高速道路测量设计 工程测量毕业设计.doc

毕业设计题目：高速道路测量设计 班 级：学 号：指导教师：姓 名：摘要前言 3初测工作程序4第一章 工程概况 5第二章 工程测量在道路施工放样中的技术要求6第一节 工控制测量6第二节 水准量与计算11第三节附合水准路线的计算13 第四节外业数据采集17第五节 平面控制网的测量精度等级要求20第三章 桥梁工程施工放样方法与方向交汇22第一节 控制网点位中误差与精度要求 22第二节 方向交汇法在施工放样中的使用方法23第三节 实际施工测量中方向交汇法的具体应用26第四章 总结27摘要本文叙述了工程测量的放样方法在京台高速中的应用，通常使用的是极坐标放样法进行放样，其中施工放样的精度又关系着桥梁施工的质量和进度。结合实践讨论了各种方法的特点和适用环境，最后进行了精度分析。关键词： 桥梁放样 精度分析 极坐标法前言毕业实习是测绘专业教学计划中必不可少的实践教学环节， 它是所学理论知识 与工程实践的统一。在实习过程中，我以施工员的身份深入到建筑施工单位，以一个配送中心为实习场所，在项目部经理的指导下，参加工程施工工作，顺利完成了六周的实习任务。同时，也为大学毕业后从事工程时间打下良好基础。勘测策划初测工作程序： 初测工作程序框图出工准备机具设备人员配备项目总工布置工作计划安排 勘测输入 勘测任务书规程规范勘测方案勘测实施资料整理外业勘测开工准备勘测检查组织技术接口验收前检查中间检查专业协调对外联系专业分工勘测资料验收及输出第一章：工程慨况 北京至台北国家高速公路是连接我国华北、华中与东南沿海地区的重要的公路运输大通道，便捷联系北京、天津及福州与台北等城市，在国家高速公路网中居重要地位。拟建项目是京台国家高速公路河北境段，也是京津冀暨环渤海地区，河北省高速公路网和京津高速通道的组成部分其建设有利于缓解北京市出入境和过境的交通压力，是我国北方地区与港口之间能源集疏运的重要出海通道。同时，本项目还直接连京津梁大都市，有助于提升京津通道的综合运输能力。京台高速主体工程共划分为lq1-lq9共九个施工标段详见下表：合同段标段桩号长度（km）主要工程量lq1-k0+000.42.-k7+5007.5大桥1座、主线站收费、万庄服务区九州枢纽lq2k7+500-k11+3003.8永定河特大桥lq3k11+300-k15+0003.7永定河特大桥lq4k15+000-k21+9006.9曹家务互通、大桥2座lq5k21+900-k26+068.0354.168水泥搅拌桩段、永清互通、跃进渠中桥2座lq6k26+068.035-k30+268.0354.2别古装枢纽（本项目）主线部分lq7k30+268.035-k37+2506.982路基、中桥6座、别古装停车区lq8k37+250-k43+5506.3路基、码头互通、大桥1座lq9k43+550-k53+253.1379.703东安庄互通、终点收费站、大桥1座 我所在单位承包的是京台高速北京至台北高速公路廊坊段lq9九标,全线设计速度为120km/h,该标采用双向六车道,其断面组成如下:1） 六车道路基总宽度为34.5m,其中单向行车道宽3*3.75m,中间带宽度4.5m(含中央分隔带3m和两侧路缘带宽各0.75m),便道肩宽3.0m(含路缘带宽0.5m),土路肩宽0.75m. 2) 路基设计高程中央分隔带外侧边缘处路面标高,主段不设超高路段行车道和硬路肩采用2%的路拱横坡,土路肩为4%破率. 3.实习目的：3.1 理论联系实践，加深理解已学的理论知识（如测量、看图、绘图、测量平差、测量学等）；3.2 通过亲身实践，培养分析问题和解决问题的工作能力，为将来参加工作作好准备；3.3 通过实习，对测绘流程、一般民用建筑施工前的准备工作和整个施工过程有较深刻的认识。第二章 工程测量在道路施工放样中的技术要求1 .平面控制测量gps平面控制测量1）加密gps控制测量及测区控制测量布网原则加密gps控制网沿测区外围按点对布设，构成大地四边形组成的网状图形，点对的距离为1-5km左右。