1.1桥梁施工控制测量

1、子情境子情境1 1：桥梁施工控制测量：桥梁施工控制测量 1.11.1：桥梁施工控制测量：桥梁施工控制测量 思考 桥梁控制在桥梁施工中起何作用桥梁控制在桥梁施工中起何作用? ? 一、桥梁施工测量的基本任务一、桥梁施工测量的基本任务 根据设计文件，按照规定的精度，将图纸上设根据设计文件，按照规定的精度，将图纸上设 计的桥梁墩台位置标定于地面，据此指导施工，确计的桥梁墩台位置标定于地面，据此指导施工，确 保建成的桥梁在平面位置、高程位置和外形尺寸等保建成的桥梁在平面位置、高程位置和外形尺寸等 方面均符合设计要求。方面均符合设计要求。 二、桥梁施工控制测量概述二、桥梁施工控制测量概述 （1 1）测定桥

2、轴线长度并据此进行墩、台位置的放样；）测定桥轴线长度并据此进行墩、台位置的放样； （2 2）用于施工过程中的变形监测）用于施工过程中的变形监测. . 1.1.桥梁控制测量任务：桥梁控制测量任务： 建立桥梁的平面和高程控制建立桥梁的平面和高程控制 2.2.桥梁的平面控制测量的目的桥梁的平面控制测量的目的 3.3.桥梁平面控制的布设桥梁平面控制的布设 对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接测定墩、台对于跨越无水河道的直线小桥，桥轴线长度可以直接测定墩、台 位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，无需建立平面控制。位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设，无需建立平面控制。 对于水中不能直接测

3、设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩、大跨、深 水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥，水基础或基础施工难度较大，梁部结构类型复杂的特大桥和大桥， 需要建立施工平面控制。需要建立施工平面控制。 为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案，为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案， 保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。保证墩台中心的定位精度，必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度。 三、桥轴线长度精度估算三、桥轴线长度精度估算 1. 1. 钢筋混凝土简支梁钢筋混凝土简支梁 NNmm D

4、 lL 2 = 2 =2 2 = DD l m 设墩台中心点位放样的极限误差为设墩台中心点位放样的极限误差为D D（通常取（通常取D D =10 mm =10 mm），）， 中误差为中误差为D D / 2 / 2，则相邻二墩台中心的跨距中误差为，则相邻二墩台中心的跨距中误差为: : 设全桥共有设全桥共有N N跨，则桥轴线长度的中误差为跨，则桥轴线长度的中误差为 2. 2. 钢板梁及短跨（钢板梁及短跨（l l64 m64 m）简支钢桁梁）简支钢桁梁 考虑梁长制造误差和固定支座安装误差考虑梁长制造误差和固定支座安装误差 的共同影响，单跨的共同影响，单跨 钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为钢板梁和

5、单跨简支钢桁梁的长度中误差为 ： 222 += 21N lllL mmmm 当桥梁为当桥梁为N N 跨时，则桥轴线长度跨时，则桥轴线长度L L的中误差为的中误差为 22 50002 1 +)(=m l l 3. 3. 连续及长跨（连续及长跨（l l 64 m64 m）简支钢桁梁）简支钢桁梁 由由 n n 个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限误差为个节间构成的单联或单跨梁，设节间拼装的极限误差为l l （通常取（通常取l l = = 2mm2mm），则由于梁体拼装误差和固定支座安装误差），则由于梁体拼装误差和固定支座安装误差 的共同影响，每一联（跨）长度的中误差为：的共同影响，每一联（跨）

6、长度的中误差为： 22 2 1 ll nm 222 += 21N lllL mmmm 当桥梁为当桥梁为N N 跨时，则桥轴线长度跨时，则桥轴线长度 L L 的中误差为的中误差为 某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为某三联三跨连续梁桥，每跨支座间距离为128m128m，由长，由长16m 16m 的的8 8个节个节 间组成，每联间组成，每联2424个节间，固定支座安装极限误差为个节间，固定支座安装极限误差为7mm7mm，试计算全，试计算全 桥桥轴线中误差。桥桥轴线中误差。 mm02.6=7+224 2 1 =+ 2 1 = 2222 nm ll mm43.10=3=+= 222 21 llllL

