大型互通式立交桥测量工法.docx

大型互通式立交桥测量工法中建八局第三建设有限公司张涛1. 前言近年来，随着国内基础设施工程建设快速发展，在一些高等级公路建设时，既要保证行车的 安全性、便捷性和舒适性，保证道路线形平滑顺畅，保证道路景观效果，同时又受到地形条件限制，必须最大限度地节约土地资源，所以设计时经常采用较为复杂的平曲线、竖曲线线型设计，但这同时增大了施工测量控制、线型解析计算和施测的难度，对工程测量工作提出了更高的要求。在中建八局第三建设有限公司承建的的重庆市机场专用快速路工程中，设计者就采用了多条非对称、非完整缓和曲线以及竖曲线、超高渐变等线型。其中桃子湾大型互通式立交桥的八条匝道（匝道A线-匝道H线），包含多个非完整缓和曲线线元及小半径（最小半径R=55m）回头曲线。在本工程施工测量工作中，我们依据业主提供的高精度GPS控制点，结合现场地形及设计图纸情况，精心加密复测导线控制网，结合非完整缓和曲线特性和理论进行解析计算，计算坐标值与设计逐桩坐标表给定值互差小于1mm；利用LEICA TCR802全站仪后处理软件系统及CASIO fx-5800P计算器，较为精确地进行了测设，取得了优良的测量成果。2. 工法特点 2. 1 通过控制网加密复测、线型解析计算，可以解决线型设计较为复杂的大型构筑物空间位置的解算与测设。2. 2 能适应道路工程测量野外作业的需要，可灵活设站，提高工作效率，降低外业工作强度。2. 3 为测量工作者提供了较为便捷、精准的工作方法，为类似工程的施工测量起到了借鉴作用。3. 适用范围本工法适用于各种设计线型复杂的大型互通式立交桥工程。4. 工艺原理由于大型互通式立交桥的使用功能特点和节约资源、保护环境的需要，一般设计有大量非对称缓和曲线和小半径回头曲线，而怎样合理布设控制网和对各种曲线解析计算，是测量工作中的难点和关键。为了保证大型互通式立交桥范围内的导线控制网精度，一般除了沿标段全线布设直伸形附合导线，最好在立交范围内另布设环形闭合导线，并单独平差，要求两条导线要有若干条共同边，并且其控制点点位坐标互差必须符合规范要求。通过设计图纸给定的已知条件，利用曲线的计算原理和公式，推导计算所需曲线参数，即可利用较先进的计算、测量工具来计算和测设各种复杂线型的任意点坐标。5.工艺流程和操作要点5.1工艺流程接收桩点控制网加密、复测报监理、业主审核监控测量竣工测量施工放样测量定期导线复测测量程序编制输入公司、项目部、作业区三级复核公司、项目部、作业区三级复核报监理、业主审核公司、项目部、作业区三级复核报请监理业主审核 线型解析计算5.2操作要点5.2.1控制网加密在建设单位、监理单位、施工单位共同完成桩点交接后，即进行施工现场勘查，根据现场情况加密并复测导线点。导线点加密应符合以下原则：1、点位附近不宜有散热体、测站应尽量避开高压电线等强电磁场的干扰。2、相邻点间的视线距离障碍物的距离以不受旁折光影响为原则。3、相邻边长不宜相差过大，个别边长不宜短于100米。4、相邻导线点间高差不宜大于25，特殊情况下也不宜大于30。5、每个导线点应保证两个以上的后视方向，点位选者应能控制线路和结构物位置，导线点埋设应避开施工可能影响的范围，导线点应方便使用，利于长期保存。 5.2.2控制网复测1、为保证和相邻标段准确衔接，控制网按四等精密导线要求进行复测，控制点加密采用闭（附）和导线的方式进行测量。2、使用的仪器为经检定合格的2级全站仪及配套反射棱镜，仪器的主要技术指标为测角精度2,测边精度2mm+2ppm。3、导线复测水平角方向观测6测回(测角精度不低于1.8)，每条导线边往返观测距离各二个测回。每测回间应重新照准目标，每测回应三次读数。(测距精度不低于1/60000或6mm)，天顶距观测一测回。4、测距时，一测回三次读数的较差应小于3 mm，测回间平均值的较差应小于3mm，往返平均值的较差应小于5 mm。气象数据每条边在一端测定一次。5、精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，左右角平均值之和与360的较差应小于4。