组成点对的两点间应互相通视，其间距应大于400m，特殊情况下不短于300m。本控制网约须布置8个gps控制点，最少须联测3个国家级四等或四等以上平面控制点，3个以上四等水准点或五等水准点，加密gps控制网采用静态作业模式。测区的加密控制测量采用实时动态gps（rtk）作业模式，布设为相互通视的点对。2）加密gps控制测量技术要求本次加密gps控制测量按国家e级网要求施测。静态测量仪器采用徕卡500系列gps接收机；动态实时(rtk)测量徕卡500系列gps接收机。gps测量解算及平差软件采用徕卡随机软件skipro 3.0.gps进行后处理及基线解算等。静态gps观测技术要求：gps测量基本技术要求规定项目卫星截止高度角同时观测有效卫星数有效卫星总数观测时段时段长度(min)采样间隔s时段中任一卫星有效观测时间(min)e级15491.0453015说明：在时段中观测时间大于15分钟的卫星为有效观测卫星。计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数。观测时长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段。使用前gps接收机应进行全面检验（内容包括一般检视，通电检验，试测检验），每年还要进行定期检验。gps定位测量所用通风干湿表与空盒气压表应定期送计量部门检验，在有效期内使用。观测时应记录各项气象元素和天气状况，雷电、风暴天气时，不进行观测。3）观测准备gps接收机在开始观测前应进行预热和静置，具体要求按接收机操作手册进行。gps天线定向标志线应指向正北，顾及地磁偏角修正后，其定位误差应不大于5。4）gps观测作业要求观测员必须严格遵守调度命令，按规定时间进行观测作业。经检查接收机电源电缆和天线等各项联结无误后方可开机。开机后经检验有关指示灯和仪表显示正常后方可进行自测试并输入测站名、观测单元和时段等控制信息。接收机启动前与作业过程中，应随时逐项填写测量手薄中的记录项目。接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及变化、存储介质记录和电源情况等，如发现异常情况或未预料到的情况，应记录在测量手薄的备注栏内，并及时报告组长。每时段观测开始及结束前各记录一次观测卫星号、天气状况、实时定位经纬度和大地高、pdop值等，当记录气象元素时，每时段气象观测应不少于3次（开始、中间、结束）。观测期间，不得在天线附近50m以内使用电台，10m以内不能使用对讲机或手机通话。一时段观测中不允许进行以下操作：接收机关闭又重新启动；进行自测试；改变卫星仰角限值；改变数据采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文件等功能健。5）数据处理数据处理采用随接收机配备的商用软件，起算坐标系采用wgs84坐标系。当采用不同类型接收机时，应将观测数据转换成同一格式，基线处理采用广播星历，双差固定解。gps观测值均应加入对流层延迟修正，对流层延迟修正模型中的气象元素采用标准气象元素模型。6）重测和补测未按施测方案要求，外业缺测、漏测或数据处理后，观测数据不能满足规定时，有关成果及时补测。对需补测或重测的观测时段或基线，具体分析原因，尽量安排一起进行同步观测。7）gps网平差在基线向量检核符合要求后，以三维基准向量及其相应方差协方差作为观测信息，以一个点的wgs84系三维坐标作为起算依据，进行gps网的无约束平差。基线分量和改正数绝对值应满足下式：vx3，vy3，vz3否则认为该基线或其附近的基线存在粗差，应在平差中采用软件提供的自动方法或人工方法剔除，直至上式满足。然后在wgs-84坐标系下进行二维和三维约束平差。最后固定各已知点的北京坐标及高程进行三维平差。8）动态gps观测技术要求：流动站距参考站的距离一般不超过3km。参考站采用静态gps控制点或国家四等以上控制点，由一参考站迁到另一参考站后应对两控制点进行检核。