7、mmmmm N 解单联中误差为解单联中误差为: : 全桥桥轴线中误差为全桥桥轴线中误差为: : 4.4.案例案例 四、桥梁平面控制测量等级四、桥梁平面控制测量等级 等等 级级 公路路线控制测公路路线控制测 量量 桥梁桥位控制测桥梁桥位控制测 量量 隧道沿外控制测隧道沿外控制测 量量 二等三角、一级二等三角、一级GPS 5000m特大桥特大桥 6000m特长隧特长隧 道道 三等三角、三等导线、二三等三角、三等导线、二 级级GPS 20005000m特大特大 桥桥 40006000m特长特长 隧道隧道 四等三角、四等导线、三四等三角、四等导线、三 级级GPS 10005000m特大特大 桥桥 20

8、004000 m特特 长隧道长隧道 一级小三角、一级导线、一级小三角、一级导线、 四级四级GPS 高速公路、一级高速公路、一级 公路公路 5001000m特大特大 桥桥 10002000 m中中 长隧道长隧道 二级小三角、二级导线二级小三角、二级导线 二级以下公路二级以下公路500m大中桥大中桥1000m隧道隧道 三级导线三级导线三级及三级以下三级及三级以下 公路公路 等级等级 固定误差固定误差a （mm） 比例误差系数比例误差系数b （ mm/km) 基线方位角基线方位角 中误差（中误差（） 约束点间的边长相约束点间的边长相 对中误差对中误差 约束平差后约束平差后 最弱边相对最弱边相对 中误

9、差中误差 一等一等510.91/5000001/250000 二等二等511.31/2500001/180000 三等三等511.71/1800001/100000 四等四等5221/1000001/70000 五等五等10221/700001/40000 1.1.各等级各等级GPSGPS控制网的主要技术要求控制网的主要技术要求 五、桥梁平面控制测量技术要求五、桥梁平面控制测量技术要求 等级等级一一 等等二二 等等三三 等等四四 等等五五 等等 接接 收收 机机 类类 型型双频双频双频双频双频双频 双频或双频或 单频单频 双频或单频双频或单频 仪器标称精度仪器标称精度10mm+2ppm10mm

10、+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+2ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm 观观 测测 量量载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位 同时观测有效卫星数同时观测有效卫星数 4 44 44 44 44 4 卫星高度角（卫星高度角（）静态静态15151515151515151515 有效观测卫星数有效观测卫星数静态静态5 55 54 44 44 4 观测时段数观测时段数静态静态2 22 21 12 21 12 21 1 观测时段长度（观测时段长度（minmin）静态静态12012

11、09090606045454040 数据采样间隔（数据采样间隔（s s）静态静态1010606010106060101060601010303010103030 点位几何图形强度因子点位几何图形强度因子 （PDOPPDOP） 6 66 68 810101010 2.GPS2.GPS控制网作业的基本技术要求控制网作业的基本技术要求 测量等测量等 级级 附附(闭闭)合合 导线导线 边数边数 每边测距每边测距 中误差中误差 单位权中单位权中 误差误差 导线全长导线全长 方位角闭方位角闭 合差合差 长度长度(km)(mm)() 相对闭合相对闭合 差差 () 三等三等189141.81/5203.6 四

12、等四等1212102.51/350005 一级一级612145.01/1700010 二级二级3.612118.01/1100016 3.3.导线测量的主要技术要求导线测量的主要技术要求 4.4.水平角观测的技术要求水平角观测的技术要求 测量等测量等 级级 经纬仪经纬仪 型号型号 光学测微器光学测微器 两次重合读两次重合读 数差数差() 半测回归半测回归 零差零差() 同同-测回中测回中 2C较差较差() 同一方向同一方向 各测回间各测回间 较差较差() 测回数测回数 四等四等 DJ1 16964 DJ2381396 一级一级 DJ21218122 DJ624244 二级二级 DJ212181

