的位置。 两仪器盘右后视控制点并配置度盘，重复 35 步骤得到交点 N。当 M、N 点间距离小于放样点限差要求时，以 M、N 连线中点作为放样点 P，并标 定下来。重复上述过程放出其它放样点，丈量放样点之间的距离与计算 值比较检核。 8 3.8 正倒镜投点法单方向设站 为了将仪器架设在已知点 A、B 间的直线上，用目估法将仪器大致架 在 A、B 直线上的 O1点，整平仪器；估计 OA 近似距离。正镜瞄准远端 A 点，纵转望远镜看到近点 B 附近，估计十字丝中心点 B1与 B 点的距离 BB1；倒镜瞄准 A 点，纵转望远镜，估计十字丝中心与 B 点距离 BB2；计 算 BB1与 BB2的平均值为 BB 中 。计算 OO1=OABB 中 /AB 值，根据 B1偏离 B 方向，将仪器向 AB 线上移动 OO1。 整平仪器，重复 23 步骤，直到盘左、盘右的十字丝中心位置连线 的中点 B 中 与 B 点重合为止。正镜、倒镜瞄准 B 点，纵转望远镜，左、右 十字丝中心的平均位置应落在 A 点上，将此时仪器中心点位 O 投影到地 面上，并作好标记，则 O 点在 AB 直线上。后视 A 点便可放设单方向线了。 还可在此基础上用轴线交会法求出 O 点的纵向（横向）桩号值，以便放 样纵向（横向）轴线。 3.9 轴线交会法设站+方向线法放线 先用正倒镜投点法（或方向线法）将仪器架设在已知点 A、B 间的连 线上一点 O1，整平仪器。用方向观测法测量 A、C、B、D 控制点的水平 方向二个测回，计算出角度 ，；分别计算 O1 点的横向（纵向）坐标: Y01=YC-(XC-XB)/TAN；Y01=YD-（XD-XB）/TAN。若 Y01与 Y01之差不超过限差，取中数作为 O1 点纵（横）坐标，并与 O 点纵 （横）坐标比较，计算出差值 OO1。观测员指挥作业员用钢尺在 AB 轴线 上从 O1 点量取 OO1 距离，定出 O 点位置。在 O 点架仪器，后视 A 点（或 B 点） ，检查 B 点（或 A 点）后，旋转 90，放出 O 点所在的纵（横）轴 线。 3.10 方向线平移法放线 为了放样某方向线 PY，用自由设站法不可能直接将仪器架设在 P 点 上，或者 P 点上不便于直接架站，此时在尽可能接近 P 点的 P1 上架设仪 器，用后方交会等自由设站法测量 P1 点的坐标（如果 P1 点坐标已知可 省此步骤） ，然后用方向线平移法放样 PY 方向线。在 P点上安置仪器， 后视控制点 A，用控制点 B 检核方位角。转动仪器使视线与拟放轴线平行 （方位角相同或相差 180） ，指挥作业员在地面标记出平行线上的点 P1、P2、P3PN。分别从 P1、P2、P3PN上用小 钢尺向 PY 方向线一侧垂直量取距离 dx，得到 P1、P2、P3PN，则 10 P1、P2、P3PN 即为 PY 方向线上的点。标注单方向点，并注记桩号。 检查后视方位角，量取所放方向线与建筑物已有的结构线间尺寸进行检 核。 3.11 导线法（极坐标法）设站 在控制点 A 上安置全站仪（测距仪） ，在控制点 B、C 上安置照准标 志，在待定点 P 上安置脚架和棱镜，量取仪器高、棱镜高。选择 B、C 中 一点作为零方向，另一点作为检查方向，用方向观测法测量至 P 点水平 角两个测回。测量仪器至 P 点天顶距（垂直角）两个测回。测量往测的 斜距、平距、高差、温度、气压。A 点和 P 点的脚架不动，交换仪器和棱 镜，测量 P 点仪器至 A 点天顶距（垂直角）两个测回，测量返测的斜距、 平距、高差、温度、气压。利用斜距、天顶距、温度、气压、仪器高、 棱镜高及仪器的加、乘常数计算平距、高差，用观测平距和高差进行检 核。用 A 点坐标和测量的方位角、平距中数、高差中数计算 P 点坐标和 高程。 如果要测设的待定点不止一个，则应将几个点组成一条导线，进行 往返观测，经过平差计算得到各点坐标和高程。 4 GPS 动态测量建测站点 4.1 基准站设置 将脚架架设到基准站测量点上（有标墩直接将仪器架设在标墩上） ， 脚架的顶部应在可视范围内粗略水平。将三角基座和 GPS 接收机系统联 结在一起，安放在脚架（或标墩）上，并固定连接螺丝。 将 GPS 接收机 和供电系统联接（如干电池、电瓶等） 。将 GPS 接收机和接收天线系统联 接（接收机内含天线系统的不需此步骤） 。对相位中心不在接收机中心的 应将 GPS 接收机的指示标识指向磁北方向。连接电台发射系统和 GPS 接 收机，电台主机和电台天线，电台主机和电台后备电源。 联接接收机和记录用测量手簿或便携式电脑。将脚架精确整平和对 中于基准点。量取并记录天线高度，记录基站测量点的名称、GPS 接收机 编号、开始测量时间等资料。依次打开接收机主机、电台、测量手簿或 便携式电脑。 