第7讲 施工控制网的建立(2).ppt

工程测量学 第七讲 五 误差椭圆与相对误差椭圆的理论及应用设控制网采用参数平差的模型公式 从Qxx阵中取出相应点的元素即可计算该点的误差椭圆三参数 误差椭圆长半轴e 短半轴f以及长半轴与x轴的夹角 0 5 3施工控制网的设计 为单位权方差 实际计算时 由于子样的容量有限 所以只能求其估值 单位权中误差的平方可根据观测时所用的仪器和方法确定 5 3施工控制网的设计 求得误差椭圆的长半轴e 短半轴f和长半轴的方位角后 即可画出误差椭圆 由误差椭圆用切线垂足法 若要求 方向的误差 可垂直于该方向作椭圆的切线 则垂足与原点的连线长度即为 方向的中误差 可求得点位在任意方向的误差大小 用以判断要求的精度是否满足 当我们不需要点位相对于起始点的精度 而需要网中任意两点 I J 相对位置的精度时 可以绘出其相对误差椭圆来进行分析 5 3施工控制网的设计 其中 5 3施工控制网的设计 求得I J两点相对误差椭圆的三参数 即可在I J两点中间绘出其相对误差椭圆 它全面地反映了I J两点的相对位置精度 用切线垂足法即可求得相对点位在任意方向上的误差大小 相对误差椭圆在施工测量中应用较广 例如可用于隧道贯通误差预计 由零距离两贯通点的相对误差椭圆在贯通面上的投影长度之半即为隧道横向贯通误差 据此可对隧道施工控制网进行设计 六 控制网优化设计方法 5 3施工控制网的设计 模拟法设计又称试验修正法 对于初步确定的网形与观测精度 模拟一组起始数据与观测值 输入计算机 按间接平差原理与计算方法 组成观测值方程式 法方程式 求逆而得到未知参数的协因数阵 并计算点位误差椭圆和相对误差椭圆的参数 与要求的精度相比较 若结果太好或不满足要求 可以修改设计 1 增加或删去某些观测值 2 改变某些观测值的权 每当设计者输入修改信息后 计算机按序贯公式算出实时矩阵 并显示新的误差椭圆 5 3施工控制网的设计 由于控制网设计工作是一个试验修正的反复过程 故采用序贯算法计算实时的坐标协因数阵 一 增加或删去某些观测值后的坐标协因数阵 二 改变某些观测值的权后的坐标协因数阵 5 4施工控制网的设计 5 3施工控制网的设计 初始方案 以2 级经纬仪6测回观测全部方向 测距仪测量全部边长 其中方向观测中误差 测边精度 结果1 2两点的相对误差椭圆化为1 2方向上的误差线段 其边长中误差即为 比设计要求的精度高得多 5 4施工控制网的设计 修改设计 降低方向观测精度 以2 级经纬仪4测回观测全部方向 测量全部边长且精度不变 结果 仍比设计要求的精度高 再次修改设计 减少测量五条边长 亦即测距仪只测三条边长 方向全测 精度仍为 结果 正好满足桥轴线上边长精度8 9mm的设计要求 此设计方案即为大桥施工控制网的优化设计方案 5 3施工控制网的设计 由于模拟法设计的计算简单 易于编制设计程序 修改是通过设计人员的分析判断来进行的 因此具有灵活性与可行性 模拟计算结果除了数据以外 还可以利用计算机屏幕或绘图仪的图形 例如控制网的图形和点位误差椭圆 显示 有利于设计者的分析判断 设计可以利用 人机对话 的形式进行 模拟法的缺点是需要化较多的计算时间 优化设计方案需要设计多种方案比较或逐步趋近而获得 并且也有可能 漏掉 最优的设计方案 5 4典型工程施工控制网布设 为了将工程建筑物和构筑物的设计位置 形状和大小 可以用一系列点的平面坐标和高程来表示 在实地正确地表示出来 因此需要布设施工控制网 从整体到局部进行控制 据此进行定线 定位及高程测设等施工放样工作 施工控制网分为高程和平面控制网 高程控制网为用各种等级的水准测量测定施工场地上的一系列水准点和其他高程控制点的高程 其密度要求安放一站水准即能测设所需要放样点的高程 平面控制网的布置形式随工程建筑物的种类而有所不同 例如大型桥梁施工控制网 隧道施工控制网 水利枢纽中的大坝施工控制网 大型工厂企业施工控制网等 东海大桥起始于上海浦东南汇区的芦潮港 北与沪芦高速公路相连 南跨杭州湾北部海域 全长约32公里的曲线桥梁 大桥设计基准期为100年 其跨海长度居世界第一 东海大桥首级平面和高程控制网的建立是大桥建设基础性工作的基础 