检核限差：x5cm；y5cm；h10cm；不允许在控制点上发展参考站。gps实时动态（gtk）测量应按规定对仪器进行检验，作业前做好星历预报，合理安排野外作业时间，作业时应按照随机操作手册进行。9）gps测量预期精度静态gps测量预期精度（相邻控制点间）：mx5cm；my5cm；mh10cm；动态gps测量预期精度（相对高级控制点：参考站）：mx5cm；my5cm；mh10cm；2.水准测量与计算依据几何原理用水准仪和水准标尺测定地面两点间高差的方法。高程测量的主要方法。用于建立国家水准网和地区高程控制网，监测地壳垂直运动，研究平均海水面变化，以及为地形测图和各种工程建设提供高程控制。 水准测量是用沿水准路线逐点向前推进的方式实施。为了测量地面上a、p两点间高差（见图），先将水准标尺r1竖立在水准点a上，再将水准标尺r2竖立在一定距离的b点上，在a、b之间安置水准仪。依据水准仪的水平视线，在标尺上分别读数，两标尺读数差就是a、b两点间的高差hab。第一站测完后，b点上水准标尺r2保持不动，a点的水准标尺r1移至c点，水准仪移至bc的中间，测得b、c两点间高差hbc，如此继续推进至p点，a、p两点间的高差hap=hab+hbc+。 水准测量原理示意图 水准测量首先是选定水准路线和埋设水准标石。水准路线应选在坡度小的交通线上，水准点位置应选在能保证标石稳定，长期保存并便于观测的地点。中国国家水准点上的标石分为基岩水准标石、基本水准标石和普通水准标石3种。基岩水准标石埋设在一等水准路线上，大约每隔500千米一座，作为研究地壳垂直运动的依据。基本水准标石埋设在一、二等水准路线上，每隔60千米左右一座，用于长期保存水准测量成果和研究地壳垂直运动。普通水准标石埋设在各等水准路线上，每隔26千米一座，直接为地形测图和各种工程建设提供高程控制。 精密水准测量必须用带测微器的精密水准仪和膨胀系数小的因瓦水准标尺，以提高读数精度、削弱温度变化对测量结果的影响。仪器至标尺的距离约在3560米，且距前后标尺的距离基本相等，同时采用完善的观测程序，以削减水准仪残余的微小倾斜带来的影响和大气折光影响。 水准测量结果须按所采用的高程系统加入必要的改正，以求出精确的高程。水准测量记录格式表测点后视(m)前视(m)高差高程(m)备注bm2tp1tp2tp3bm4校核计算a=b=(h)=(h)=abhhbm4hbm23.附合水准路线的计算bmabmb 下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，a、b为已知高程的水准点，1、2、3为待定高程的水准点，h1、h2、h3和h4为各测段观测高差，n1、n2、n3和n4为各测段测站数，l1、l2、l3和l4为各测段长度。现已知ha65.376m，hb68.623m，各测段站数、长度及高差均注于图中。h11.575mh22.036mh31.742mh41.446mn18l11.0kmn212l21.2kmn314l31.4kmn416l42.2km123附合水准路线示意图1）填写观测数据和已知数据将点号、测段长度、测站数、观测高差及已知水准点a、b的高程填入附合水准路线成果计算表中有关各栏内 2）计算高差闭合差根据附合水准路线的测站数及路线长度计算每公里测站数（站/km）16（站/km）故高差闭合差容许值采用平地公式计算。等外水准测量平地高差闭合差容许值whp的计算公式为： 因|fh|fhp|，说明观测成果精度符合要求，可对高差闭合差进行调整。如果|fh|fhp|，说明观测成果不符合要求，必须重新测量。3）调整高差闭合差高差闭合差调整的原则和方法，是按与测站数或测段长度成正比例的原则，将高差闭合差反号分配到各相应测段的高差上，得改正后高差，即 或 式中 vi第i测段的高差改正数（mm）； 、水准路线总测站数与总长度； ni、li第i测段的测站数与测段长度。本例中，各测段改正数为：计算检核： 将各测段高差改正数填入表2-6中第5栏内。4）计算各测段改正后高差各测段改正后高差等于各测段观测高差加上相应的改正数，既 式中 第i段的改正后高差（m）。