用测量手簿或便携式电脑设置基准站。 4.2. 流动站设置 在流动站上用脚架或对中杆架设接收机。联接流动站主机和供电电 源。联接流动站主机和接受电台，及接收电台天线（含内电台的可省去 本步骤） 。联接流动站主机和测量手簿或便携式电脑。用手簿或便携式电 脑配置流动站。 流动站的初始化，在已知点上架设流动站。 整平对中 接收机，量取天线高度。 用手簿或便携式电脑控制流动站做点位校正， 开始执行动态测量任务。 5 金属结构、机电设备安装测量放样 12 金属结构、机电设备安装测量的测站点（包括后视点和检查点）必 须是专用的安装控制网点、控制轴线点和高程基点。加密安装控制网点、 控制轴线点和高程基点，必须采用等级平面控制和等级水准测量方法进 行。测站点或控制轴线应在整个安装过程中保持不变。金属结构、机电 设备安装测量放样应选用满足精度要求的经纬仪、水准仪、经过检定的 钢尺、钢带尺及测针、精密水准尺等。 轴线放样时，最好将仪器架设在轴线一端 A 点上，瞄准轴线另一端 B 点，直接放样 AB 轴线上的点。如果需要旋转角度进行放线时，必须盘 左、盘右两次放点取平均位置定点。 5.1 平面位置极坐标法放样 观测员在测量基准点上架设经纬仪并对中整平。仪器盘左照准一较 远的测量基准点，记录员计算后视方位角报给观测员，观测员将仪器度 盘读数配至该后视方位角值，并向记录员回报验证所配度盘读数无误。 仪器依次照准另外 12 个相对较近的测量基准点，读取方位角并报给记 录员，记录员回报、记录并与计算的方位角值比较，其差值应能满足放 样点的精度要求。记录员将待放样点的方位角值报给观测员，观测员将 仪器转至待放样点的方位角方向，并向记录员回报以验证无误；如果测 站点和放样点在同一平面上，记录员报出测站点至待放样点的距离（考 虑了尺长和温度改正后的距离） ，用钢尺在方向线上水平量取该距离，司 尺员回报钢尺读数，记录员计算钢尺量取的距离是否正确。盘右位置重 复（2）（5）步骤，取平均方向位置。变动钢尺一端读数，重复量距 一次进行检核，确认无误后将此点标定；如果测站点和放样点不在同一 平面上，先估计仪器视线与放样点所在平面间的高差，计算仪器至测点 的近似斜距，从仪器中心标志沿放样点方向量取斜距，确定测针起始位 置 P1，测量 P1 点的天顶距（或垂直角） ，根据斜距、天顶距、温度及尺 长改正数计算出平距 D，与拟放样平距 D比较，D= D- D。观测员指挥在方向上前进或后退D，标定测针位置 P。分别从仪器 的左、右标志量取仪器至 P 点的斜距；盘左、盘右确定水平方向；盘左、 盘右测量天顶距，再次计算平距。直到D 小于规定的限差为止。依此类 推，放样出该测站的所有欲放样点位。用钢尺量取同一平面上的放样点 的间距，加上温度、尺长改正，与理论值对照进行内部检核。用钢板尺 或钢尺量取放样点与周围已形成的金属结构的点、线之间的距离进行外 部检核。 5.2 高程放样 选择满足精度要求的水准仪和水准尺（或钢板尺） 。在适当位置安置 水准仪，整平。水准仪分别照准二个以上已知高程基准点读数并报给记 录员，记录员记录记录员计算仪器的视线高程；计算的视线高程之差应 满足放样点的精度要求，取其平在需要的安装部位测定并标注高程点。 再次检查基准点测量记录计算数据及标注数据是否正确。 5.3 开挖开口测量放样 5.3.1 准备 阅读设计图纸，校算开挖底口控制点数据及边坡坡比和标注尺寸； 记录审图结果并签名。编写开挖开口测量放样计算程序、绘制放样草图 14 并由第二者独立校核验证其正确性。 5.3.2 实施放样 利用周围测量控制点测设测站点。观测员在测站点上架设仪器并对 中整平，量取仪器高度报给记录员，记录员记录并回报以验证记录无误。 仪器照准另一已知高程点读数并报给记录员，记录员记录并回报以验证 记录无误。记录员计算仪器的视线高程，计算的两个视线高程之差应满 足放样点的精度要求，取其平均值作为该测站仪器的视线高程。仪器照 准一较远的测量控制点，计算后视方位角报给观测员，观测员将仪器度 盘读数配至该后视方位角值并向记录员回报验证所配度盘读数无误。仪 器依次照准另两个相对较近的测量控制点，读取方位角读数报给记录员， 记录员回报、记录并与计算的方位角值比较，其差值应能满足放样点的 精度要求。利用坐标测量功能时，在测量第一个点的三维坐标的同时测 量仪器至该点的方位角、距离和高差，观测员将数据报给记录员，记录 员回报、记录并计算该点的三维坐标并与仪器测得的三维坐标校核无误 后方可进行放样。 观测员将仪器精确照准目标并报测量数据（方位角、距离、高差） 或测得的三维坐标，记录员回报并利用编制的程序进行计算。如图所示， 首先由测得点 A1 的坐标计算 A 点至底口线偏距 L，A2 点为 A1 点在设计 边坡线 AO 上的投影，底口高程 Ho