13、21 DJ624243 注注: :当观测方向的垂直角度超过当观测方向的垂直角度超过3 3时，该方向的时，该方向的2C2C较差可按较差可按 同一观测时间段内相邻测回进行比较。同一观测时间段内相邻测回进行比较。 5.5.光电测距的主要技术要求光电测距的主要技术要求 平面控平面控 制网制网 观测次数观测次数每边测回数每边测回数 一测回一测回 读数读数 单程各测回单程各测回 等级等级 间较差间较差 (mm) 较差较差 (mm) 往返较差往返较差 往往返返往往返返 四等四等1122710 一级一级l2710 二级二级111217 注注:1.:1.测回是指照准目标一次，读数测回是指照准目标一次，读数4 4

14、次的过程。次的过程。 2.2.表中表中为固定误差，为固定误差，b b为比例误差系数，为比例误差系数，D D为水平距离为水平距离(km)(km)。 1.1.平面控制布网原则平面控制布网原则 在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提 下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测 工作和内业计算工作。工作和内业计算工作。 六、六、 桥梁施工平面控制测量桥梁施工平面控制测量 根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工 平面控制网的网形布设有以下几种形式：平面

15、控制网的网形布设有以下几种形式： 2.2.平面控制布设形式平面控制布设形式 双三角形双三角形 大地四边形大地四边形 双大地四边形双大地四边形 加强型大地四边形加强型大地四边形 大地四边形加三角形大地四边形加三角形 3.3.平面控制网布设的要点平面控制网布设的要点 （2 2）对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地质条件稳）对于控制点的要求，除了图形刚强外，还要求地质条件稳 定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太大或太小。定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不致太大或太小。 （1 1）选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边，）选择控制点时，应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边，

16、 以利于提高桥轴线的精度。以利于提高桥轴线的精度。 如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间接求算桥如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内，以间接求算桥 轴线长度，轴线长度， 如大地四边形加三角形如大地四边形加三角形 。 （3 3）在控制点上要埋设标石及刻有）在控制点上要埋设标石及刻有“十十”字的金属中心标志字的金属中心标志 如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为半球状如果兼作高程控制点使用，则中心标志宜做成顶部为半球状 一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。一般来说，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。 （4 4）控制网可采用测角网、测边网或边

17、角网）控制网可采用测角网、测边网或边角网 采用测角网时宜测定两条基线采用测角网时宜测定两条基线; ; 测边网是测量所有的边长而不测角度；测边网是测量所有的边长而不测角度； 边角网则是边长和角度都测边角网则是边长和角度都测; ; （5 5）由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为）由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为 保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度保证桥轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度2 23 3倍。倍。 如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的，所以不受或如果采用测边网或边角网，由于边长是直接测定的，所以不受或 少受测角误差的影响，测

18、边的精度与桥轴线要求的精度相当即可。少受测角误差的影响，测边的精度与桥轴线要求的精度相当即可。 （6 6）由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向的约束）由于桥梁三角网一般都是独立的，没有坐标及方向的约束 条件，所以平差时都按自由网处理。条件，所以平差时都按自由网处理。 所采用的坐标系，所采用的坐标系，一般一般 是以桥轴线作为是以桥轴线作为X X轴，而桥轴线始端轴，而桥轴线始端 控制点的里程作为该点的控制点的里程作为该点的X X值。这样，桥梁墩台的设计里程即为该值。这样，桥梁墩台的设计里程即为该 点的点的X X坐标值，可以便于以后施工放样的数据计算。坐标值，可以便于以后施工放样的数据计算。

19、 （7 7）在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用主网的点）在施工时如因机具、材料等遮挡视线，无法利用主网的点 进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将控制点加密。进行施工放样时，可以根据主网两个以上的点将控制点加密。 加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但在平差计算时，加密点称为插点。插点的观测方法与主网相同，但在平差计算时， 主网上点的坐标不得变更。主网上点的坐标不得变更。 （8 8）用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界环境）用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时，外界环境 条件应符合下列要求：条件应符合下列要求： 注意减弱大气折光和旁折光的影响；注意减弱大气折光和