6、水平角观测遇到长、短边需要调焦时，应采用盘左长边调焦，盘右长边不调焦，盘右短边调焦，盘左短边不调焦的观测顺序进行观测。7、附合精密导线或精密导线环的角度闭合差，不应大于下式计算的值。W=2mn式中m测角中误差（）；n附合导线或导线环的角度。5.2.3高程控制测量1、地面水准点选布：业主方所交的城市高等级水准点高程经复测无误后，为了施工测量方便，同时考虑到施工测量精度，经现场踏勘，根据工地现场情况和线路的需要对沿线水准点进行加密（条件许可，可与平面控制桩合并），作为工程施工高程控制的依据。并纳入原精密水准网，组成闭（附）合水准路线，同精度观测。2、高程控制测量技术规范要求：地面高程控制测量增设的水准点采用闭和路线网布置，等级为四等水准路线，其水准点控制测量按精密水准测量实施。往返误差8L mm。测量仪器采用精密水准仪、测微头、因瓦尺，能满足高程控制测量精度。精密水准测量观测的视线长度、视距差、视线高的要求（m）标 尺 类 型视线长度前后视距差前、后视 距累计差视线高度仪器等级视 距视线长度20米以上视线长度20米以下因瓦DS1601.03.00.50.3精密水准测量的测站观测限差(mm)基辅分划读数差基辅分划所测高差之差上下丝读数平均值与中丝读数差检测间歇点高差之差0.50.73.01.0精密水准的观测方法如下：往测 奇数站上为： 后前前后偶数站上为： 前后后前返测 奇数站上为： 前后后前偶数站上为： 后前前后2.1为了保证前后视距不超限，在测量时应带一把皮尺由两人专门负责量距以确保测量成果一次合格。2.2测量宜选择在早上或下午，避免在较强光线下作业。2.3两次观测高差超限时应重测，当重测成果与原测成果比较，其较差均不超过限值时，应取三次成果的平均数。精密水准测量的主要技术要求每千米高差中数中误差(mm)附和水准线路平均长度(KM)水准仪等级水准尺观测次数往返较差、附和或环闭合差(mm)偶然中误差全中误差与已知点联测附和或环 线平坦地山地2424DS1因瓦往返各一次往返各一次8L2N备注：L为往返测段、附和或环线的路线长度（以KM计），N为单程的测站数水准测量使用的仪器为经检定合格的DS1级自动安平水准仪及配套测微器、铟瓦水准尺，标称精度0.3mm/km。外业按城市四等精度施测，测段间往返观测。视线长度不大于60m，前后视距差不大于1m，累计前后视距差不大于3m，严格按照规范规定操作。3、成果处理水准网的数据处理应采用严密平差，以较高级城市水准网点为已知点，强制闭合（或附和）平差。并应计算每千米高差中误差、高差全中误差、最弱点高程中误差和相邻点的相对高差中误差。内业计算最后成果的取值应精确至毫米。5.2.4线型解析计算 在直线与圆曲线之间插入的一段半径由逐渐变化到R的曲线称做缓和曲线，它的形式有螺旋线（又称回旋线，我国普遍采用）、三次抛物线和双纽线。回旋线的基本公式为： R = A2LS式中，R: 缓和曲线上任意一点的曲率半径，在ZH点其值为，在HY点其值为圆曲线半径R； A: 回旋曲线参数，也称曲率半径变化率； LS：完整缓和曲线的全长。在完整缓和曲线的计算中，通常以直线线元与缓和曲线线元衔接点（ZH点）为原点建立平面直角坐标系进行计算，而非完整缓和曲线只是完整缓和曲线中的一段，其与上一线元的衔接点并非是ZH点，而是缓和曲线上的任意一点，也就是说它的起点半径不是，而是一个具体的数值，其曲率半径变化时由R1到R2（R1R2）或由R2到R1，但是它仍然是回旋线，所以仍具有回旋线的一切特性。要解决非完整缓和曲线的计算问题，可以将其一端延伸至曲率半径为的ZH点处，将其转换为相对应的完整缓和曲线，然后通过相应的坐标转换，就可以计算出非完整缓和曲线上任意里程的坐标数据了。如图1所示：设非完整缓和曲线回旋参数为A，起点曲率半径为R1，终点曲率半径为R2，且R1R2，非完整缓和曲线长为LS，将其曲率半径较大的一端O1端顺延至曲率半径为的O处，形成完整缓和曲线，就可以完整缓和曲线公式来推导非完整缓和曲线计算公式了。