石武客专培训教材之2(测量方法与精度要求)

,线下工程沉降变形测量方法与标准,石武客运专线,中铁二院工程集团有限责任公司,3.0沉降变形测量3.1测量等级及精度要求3.2变形监测网技术要求3.3沉降变形测量点的布置要求3.4测量工作基本要求3.5测量工作具体要求3.6电子水准仪的数据格式说明3.7附：基准点与工作点信息表,培训内容,一、沉降变形观测的总体原则,二、沉降变形观测的开展三、沉降变形测量方法及精度要求,线下工程沉降变形测量方法与标准,变形观测与分析评估是一项系统工程，涉及到设计措施与计算，施工过程中的实施监测，无砟轨道铺设条件的评估，运营期间的观测验证，因而，沉降变形观测及评估系统在石武客专建设中具有十分重要的意义。为确保最终沉降和工后沉降受控，合理确定无碴轨道的铺设时间，沉降变形观测的总体原则为：重点路基，兼顾桥隧，立体监控，信息化监测，快速传递数据，成果可控。实施过程中重点做到“数据精确、准确、可靠、及时、连续”，加强过程控制，规范元器件的埋设和保护。,沉降变形观测的总体原则,沉降变形观测的开展,（1）要求各施工单位、监理单位按照京沪沉降评估细则相关要求，结合各自标段实际观测工作量：配够专业观测人员，要求测量监测人员必须持证上岗；对于监理平行观测工作需要配置较高技术素质的测量人员；制定了相关人员的培训和管理制度，保证专业测量人员的相对稳定，掌握观测技术标准与要求，并给予相应的待遇。,落实观测人员及观测设施、仪器设备,沉降变形测量方法与标准沉降变形观测的开展,（2）要求各施工单位配备了相应的监测仪器设备，包括元器件、电子测试系统和精密测量仪器，并满足沉降变形观测精度要求：对于成熟的、可靠的测量设备，采用高精度的电子水准仪，并按规定进行标定合格，在观测启动前，施工单位应经监理单位进行检查验收，以确保测量工作具备合格的工作基础；如对于单点沉降计、剖面沉降管数量较大，技术指标、工作性能要求较高的元器件、监测仪器，按照建设程序进行了采购配置。,落实观测人员及观测设施、仪器设备,沉降变形测量方法与标准沉降变形观测的开展,（1）施工单位在实施过程中应规范观测元器件、观测点埋设、保护措施和奖惩制度，加强其预防保护，以防止出现观测桩和元器件的损坏和失效，从而造成观测点和数据的缺失及不连续性。是施工过程加强控制的重点。（2）在观测过程中，规范测量技术操作与记录，及时整理测量数据，保证原始测量记录与观测汇总表中数据的一致性，并及时报监理单位核对确认，是保证数据准确的基础。（3）工作基点应定期与水准基点进行复核，当观测数据连续出现异常时应及时复测核对。,加强过程控制，保证观测数据的连续性、准确性、可靠性,沉降变形测量方法与标准沉降变形观测的开展,（4）在观测过程中，应做好一些重点信息的记录，如对架梁、运梁车通过施工荷载的记录，天气情况，地下水影响情况的记录，利于对结构变形特性的分析和异常数据的分析。（5）在实施过程中对观测数据的异常现象，异常点及时分析原因，做好记录，并采取措施。（6）监理单位在施工单位沉降观测实施过程中，严格进行平行观测，切实加强监督、检查及观测数据的及时核对工作，真正在实施过程中起到监控作用，保证观测数据的可靠性。,加强过程控制，保证观测数据的连续性、准确性、可靠性,沉降变形测量方法及精度要求,3.0沉降变形测量3.1测量等级及精度要求3.2变形监测网技术要求3.3沉降变形测量点的布置要求3.4测量工作基本要求3.5测量工作具体要求3.6电子水准仪的数据格式说明3.7附：基准点与工作点信息表,3.0沉降变形测量,1、石武客运专线线下工程沉降变形观测工作以路基、桥梁、隧道等建（构）筑物的垂直位移观测为主，水平位移监测根据路基（含过渡段）、桥涵、隧道工点具体要求确定。2、石武客运专线工程测量的高程系统应采用1985国家高程基准。,监测网的坐标系和基准的选取遵循以下实际准则：变形体的范围较大且形状不规则时，可选择已有的大地坐标系统。其好处是已知系统的归化和投影改正公式，另一方面监测网也可得到检查。