本例中，各测段改正后高差为：计算检核： 将各测段改正后高差填入表中第6栏内。5）计算待定点高程根据已知水准点a的高程和各测段改正后高差，即可依次推算出各待定点的高程，即计算检核： 最后推算出的b点高程应与已知的b点高程相等，以此作为计算检核。4.外业数据采集 全站仪为徕卡公司的402仪器，以其性能指标如下： 测角精度2秒 测距精度2+2ppm 1）坐标系统 平面采用北京54坐标系3度带坐标，投影带中央子午线经度为115度。 高程基准:黄海高程系。 2）技术依据 本工程执行国家质量技术监督局2001-03-05发布的全球定位系统gps测量规范（国家标准gb/t18314-2001）；地形测量图式执行国家质量技术监督局1995-09-15发布的1：5001：10001：2000地形图图式。（国家标准gb/t7929-1995）. 中华人民共和国国家标准.三、四等水准测量规范(gb12898-91)国家技术监督局颁发3）图根点的确定 确定图根时尽量利用已知的国家高级点。也可自行根据实际情况定图根点。本测区内利用高级点1个，自己埋设的图根点有22个。4）数据采集作业过程 遵循“从整体到局部”、“先控制后碎部”、“由高级到低级”、“步步有检核”的原则。每次作业顺序为： 1.确定测站点。确定测站点时，要尽量保证大的可视区域，同时还要保证有可通视的已知点。所以，在实际作业时一般将测站点定在较高的坡或山顶，以避免经常迁站。 2.架设仪器。架设仪器时，要保证仪器架稳，一般是将三脚架的腿间距稍微放大些，保证平稳。角度过大将导致全站仪过低，给观测带来不便，同时也影响观测员的行动；角度过小时全站仪放置不稳，存在仪器损害的潜在危险。观测前要进行仪器的校验，对准已知点，以保证数据均为可信数据。检查中心连接螺旋是否旋紧，对中、整平、量取仪器高、开机。按提示输入测站点点号及固定坐标、仪高，后视点点号及、坐标、镜高，仪器瞄准后视点，进行定向检测。仪器定向后，即可进入“测量”状态，输入所测碎部点点号、镜高后，精确瞄准竖立在碎部点上的反光镜，按“回车”键，仪器即测量出棱镜点的坐标，并将测量结果保存到前面输入的坐标文件中，同时将碎部点点号自动加1返回测量状态。再输入镜高，瞄准第2个碎部点上的反光镜，按“回车”键，仪器又测量出第2个棱镜点的坐标，并将测量结果保存到前面的坐标文件中。按此方法，可以测量并保存其后所测碎部点的三维坐标。3.立棱镜，测量读数。立镜时要保证镜竿尽量竖直，每个碎布点保持间距20-25米左右。实际碎部点间距大多在20米左右，符合精度要求。全站仪能够自动保存数据，读数较快。一般有三到四人负责立棱镜，其中三人同时立镜。 4.记录。本次外业数据采集作业采用的是无码作业，这种方法的优点是采集数据速度快，缺点是只能是采集数据，无法对数据的性质进行分类记录，所以在观测同时要进行草图的勾绘，如：山脊线、山谷线、探槽等特殊数据就要在草图上记录下来，以便内业作业。一般由一人主测，另一人勾绘草图 5.测站点检验及校和。在测量完仪器能测量范围后或迁站时，要进行一次测站点检和。检和方法为：重测某一已知点（一般为后视控制点），检验两次误差是否符合技术要求。如果误差超出范围则所测数据有误。 6.在平原地区，野地地形较简单，但主要沟坎不可放过，因地势较平坦，高程点可以稀一些，但有明显起伏的地方，高处应延坡走向有一排点，坡下有一排点，这样画出的等高线才不会变形，画上沟坎后，等高线钻进沟坎，这样等高线才不会相交。平原地区的房屋应在一排房的两边控制，不可以用短边两点和长边距离画房，那样误差太大。有必要时该上房则上房，可以得到事半功倍的效果。有些地方无法看到，可用仪器把周围打出来，里面的用钢尺量，不要以为钢尺量的不准，实践证明，量出来的和测的一样准，而且可以提高效率。测图时一定要注意电杆的类别和走向以及是否有地下接口。有的电杆上边是输电线，下边是配电线或通讯线，应画主要的。成行的电杆不必每一个都测，可以隔一根测一根或隔几根测一根，因为这些电杆是等间距的，在做内业时可用等分插点画出，精度也很高，但有转向的电杆一定要测。