图中：O至O1缓和曲线长为： LS1= A2R1O至O2缓和曲线长为： LS2= A2R2O1至O2非完整缓和曲线长为：LS=LS1- LS2=A2R2-A2R1= A2*(1R2-1R1) A2=LS*R1*R2R1-R2由上可知，非完整缓和曲线参数：A=LS*R1*R2R1-R2图1其中A、LS、R1、R2四个参数中，只要知道任意三个数值，就可以计算另外一个。根据完整缓和曲线方程R = A2LS，可求出该非完整缓和曲线所对应的完整缓和曲线上曲率半径由到R1的弧长，即完整缓和曲线起点O至非完整缓和曲线起点O1的距离： LS = A2R1也可由此计算非完整缓和曲线上任意点的曲率半径R = A2L1+L式中：L1为完整缓和曲线起点O至非完整缓和曲线起点O1的距离 L为非完整缓和曲线起点O1至任一点P的距离设非完整缓和曲线上任意点P距其起点O1的长度为L,曲率半径为R，任意点P与起点O1的切线夹角为P（此处称为非完整缓和曲线转角），其公式推导如下：取点P微分单元，则 dL=R* d=A2L* d，上式积分，既得到弧长L所对应的非完整缓和曲线角 = L22A2 则O1=L122A2OP=(L1+L)22A2 P=OP-O1=(L1+L)22A2-L122A2=LR1+L22A2当R1R2时，则有P=LR1L22A2 上式表明，只要知道缓和曲线参数A、R1就可求出非完整缓和曲线起点切线与其上任意一点切线夹角P，也就说明如果非完整缓和曲线的起点切线方位角已知，即可计算出其上任意一点的切线方位角。如上图所示，当非完整缓和曲线为左转时： P=O1P同理当非完整缓和曲线为右转时： P=O1+P整合得： P=O1P其中缓和曲线右转角为正，左转角为负P的方向与线路前进方向一致。应注意的是，此处P的计算值为弧度值，计算时要将其转化为角度值再进行方位角的计算。求得非完整缓和曲线各项所需参数后，以其起点为原点建立直角坐标系，按照完整缓和曲线的坐标公式推导方式，可计算出非完整缓和曲线上任意一点在此坐标系中的的坐标，已知点P到O1的距离为L，则有：如果以小半径R2为原点建立平面坐标系，（L为P点O2到的曲线长）则5.2.5计算程序编制输入根据以上计算结果，可以计算和测设非完整缓和曲线上任意一点的坐标。其实在实际工作中，可以利用具有编程功能的全站仪后处理软件系统及手持计算器，将以上复杂的计算过程程序化，使得计算和测设更加准确、简便和快捷。一般平面坐标计算程序所需要的线元参数有：线元起点坐标、起点方位角、线路转向、起点终点里程和曲率半径等，所以我们只要掌握了非完整缓和曲线的计算原理，利用设计图纸信息，推导计算所需曲线参数，即可利用较先进的计算工具来计算各种复杂线形的任意点坐标了。5.2.6现场测量放样整体控制测量工作一经完成，即将各种资料以书面形式进行报验，经驻地办监理工程师复核确认后进行下道工序施工。 1 、 施工测量总要求及内容 1.1 钻（挖）孔桩施工测量 : 桩的平面布置、桩顶标高、桩底标高； 1.2 基础承台、系梁施工测量 : 承台、系梁的外形尺寸、纵横向轴线位置中心坐标及底、顶面高程； 1.3 桥墩施工测量 : 墩中心坐标、外形尺寸、垂直度、支座垫石的位置及标高； 1.4 梁部施工测量 : 根据线路横断面图、沿线路中线的纵断面图设计数据调整、梁部各部分的标高及位置。 2 、技术要求及观测方法 2.1 水平位置观测采用全站仪按一级导线测量的技术要求和精度指标进行。 2.2 垂直位移（沉降）观测采用水准仪按四等水准测量的技术要求和精度指标进行。 3 、 钻（挖）孔桩施工定位放 样及高程控制 本工程桥墩施工中，测量组将用全站仪全过程监控，随时纠正其偏差，以保证其符合设计规范要求。 3.1 桩的定位 ：在进行桩的定位测量时，根据设计桩位坐标利用全站仪极坐标法进行放样，放样出桩的中心点位置。 3.2 护筒（锁口圈梁）的定位测量 ：用全站仪先放样出桩中心位置，确定出护筒（锁口圈梁，下同）的中心点，护筒的直径比桩的直径大 30cm ，护筒顶高出原地面 30cm ，以护筒中心点在护筒四周确定出四个护桩点，四个护桩点到桩中心的水平距离大于护筒直径 2m ，并做好包桩防护，钻孔过程中利用四个护桩点测出护筒中心点，并与原设计中心点进行对比，进行调整 ，将护筒预埋完成后再次利用四个护桩点精确测出护筒中心点位置进行核对，以确保护筒预埋符合设计要求。