将监测网与已有的大地网连测或将大地控制网点直接作为参考点的方法可实现坐标系及基准的确定。,3.0沉降变形测量,3、结构物的变形监测应充分利用线路已有的CPI、CPII和水准基点作为水平和垂直位移监测的基准点或工作基点，建立独立的变形监测网。4、用全球卫星定位系统（GPS）测量时，应符合铁道部现行全球卫星定位系统铁路工程测量技术的有关规定。,3.1测量等级及精度要求,本线沉降变形测量按变形监测三等精度等级规定执行，对于技术特别复杂工点，可根据需要按变形监测二等精度等级的规定执行。表3.1.1测量等级及精度要求,3.2变形监测网技术要求,1、垂直位移监测网建网方式：线下工程垂直位移变形监测一般按变形监测三等精度等级的要求（等同于国家二等水准测量要求）进行施测，根据沉降变形测量精度要求高的特点，以及标志的作用和要求不同，垂直位移监测网用分级布网逐级控制等精度的方法布设。,3.2变形监测网技术要求,（接上页）对于技术特别复杂、垂直位移监测沉降变形测量等级要求二等及以上的重要桥隧工点，应独立建网，并按照国家一等水准测量的技术要求进行施测或进行特殊测量设计。,3.2变形监测网技术要求,2、垂直位移监测网主要技术要求按下表：,注：n为测段的测站数,表3.2.2垂直位移监测网技术要求,3.2变形监测网技术要求,3、水平位移监测网建网方式：一般按独立建网考虑，根据沉降变形测量等级及精度要求进行施测，并与施工平面控制网进行联测，引入施工测量坐标系统，实现水平位移监测网坐标与施工平面控网坐标的相互转换。,3.2变形监测网技术要求,4、水平位移监测网主要技术要求：本线水平位移监测按变形监测三等精度要求规定执行，对于技术特别复杂工点，可根据需要按变形监测二等精度要求的规定执行。,3.2变形监测网技术要求,表3.2.4水平位移监测网技术要求,3.2变形监测网技术要求,表3.2.4水平位移监测网技术要求,3.3沉降变形测量点的布置要求,1、沉降变形测量点分为基准点、工作基点和沉降变形观测点三类，其布设按下列要求：（1）基准点：要求建立在沉降变形区以外的稳定地区，基准点可使用全线二等高程控制测量网中布设的基岩点、深埋水准点、二等水准点，若线路中基准点数目不够，应根据需要加埋基准点，并进行联测。,(接上页)基准点标石埋设规格应符合图3.3.1的规定。,注：1盖；2砖；3素土；4贫混凝土；5冻土线,图3.3.1基准点标石埋设图（单位：mm）,埋石在现场浇灌，挖坑后底部要夯实，先浇灌底部，待基本凝固后再用模板浇灌上部，并插入不锈钢标心，保持标心垂直和半球露出混凝土（约12厘米）。每个水准点埋设后，绘制点之记图。在水准点标石埋石中应对部分标石的坑位、标石浇灌进行照相记录。影像文件名与水准点号对应。标石编号用字模压制，字头朝前进方向，即朝上海方向，并用红油漆填写字体。,3.3沉降变形测量点的布置要求,（2）工作基点：要求这些点在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程的传递点。工作基点除使用线路基准点外，应按照国家二等水准测量的技术要求进一步加密水准基点或设置工作基点至满足工点垂直位移监测需要。加密后的水准基点（含工作基点）间距控制在200m左右为宜，基本能够保证线下工程垂直位移监测需要。,3.3沉降变形测量点的布置要求,（3）沉降变形点：直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。,3.3沉降变形测量点的布置要求,2、基准点的检测监测网基准点和工作点由于自然条件的变化，人为破坏等原因，不可避免的有个别点位会发生变化。为了验证监测网基准点和工作点的稳定性，应对其进行定期检测。本次技术方案设计垂直位移监测网的观测分为首次观测和施工过程中的定期复测，定期复测按每半年进行一次，并结合精测网复测进行。,3.3沉降变形测量点的布置要求,2、基准点的检测（接上页）在区域沉降地区应根据沉降速率适当增加复测次数，每季度进行一次复测。