20、旁折光的影响； 测站应设在电磁场影响的范围以外；测站应设在电磁场影响的范围以外； 光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定光电测距边的测回数及往返测次数，应符合规定; ; 光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后化 算为水平距离算为水平距离. . 测线及两端的延线上不得有任何其它发光物体或反光的物体，以测线及两端的延线上不得有任何其它发光物体或反光的物体，以 免引起反射信号混乱；免引起反射信号混乱； 七、七、 桥梁施工平面控制测量内业计算桥梁施工平面控制测量内业计算 1.1.施工平面控制网通常采用独立的坐标系施工平面控制网

21、通常采用独立的坐标系 （1 1）直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点，）直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点， 以桥轴线按里程增加方向为以桥轴线按里程增加方向为 x x 轴正向建立测量坐标系；轴正向建立测量坐标系； （2)2)曲线桥一般以曲线起点曲线桥一般以曲线起点 ZH ZH 或始切线上的转点为坐标原点，或始切线上的转点为坐标原点， 以始切线指向以始切线指向JDJD方向为方向为 x x 轴正向建立测量坐标系；也可以桥轴线控轴正向建立测量坐标系；也可以桥轴线控 制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向为制点为坐标系原点，以该点处曲线的切线方向为 x x 轴，以线路前进轴

22、，以线路前进 方向为方向为 x x 轴正向建立测量坐标系。轴正向建立测量坐标系。 X B 4# 3# 2# 1# 0# A Y 2# 0# 1# 4# 3# X A Y B C D C D 图 6直线桥施工测量坐标系图 6曲线桥施工测量坐标系 光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后光电测距边，必须加入气象、加乘常数、周期误差改正，然后 化算为水平距离化算为水平距离. . (1) (1)水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与水平距离应归算至墩顶（或轨底）平均高程面上。设仪器与 棱镜横轴的平均高程为棱镜横轴的平均高程为H H1 1，墩顶（或轨底）的平均高程为，墩顶（或

23、轨底）的平均高程为H H2 2，地球，地球 平均曲率半径为平均曲率半径为R R，则归算长度，则归算长度D DH H为：为： ）（ R HH H 12 1.DD 2.2.边长改正边长改正 设测边的地面实际长度为设测边的地面实际长度为S S，地面平均高程与所归化高程面，地面平均高程与所归化高程面 的高差为的高差为 ，则测边的地面实际长度归化到高斯投影平面的长，则测边的地面实际长度归化到高斯投影平面的长 度为度为 )R2/(YR/H1SS 22 m0 式中式中:R:R一一地球的平均曲率半径一一地球的平均曲率半径( (取取6371km) ;6371km) ; 一一两点平均横坐标值减去一一两点平均横坐标

24、值减去500km500km。 (2)(2)距离归化至高斯投影平面上距离归化至高斯投影平面上 平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合条件）进平差计算完成后，应对网中所有的几何条件（或附合条件）进 行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边边长中误差。行检算，并计算单位权中误差、桥轴线及最弱边边长中误差。 对于边角网或测边网，不应大于对于边角网或测边网，不应大于10 mm10 mm； 3.3.平差要求平差要求 对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥轴线及最弱对于以基线为基础的测角网，不应大于原估算的桥轴线及最弱 边边长相对中误差。边边长相对中误差。 八、桥梁施工高程控制测量八、桥梁施

25、工高程控制测量 （1 1）各水准点应沿桥轴线两侧以）各水准点应沿桥轴线两侧以400 m400 m左右的间距均匀布设，左右的间距均匀布设， 并构成连续水准环。并构成连续水准环。 （2 2）水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻）水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻 线路在高程位置上的正确衔接。线路在高程位置上的正确衔接。 1.1.高程控制测量要求高程控制测量要求 （3 3）水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。）水准测量的等级、精度、限差应符合相应的规定。 （4 4）为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设）为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设 立

26、若干个施工水准点。立若干个施工水准点。 水准测量的等级和精度应满足相关要求水准测量的等级和精度应满足相关要求 每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算： m Rn4 1 （5 5）施工水准点的高程必须定期检测。）施工水准点的高程必须定期检测。 （2 2）从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪）从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪 在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差( (视视 准轴不平行于水准管轴准轴不平行于水准管轴) )、地球曲率及大气折光的影响都会增加。、地球曲率及大气折光的影响都会增加。 此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量此时，可以采用过河水