利用四个护桩点定期校核钻孔中心及护筒偏移情况，并及时予以调整。 3.3 高程测量 ：在护筒顶确定二点并作标记，用水平仪测出该二点的高程取平均值作为最终顶标高，再用钢尺测出护筒底的高程，根据设计桩底高程计算设计孔深，钻孔过程中，对该点标高定期进行复测。 3.4 成桩中心坐标及桩顶标高测量 ：承台（系梁）基坑开挖完成，桩头按要求凿除后，测出成桩的中心点坐标并与设计坐标对比，计算误差是否达到规范要求。同时测出桩顶的高程并与设计高程对比。 4 、 基础承台、系梁及墩柱施工定位放线及高程控制 4.1 基坑开挖放样 ：在基坑开挖之前，依据基坑开挖平面图，利用全站仪进行基坑开挖放样，精确放出基坑开挖轴线，确定开挖范围，。在基坑开挖过程，随时进行标高测量，以保证基坑开挖地标高的准确。 4.2 基坑开挖完成后，浇筑垫层，并进行结构物位置的精确放样，放出结构物轴线边线及立模控制线，确定结构物位置。 4.3 承台浇筑前墩柱钢筋预埋件位置测量。承台浇筑前用全站仪放样出墩柱的轮廓线，再按照墩柱钢筋布置图放样出墩柱钢筋预埋件的位置，浇筑完成后对预埋件位置进行复测调整。 4.4 系梁、承台顶高程控制测量 ：模板验收合格浇筑混凝土前在模板上进行系梁、承台顶标高找平，浇筑完成后对顶面标高及时抄平复测检查。 4.5 在进行墩柱施工前，利用全站仪精确测量放样墩柱的轮廓线及立模控制线位置。 4.6 在进行墩柱模板安装时，其两个方向垂直度偏差符合设计及规范要求，检测方法采用悬吊铅垂线法、或用全站仪校正，确保墩身垂直度符合设计相符。 4.7 墩顶预埋件放样测量 ：首先根据帽梁轴线确定支座位置，依据支座结构图在利用全站仪精确放样，支座螺栓孔位置，利用 12 钢筋将支座螺栓孔预埋筒焊接成框架结构，与帽梁钢筋点焊连接，定位安装。在帽梁混凝土浇筑完成后，再对支座预埋孔进行复测校核。 4.8 墩顶高程控制测量 ：模板验收合格浇筑混凝土前在模板上进行墩顶标高找平并做好标记现场交底至施工班组，浇筑完成后对顶面标高及时抄平复测检查。 5 、桥梁支座及支座垫石施工定位放线 及高程控制 5.1 依据设计施工图给定的支座在盖梁上的平面几何尺寸，计算出各支座的中心点坐标，并反算出其至测站控制点的平面距离和方位角。 5.2 全站仪按极坐标法测设支座中心点于盖梁上，并将其切、法向方向线用墨线标定出来，供支座垫石施工及支座安装定位时使用。 5.3 支座垫石及支座顶面标高及水平度控制：采用 DSZ1 高精度水准仪控制支座顶面标高，所有支座安装就位后其顶面标高需与设计标高一致，其误差不得大于 2mm ，每一个支座特别是滑动支座安装就位后其上表面水平度不得大于 2mm 。 5.4 盆式支座地脚螺栓孔预埋件定位测量 ：首先根据帽梁轴线确定支座位置，依据支座结构图使用全站仪精确放样，支座螺栓孔位置，利用 12 钢筋将支座螺栓孔预埋筒焊接成框架结构，与帽梁钢筋点焊连接，定位安装。在帽梁混凝土浇筑完成后，再对支座预埋孔进行复测校核。 6、箱梁定位测量根据箱梁的设计几何尺寸，对箱梁模板平面位置及高程精确放样，至少5-10米测一个断面，并按要求留置梁底模板预拱度。模板安装完毕后，按同精度检测各部误差应小于3 mm,箱梁浇筑完成后，应同精度检测成型结构物平面位置和高程。5.2.7监控测量1、监控测量目标：控制和调整立模位置、标高，控制结构物线型平滑顺畅满足设计要求，应使桥面线型在长时间混凝土收缩徐变后仍可满足使用要求。保证结构物在施工和使用期间的安全性，同时校核理论分析的准确性。2、监测内容和信息反馈：在混凝土浇筑过程中，对支架关键部位的应力变形进行监测，确保施工安全。在梁板跨中截面及1/4跨截面均须设置监测点，测量仪器使用水准仪和全站仪，安照施工监测规范操作，并及时反馈监测数据信息，对数据异常部位分析原因，提出对应处理意见。5.2.8竣工测量1、竣工测量的内容：1.1测定桥梁中线、丈量跨径、宽度； 1.2丈量墩、台、梁板、附属结构各部尺寸； 1.3 检查各部位高程。 