沉降变形点的监测频率应根据被监测变形体的沉降速率在各单位工程沉降变形观测实施细则中已制定。,3.3沉降变形测量点的布置要求,3、每个独立的监测网应设置不少于3个稳固可靠的基准点。基准点应选设在沉降变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。,新增水准点标石及标心与CPI、CPII相同。埋石在现场浇灌，挖坑后底部要夯实，先浇灌底部，待基本凝固后再用模板浇灌上部，并插入不锈钢标心，保持标心垂直和半球露出混凝土（约12厘米）。每个水准点埋设后，绘制点之记图。在水准点标石埋石中应对部分标石的坑位、标石浇灌进行照相记录。影像文件名与水准点号对应。标石编号用字模压制，字头朝前进方向，即朝上海方向，并用红油漆填写字体。,C级点（CPII）下底40X40cm，上底30X30cm，高60cm。,3.3沉降变形测量点的布置要求,4、工作基点应选在比较稳定的位置。对观测条件较好或观测项目较少的项目，可不设立工作基点，在基准点上直接测量沉降变形观测点。(注：前提为基准点的数据足够多。),3.3沉降变形测量点的布置要求,5、在区域沉降地区内，应对工作基点的沉降量进行定期与不定期的监测，当沉降量超过限差时，应对沉降变形观测点的沉降观测量进行修正。（何时做定期，何时做不定期的测量，如何使用新基准点高程？）,桥梁墩台水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设于墩台两侧，水准路线观测示意图如图3.3.2所示：,桥墩观测点,工作基点,观测方向,图3.3.2桥梁墩台沉降观测点位布设及水准路线观测示意图,桥梁梁部徐变水准路线观测按二等水准测量精度要求形成闭合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如图3.3.3所示,其中测点1，2，3，4构成第一个闭合环，测点3，4，5，6构成第二个闭合环。,梁体观测点,观测方向,图3.3.3桥梁梁部徐变沉降观测点位布设及水准路线观测示意图,隧道水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设于观测断面隧道内壁两侧，水准路线观测示意图如图3.3.4所示：,隧道内壁观测点,工作基点,往测路线,图3.3.4隧道沉降观测点位布设及水准路线观测示意图,返测路线,路基水准路线观测按二等水准测量精度要求形成附合水准路线，沉降观测点位布设及水准路线观测示意图如图3.3.5所示：,沉降桩观测点,工作基点,观测方向,沉降板观测点,图3.3.5沉降观测点位布设及水准路线观测示意图,3.4测量工作基本要求,1、水准基点使用时应作稳定性检验，并以稳定或相对稳定的点作为沉降变形的参考点，并应有一定数量稳固可靠的点以资校核。2、每次观测前，对所使用的仪器和设备应进行检验校正，确保仪器的各项指标参数附合测量要求，并保留检验记录。,3.4测量工作基本要求,3、每次沉降变形观测时应符合：（1）严格按国家二等水准技术要求施测。沉降监测网的首期观测（“零周期”）要求往返观测2次，其余各期往返观测1次；沉降变形点的首期观测（“零周期”）要求往返观测1次，其余各期单程观测1次；并取观测结果的中数作为变形测量初始值。（2）参与观测的人员必须经过培训才能上岗，并固定观测人员。,3.4测量工作基本要求,（3）为了将观测中的系统误差减到最小，达到提高精度的目的，各次观测应使用同一台仪器和设备，前后视观测最好用同一水平尺，必须按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线必须形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。,实行“五固定”即“固定水准基点、工作基点、固定人、固定测量仪器、固定监测环境条件、固定测量路线和方法”，以提高观测数据的准确性。,3.4测量工作基本要求,（4）观测时要避免阳光直射，且在基本相同的环境和观测条件下工作。