其控制网的准确性与可靠性将直接影响到整个大桥工程建设的质量甚至安危 跨海大桥是从陆上直伸到海岛上的 平面控制点分布在大陆一侧 为了满足大桥能分标段同时施工的需要 工程要求需将平面控制点传递到离大陆30km外的海岛上 然后根据施工各阶段的需求 再进行控制点的加密测量 一 桥梁施工控制网的布设 一 桥梁施工控制网的布设 一 首级控制网测量为了确保杭州湾大桥首级平面和高程控制网的正确与可靠 及时 有效地为施工放样及后期变形监测打好基础 首级平面控制网在最初建立和后续复测中 均采用全球卫星定位系统 GPS 测量技术进行测设 一 桥梁施工控制网的布设 一 桥梁施工控制网的布设 大桥工程的首级GPS控制网 在测量时为了有效联测国家控制网 将测区范围内的两个国家三角点 DA01 DAl0 作为全网的起算点 既为本网提供了位置基准和方位基准 又将本网纳入了杭州湾南岸的国家三角网 桥梁GPS网布设应与国家大地网进行联系 以便于大桥配套工程的连接 如公路 引桥 互通立交等 同时 桥梁控制网更应保证网内控制点之间相对高精度 测量时 考虑到投影带可能带来的误差 工程选用了任意带高斯正形投影平面直角坐标系 以东经122 为中央子午线 平面坐标采用1954北京坐标系 并根据坐标转换关系 与国家84坐标系 上海市城市坐标系建立了相应的转换关系 一 桥梁施工控制网的布设 在首级网的测量过程中 采用高精度双频ASHTECHGPS接收机 满足5mm 1PPM 进行同步观测 观测结束后 即将数据用随机软件下载备份 并转换为RINEX格式 GPS基线解算采用美国麻省理工大学研制的GPS精密处理软件GAMIT 起算点为上海IGS跟踪站 对于边长较短的基线成果 其边长相对精度达到10 7 相对点位精度达到毫米级 GPS网平差采用同济大学编制的GPS平差软件GPS NET 一 桥梁施工控制网的布设 二 加密控制网测量在完成首级网的测量工作后 根据工程的需要 在大陆与岛屿的等距离处 建造了A B C共3个测量平台 在平台上 建立了强制观测站墩 利用首级控制网的成果作为已知点 对平台进行了GPS测量 测量时采用GPS三等的技术要求 连续观测4小时 由于海上建造平台的稳定性受潮汐等因素的影响 加密点的稳定也直接关系到了施工的精度 并以每月1次的频率 对A B C三个平台进行了测量 共完成了10次测量 一 桥梁施工控制网的布设 一 桥梁施工控制网的布设 表5 4对A B C三个平台进行10次测量的结果 从以上数据可知 A B C三个平台上的点处于一种稳定状态 可以作为施工测量的GPS基准站 根据施工的进程 在建造好的桥墩上 也布设了加密点 其间距约1km 利用首级网的测量成果 采用GPS测量手段 用10台双频接收机同时测量 按照GPS测量三等精度要求 完成了全线的控制网加密工作 隧道施工至少要从两个相对的洞口同时开挖 长隧道的施工需要通过竖向或侧向的通道 竖井 斜井 平洞 增加工作面 加快施工进度 很多工作面同时施工时 测量人员应保证隧道最后正确贯通 隧道施工控制网分为地面网和洞内网两部分 二 隧道施工控制网的布设 一 隧道地面控制网隧道施工控制网的地面部分用以确定洞口点 竖井的近井点和方向照准点之间的相对位置 作为洞内控制网的起始数据 网的图形向隧道轴线方向延伸 布网形式常采用狭长的三角网 边角混合网 如图5 6 或环形导线网 目前一般采用GPS控制网 若采用GPS控制网除了在隧道线路上布设进 出口点以外 只要在洞口附近各布设3个及以上定向点即可 以便于在洞口用全站仪设站时定向 中间不需要布设过渡点 网形呈狭长形 二 隧道施工控制网的布设 二 隧道洞内控制网 二 隧道施工控制网的布设 隧道洞内狭长形状的空间使洞内控制网的设计没有选择的余地 而只能采用支导线的形式 为了进行检核 一般布设两个等级的导线 在掘进的同时首先布设施工导线 为掘进指明方向 为其他施工提供依据 当隧道掘进至大约1 2km时 布设边长较长的 具有较高精度的主导线 用于检核及修正施工导线 在城市地铁工程中 地下导线也常采用如图5 7所示的交叉导线 在每设置一个新的导线点时 均由两条交叉导线测得其坐标 当检