道路要测一边，量出路宽，这样画出来才好看。地下光缆不可放过，但有些光缆，例如国防光缆须经某些部门批准方可在图上标出。 7.在测山区时，主要是地形，但并不是点越多越好，做到山上有点，山下有点，确保山脊线，山谷线等地性线上有足够的点，这样画出的等高线才想且不变形。在山区特别是在半山腰建的房子，要把周围的大坎画出，这样在图上才可看出房屋是一层层的，有立体感。在山区测图最好在山顶或半山腰设站，这样可以减少搬站，效率高。 8.测量员要对各种地形地物有一个总体概念，知道什么地物由几个点画出，一般点壮物一个点，线壮物两个点，圆形建筑物三个点，矩形建筑物四个点这也是对测图软件的熟悉程度。 9.碎步草图，在山区要和地形联系起来。房屋相对位置要画好，这样回去后便于处理内业和查错。有写地物如电杆，井盖，可提出单独画，会使草图清晰不乱。 10.在碎步测量支站时，有时站支的太远，定向要跑很远，为了避免这样，你可以一下支出两站，让两站较进，一个做摆站点，一个做定向点。 11.有些全站仪，如苏一光，在换电池后须重新定向，但跑尺的正在另一个山上或很远，再去定向很费时费事，你除了可以在搬站时换电池，还可以在电池快没电之前，先测一个点，然后换下电池，再用测的这个点定向，问题就解决了。5）特殊地物的测量 测区内的主要特殊地物有：居民地、牲口棚、大车道、铁丝网。 居民地：居民地内主要地物为四点民房，可采用测三点法，草图记录点号。 牲口棚测法与四点民房相同。 大车道：大车道的方法为测道路中线，量宽度，记录点号。大车道测量时，在直道是可较长距离测一点，拐点处必测。 第五节 平面控制网的测量精度等级要求利用极坐标法或坐标法进行施工测量 , 可以解决了某些墩台轴线护桩难以测设的问题 , 加快了外业工作速度 , 减少了外业工作的劳动强度。同时 , 这种方法还可以将整个大桥的所有墩位纳入同一个整体网中 , 避免了个别墩位发生偏移的可能性 , 实践表明 , 此方法是一种行之有效的施工测量方法。公路桥涵施工技术规范（ jtj 041-200 ）的 3.2.1 条要求：桥墩中心线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于 15mm 。根据桥梁长度的不同，其相对中误差也不一样。平面控制网的测量等级按桥长的不同分为五个级别的测量等级。等级二等三角三等三角四等三角一级小三角二级小三角桥位控制测量 5000m的特大桥20005000m的特大桥10002000m的特大桥5001000m的特大桥500m 的大、中桥平均边长3km2km1km0.5km0.3km测角中误差 1.0” 1.8” 2.5” 5.0” 10.0”起始边边长相对中误差 1/250000 1/150000 1/100000 1/40000 1/20000最弱边边长相对中误差 1/120000 1/70000 1/40000 1/20000 1/10000测量精度高于放样精度，在放样后，需更换基站点和后视点对放样点进行测量，检核放样点位。第三章 桥梁工程施工放样方法与方向交汇法第一节 控制网点位中误差与精度要求极坐标放样法各个阶段的误差对放样点位的影响值可以按如下方法分别计算（采用测角精度 2” ，测距精度 3mm +2ppm 的全站仪）：1、 控制网点位中误差对放样点位的影响值 m1 。设测站 a 的点位中误差为 mxa 、 mya 。若不考虑 mxa 、 mya 的互协差，则其对放样点位的影响值为： 2、 用全站仪测设角度，主要误差来源包括仪器的对中误差 mr 和角度测设中误差 m 。由于主要平面控制点一般采用强制对中，故对点精度可以取 1.0mm ，加上角度测设中误差 m 对放样点位的影响，可按下式计算： 式中： ”: 以秒为单位的角度； m ：单位为秒； l ：为测站点到放样的水平距离。3、 放样距离 l 的测量误差对放样点位的影响值，通常采用全站仪的标称精度（bmm+amm ， 1ppm=1mm/km ）来计算距离放样误差对放样点位的影响，具体计算公式如下： 式中： a- 固定误差， mm ；b- 比例误差系数，以 10-6 为单位或以ppm（百万分率）代替 10-6 ；l- 距离值， km 。