（5）成像清晰、稳定时再读数。（6）随时观测，随时检核计算，观测时要一次完成，中途不中断。,3.4测量工作基本要求,（7）对工作基点的稳定性要定期检核，在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动，在区域沉降地区每次对沉降变形观测点进行观测前、后都应对工作基点的稳定性进行检核，如果工作基点的沉降量超过限差范围，应采用新基准点高程对观测数据进行平差计算后进入评估录入系统。,3.4测量工作基本要求,4、针对矮桥墩、异型桥墩，尺子不能直立的情况，施工单位及监理单位应考虑采用定制短尺的方法，或倒尺的方法进行。(举例：京沪北段，一、二、三标段均为异形墩，施工单位均定制短尺进行观测。),3.5测量工作具体要求,1、水准网的观测按照国家二等水准施测，采用单路线往返观测。每次观测均形成闭合检验条件。,返测,往测,3.5测量工作具体要求,（接上页）根据国家一、二、三等水准测量规范，往返测高差不符值、环闭合差和检测高差较差的限差应不超过表4.5.1的规定。,表4.5.1往返测各项限差要求,注：K测段，区段或路线长度，km;L附合路线长，km;F环线长度，km;R检测测段长度，km,3.5测量工作具体要求,2、水准仪使用DS05或DS1型电子仪器，仪器及配套水准尺均应在有效合格检定期内。水准仪与水准尺在使用前及使用过程中，经常规检校合格，水准仪视准轴与水准管轴的夹角均不超过15。仪器各种设置正确，其中有限差要求的项目按规范要求在仪器中进行设置，并在数据采集时自动控制，不满足要求的在现场进行提示并进行重测。,3.5测量工作具体要求,3、外业测量一条路线的往返测使用同一类型仪器和转点尺垫，沿同一路线进行。观测成果的重测和取舍按国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）二等水准有关要求执行。观测时，视线长度50m，前后视距差1.5m，前后视距累积差6.0m，视线高度0.5m，测站限差：两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6mm，检测间歇点高差之差1.0mm，观测读数和记录的数字取位：使用数字水准仪读记至0.01mm。,3.5测量工作具体要求,4、观测时，一般按后-前-前-后的顺序进行，对于有变换奇偶站功能的电子水准仪，按以下顺序进行：（1）往测：奇数站为后前前后偶数站为前后后前（2）返测：奇数站为前后后前偶数站为后前前后,3.5测量工作具体要求,BFFBaBFFB,3.5测量工作具体要求,5、每一测段形成前均以偶数测站结束（针对本线，应放宽要求）。晴天观测时给仪器打伞，避免阳光直射；扶尺时借助尺撑，使标尺上的气泡居中，标尺垂直。,3.5测量工作具体要求,6、观测前30min，将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；对于数字式水准仪，进行不少于20次单次测量，达到仪器预热的目的。测量中避免望远镜直接对着太阳；避免视线被遮挡，遮挡不超过标尺在望远镜中截长的20%。观测时用测伞遮蔽阳光，对于电子水准仪，施测时均装遮光罩。,3.5测量工作具体要求,7、自动安平水准仪的圆水准器，严格置平。在连续各测站上安置水准仪时，使其中两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧。除路线拐弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，一般为接近一条直线。,3.5测量工作具体要求,8、观测过程中为保证水准尺的稳定性，选用2.5kg以上的尺垫，水准观测路线必须路面硬实，观测过程中尺垫踩实以避免尺垫下沉。同时观测过程中避免仪器安置在容易震动的地方，如果临时有震动，确认震动源造成的震动消失后，再激发测量键（激发测量键以前，应检查仪器是否整平，水准气泡是否居中）。