2、竣工测量的方法及技术要求 ：2.1 竣工测量所采用的坐标系统、高程系统及图示等应与原施工测量相同，其测量的基本方法和精度要求要与施工测量相同； 2.2 对施工过程中已变更设计的项目实测实量其实际竣工平、立面位置； 2.3 竣工测量成果超过设计及规范限差时，将通过补测或重测予以最终确认，确实证实超差时，将专题上报驻地办以便及时与设计部门、业主协商，提出整改和处理方案。 3、竣工测量成果整理 3.1 每一分项竣工测量完成后，应及时编制竣工测量成果表，编绘竣工图和单项工程竣工测量报告； 3.2 整个工程（承建部分）各分项工程施工完成并进行竣工测量后，依据分项工程竣工图编绘工程竣工测量总图。 5.3劳动组织组织结构一般为局精测队和项目经理部测量队各配置测量工程师一名，测量技术员二名，测工二名，工区测量组各配置测量技术员一名，测工二名，以满足施工现场测量的需要。测量组织机构如下图：局精测队5人 经理部测量队5人 2工区测量组3人 1工区测量组3人 6.材料与设备主要测量设备名称、数量及精度要求序号设备名称数量规格型号主要工作性能指标1全站仪32以上级2， 2mm+2PPm2全站仪1J223自动安平水准仪3DS11mm4铟瓦尺2配套配套5钢尺250m1mm7.质量控制大型互通式立交桥工程测量遵守以下列测量规范，并须符合表列技术要求：公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000公路路基施工技术规范JTG F10-2006公路勘测规范JTG C10-2007城市测量规范CJJ82008工程测量规范GB500262007建筑变形测量规程JGJ/T 82007 。精密导线测量的主要技术要求平均边长（m）导 线 总长 度（Km）每边测距中 误 差（m m ）测距相对中误差测角中误差测回数角度闭合差全长相对闭合差相邻点点位中误差（m m ）3503.561/600002.365n1/350008备注：n为导线的角度个数8.安全措施8.1施工现场按规定设置安全防护措施，测量人员进入施工现场要按规定使用安全防护用品。8.2工地所有设备，必须定期保养，保持良好的工作状态及完备的安全装备。特殊工种人员要持证上岗，禁止无证操作，无证驾驶。8.3支架、脚手架必须严格按审定的施工方案搭设，节点、支撑必须牢固可靠。8.4测量人员高空作业要设置安全网，并正确佩带安全绳和保险带。9.应用实例重庆市机场专用快速路桃子湾立交桥为八匝道互通式立交，平面线形设计较为复杂，大量使用非完整缓和曲线，通过对控制导线加密复测和对非完整缓和曲线参数计算公式推导和计算，可以解决较为复杂的道路平曲线坐标计算与测设，能适应道路工程测量野外作业的需要，可灵活设站，提高工作效率，降低外业工作强度，为测量工作者提供了较为便捷、精准的工作方法。9.1导线加密复测我们闭合导线测量控制网的平差以IV1189、IV1188为已知点，对整个控制网进行平差，并按规范规定进行精度评定。数据处理采用睿智ESDPS平差软件处理。精密导线测量平差后，测量成果表如下：闭合导线平差计算成果表点名观测角度(dms)改正数(s)方位角(dms)观测边长(m)改正数(m)边长平差值(m)坐标(m)XYZ1188259.493183654.88172000.3091189 243.0759 -0.34 322.5731 400.721 0.000 400.721 83569.442 71524.260 370.19412610k 53.2727 -0.34 196.2457 373.594 -0.001 373.592 83889.298 71282.869 325.58312611k 150.1712 -0.34 166.4209 414.220 -0.001 414.219 83530.935 71177.289 335.41312612c 181.0805 -0.34 167.5015 401.394 -0.001 401.393 83127.821 71272.563 368.12912604c19.3220-0.347.2235286.9400.001286.94182735.43871357.131336.57012605c 244.5615 -0.34 72.1851 383.340 0.001 383.341 83