当空气温度测定精确到 1 ，大气压测量精确到 300pa ，相对湿度测定精确到 20% ，则距离测量的精度可达到 3mm +2ppm ，因此取 a=3 ， b=2 代入式计算此项影响。综上所分析，根据测量误差传播定律，放样点的点位误差可按下式计算： 由式可知放样点离开测站点愈远，则放样的误差愈大，根据一般桥梁放样最大边长 700m 及最不利因素，可推算平面点位总误差 m 总。m 总 =因此采用常见的测角精度 2” ，测距精度 3mm +2ppm 的全站仪按最不利因素考虑都可以满足公路规范要求：桥墩中心线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于 15mm 。如需更高精度，可以提高测量控制网精度（减少测站的点位中误差和提高起始边的精度）和使用更高精度的测量仪器。在同样测量设备和测量条件下，坐标法与极坐标法只是计算公式的差异，精度基本上与极坐标法一致。第二节 方向交汇法在施工放样中的使用方法两点方向交会法的定位方法及精度作简单的分析。假设现有两已知点 a 、 b ，须定位待定点 c 。（如下图图1）c 点坐标已知，先进行内业计算，用余切公式 ：图2反算出 a 、 b 的值，或直接用坐标反算公式，算出边 ac 、 bc 的方位角。在外业实际操作中，在两已知点同时架设经纬仪，相互后视定向，然后将经纬仪分别旋转 a 、 b ，或将经纬仪拨至边 ac 、 bc 的方位角，此时两经纬仪视线的交点就是待定点 c 。方向交会法的定位误差与待定点 c 相对于已知点 a 、 b 的位置有关。根据计算待定点坐标的计算过程来分析定位精度，（从两已知点 a 、 b 及夹角 a 、 b 来计算待定点 c 的坐标，与已知待定点 c 的坐标反求出夹角 a 、 b 再在现场定出待定点 c ，其计算原理与公式是一样的。所以放样与求待定点的精度求算是一样的。）已知 ab 的边长 s 及 a 、 b 的值，先求 ac 的长度 b 及坐标方位角 ac, 然后按坐标正算公式求 c 点的坐标，即 图3式中 b 、 ap不是直接观测值，可由下式计算 图4将（ b ）式代入（ a ）式并对 a 、 b 取微分并转为中误差为 : 图5 设 m a=m b=m, 表示测角中误差，待定点点位中误差为：（不考虑两已知点的点位误差） 图6现在就上式分析待定点相对于已知点的位置不同时，交会待定点的精度变化情况。分两种情况加以分析。第一种待定点在过 a 、 b 、 c 三点所作圆的圆周上，此时所有在圆周上交会点的交会角均相等，即点位中误差公式中分母不变， mc 的大小只与分子有关，将其求导分析后得知，在 ab 已知边 s 和测角中误差 m 一定的条件下，当 a= b 时，交会角 c 90 时， mc 最大；交会角 c 90 时， mc 最小；交会角 c=90 时， c 点在圆周上的任何位置 mc 值都不变。第二种待定点 c 在 ab 连线的垂直平分线上（即对称交会），此时 a= b ，进行求导分析后，得 图7当满足上式时，求得 mc 的值必将是最小值。求得 a= b=3 5 15 52 ，即在交会角 c=109 28 16 时 mc 值最小，待定点在这个位置的精度最高。综合两种情况，交会点的位置最宜与选在与已知点构成等腰三角形，且交会角要大于 90 ，最佳位置为 109 ; 当交会角小于 90 时，靠近已知点的位置较好，而不宜与已知点构成等腰三角形。 第三节 实际施工测量中方向交汇法的具体应用 以上分析的理论条件下的定位精度情况，在实际生产中，往往不能达到这种条件要求，不同的情况下对定位要求也不一样。譬如在桥梁施工测量中，用方向交会法定位水中墩时，分为两种情况。一种是置镜点位于同一河岸桥中线上下游两侧的对称交会，另一种是置镜点位于桥轴线同一侧（即在桥轴线同一侧的两岸）交会，这两种情况下对交会角的要求是不