水准尺均借助尺撑整平扶直，确保水准尺垂直。,3.5测量工作具体要求,9、当相邻观测周期的沉降量超过限差或出现反弹时，应重测并分析工作基点的稳定性，必要时联测基准点进行检测。对于宽度较宽的河、湖水中的沉降测量，按照国家一、二等水准测量规范（GB/T12897-2006）跨河水准测量要求进行观测。,3.5测量工作具体要求,10、数据处理时，闭合差、中误差等均满足要求后进行平差计算，水准路线要进行严密平差，选用经鉴定合格的软件进行。11、成果数据按细则要求的统一格式录入线下工程沉降变形观测和评估数据库。,3.5测量工作具体要求,12、元件保护要求（1）各工程项目部应成立专门小组，进行元器件的埋设、测量和保护工作，小组人员分工明确，责任到人。（2）元件埋设时应根据现场情况进行编号，有导线的元件应将导线引出至路基坡脚观测箱内。,测量点位埋设与保护非常重要，要高度重视,3.5测量工作具体要求,12、元件保护要求（3）凡沉降板附近一米范围内土方应采用人工摊平及小型机具碾压，不得采用大型机械推土及碾压，并配备专人负责指导，以确保元器件不受损坏。（4）各施工队应制定稳妥的保护措施并认真执行，确保元器件不因人为、自然等因素而破坏，元器件埋设后，制作相应的标识旗或保护架插在上方。路堤填筑过程中，派专人负责监督观测断面的填筑。,3.6电子水准仪的数据格式说明,DNA03和DNA10导出的数据标准格式有GSI-8、GSI-16和XML，常用数据文件格式为.GSI仪器可以将数据转换成多种格式，其中将GSI-8、GSI-16和XML作为标准格式，另外还允许输入三种用户自定义格式。用户自定义格式对于输出数据有较大的灵活性，即使像外业记录簿的格式也能直接从仪器产生。,1、LeicaDNA03和DNA10,2、Leica数据标准格式有XML、GSI-8和GSI-16,3、Leica用户自定义格式输出数据文件,以BF测量模式为例：,Line:1/BF=Date:05.12.2001/Time:10:03:22Staff1:-/Staff2:-=PointIDTypeStaffDistancePt.HeightRem-1Back1.6107628.77-1Fore1.5130630.610.098-1Back1.5597613.49-2Fore1.5702611.570.087-2Back1.6482718.89-3Fore1.5917918.760.144-3Back1.6249819.53-,=PointIDBacksightIntmdtForesightdeltaHDistancePointHgt.-StartPtID10.00011.6107628.7711.51306+0.0977030.610.09811.5597613.4921.57026-0.0105011.570.08721.6482718.8931.59179+0.0564818.760.144,Staff1:-/Staff2:-=PointIDBacksightFore/Intm.RiseFallDistancePt.Height-StartPoint10.00011.6107628.7711.51306+0.09770+30.610.09811.5597613.4921.57026+-0.0105011.570.08721.6482718.8931.59179+0.05648+18.760.144,列表类型,野外手簿类型,升高-降低类型,4、Trimbledini03和dini12c,Trimble电子水准仪导出数据文件格式为.dat数据文件如下所示：,注：要求各施工单位和监理单位需提供原始的数据观测文件。,ForM5|Adr1|TOz0706.dat|ForM5|Adr2|TOStart-LineBFFB3|ForM5|Adr3|KD1BM215A3|Z0.00000m|ForM5|Adr4|KD1BM215A07:30:4813|Rb1.83497m|HD8.638m|ForM5|Adr5|KD1107:32:0613|Rf1.55004m|HD7.868m|ForM5|Adr6|KD1107:32:4013|Rf1.55018m|HD7.884m|ForM5|Adr7|KD1BM215A07:33:0313|Rb1.83483m|HD8.639m|ForM5|Adr8|KD1107:33:033|Z0.28479m|ForM5|Adr9|KD113|Sh0.28479m|ForM5|Adr10|KD2113|Db8.64m|Df7.88m|Z0.28479m|ForM5|Adr11|TOEnd-Line3|ForM5|Adr12|TOStart-LineaBFFB4|ForM5|Adr13|KD1BM215A4|Z0.00000m|,3.7附：基准点与工作点信息表,图3.7.1观测网平面布置示意图：,续图二：沉降观测网第3段平面布置图,水准测量方法示意图（以闭合路线为例）,以工作基点515所连接的桥墩观测点(512#519#)为例进行说明（闭合路线）观测方法：由工作基点515出发（后视点，高程已知），前视观测点512（根据需要设立转站点），依次观测至519后，再闭合至工作基点515。,512,513,514,515,516,517,518,519,工作基点515,截图1：,演示线路图2,误差包括：人，外界条件，仪器三种因素的影响。应掌握的规律：误差来源对观测的影响消除方法,水准测量的误差来源与消弱措施,外界条件对水准测量的影响,地球曲率的影响大气折光的影响大气抖动的影响温度对仪器的影响,1地球曲率的影响,工作时水准仪的视准轴是水平直线，而大地水准面是曲面。由此，在读数中就有误差当S=100米时，对策：如果前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等，则在前视读数和后视读数中含有相同的。这样在高差中就没有这误差的影响了。因此，放测站时要争取“前后视相等”,2大气折光的影响,接近地面的空气温度不均匀，所以空气的密度也不均匀。光线在密度不匀的介质中沿曲线传布。这称为“大气折光”。总体上说，白天近地面的空气温度高，密度低，弯曲的光线凹面向上；晚上近地面的空气温度低，密度高，弯曲的光线凹面向下。,2大气折光的影响,接近地面的温度梯度大大气折光的曲率大由于空气的温度不同时刻不同的地方一直处于变动之中。所以很难描述折光的规律。对策：避免用接近地面的视线工作尽量抬高视线用前后视等距的方法进行水准测量,3大气抖动的影响,除了规律性的大气折光以外，还有不规律的部分：白天近地面的空气受热膨胀而上升，较冷的空气下降补充。因此，这里的空气处于频繁的运动之中，形成不规则的湍流。湍流会使视线抖动，从而增加读数误差。对策：夏天中午一般不做水准测量在沙地，水泥地湍流强的地区，一般只在上午10点之前作水准测量。高精度的水准测量也只在上午10点之前进行。,4温度对仪器的影响,温度会引起仪器的部件涨缩，从而可能引起视准轴的构件（物镜，十字丝和调焦镜）相对位置的变化，或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化。由于光学测量仪器是精密仪器，不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差，从而使测量结果的误差增大。不均匀的温度对仪器的性能影响尤其大。例如从前方或后方日光照射水准管，就能使气泡“趋向太阳”-水准管轴的零位置改变了。,对策：仪器制作时采取保护措施：如Zeiss004在望远镜筒外面还有一个保护筒。量筒之间静止的空气起隔热作用精密水准测量时必须撑伞精密水准仪从箱中拿出来后要静置半小时后再开始工作避免日光直接照射水准管,其他影响,转点的唯一性问题：水准测量常需多次设站把高程传递到待定点。为此必须利用转点。在转点上水准尺有二次工作状态。必须保证转点状态不变。土质松软转点会下沉平坦的硬质路面上立尺会因尺子倾斜状态不同引起高度变化水准仪架在松软的土质上也有下