2精密工程测量控制网解析

1GaoSuGongLu精密工程测量SACE2§2.1周密工程把握网的布设原则§2.2周密工程把握点的测量标志§2.3几种典型的周密工程测量把握网2周密工程测量把握网3周密工程把握网的作用是在工程施工前(设计阶段)、施工中(施工阶段)以及施工后(竣工运营阶段)的各个不同的阶段对被测量(放样)点、线和面供给牢靠的测量基准。为了按设计所要求的精度在大范围内将大型周密工程建筑及其构件和设备统一在一个工艺流程之中并测设到设计位置，同时对设备进展调校、检核测量、竣工测量以及运营期间的变形监测，必需建立测量把握网。2.1周密工程把握网的布设原则4先进展网的优化设计,通常要同时涉及到精度、牢靠性和灵敏度指标;要求尽可能地进展多余观测,以增加网的内部牢靠性;对于承受GPS布网,留意地面观测条件,并且承受周密星历解算基线;尽量不承受单纯的GPS网,将GPS网与边角网同时联合解算是一个不错的选择周密工程测量把握网在很多方面有别于国家大地测量和常规工程测量把握网。首先表现在把握网的设计上需要定期对网进展检测，以考察所埋设的有可能发生变动的把握点是否稳定。2.1周密工程把握网的布设原则52.1周密工程把握网的布设原则分类周密工程测量把握网可以分为施工测量把握网、安装测量把握网和变形监测网。施工测量把握网和变形监测网的布网原则与一般的工测专用把握网相像，但通常布设成边角网、GPS网，具有充分的多余观测和足够好的图形强度。如高能粒子的地面把握网，高速磁浮铁路的把握网等。对把握网承受周密的光学或电子经纬仪测角，用高精度的光电测距仪测距。安装测量把握网与一般施工安装测量把握网既有一样之处，又有很多不同的特点。建立这类把握网既要承受大地测量的方法和仪器，又要承受机械制造和计量学的方法和仪器。62.1周密工程把握网的布设原则原则把握网的大小、图形主要取决于工程的外形、规模和施工方法，以确保工程施工和变形监的需要周密工程把握网是为工程效劳的，必要具备必要的精度把握网投影面的选择应满足把握点坐标反算要求把握点点位设置要稳定牢靠每一个把握点至少能与一个以上的把握点通视要建立强制归心装置充分利用高精度的测量仪器把握网点位的选择应重点考虑工程的需要和使用便利72.2周密工程把握点的测量标志周密工程测量中承受的各种测量标志，大致可分为平面点、高程点、平面一高程点(简称平高点)。按其用途它们可以是施工安装测量把握网的把握点、用以表示设备物理或几何轴线的设备点、变形观测的基准点和观测点。各种标志的作用不同，其相应的构造和特点亦不一样。各类测量把握点不仅是施工、安装测量的依据，而且也是区域性地壳形变、建筑物及其根底变形观测、设备定位调校的依据。由于设备定位的高精度，对其稳定性也提出了相应的高要求。为保证把握点的稳定性，对它们的标石埋设深度、标志本身的构造也提出了相应的要求。8影响深埋标志稳定性的主要因素包括如下三方面:根底荷载的变化、地层温度的变化和地下水位的变化。①根底荷载的变化的影响依据土力学学问，由于荷载的变化而引起把握点的沉陷量可以用下式进展近似估算：式中：n—计算沉陷时的分层数；Pi—作用于对应土层的附加压力〔可按Pi=0.2P0i计算，P0i为相应层的自然压力〕；Ei—该土层的弹性摸量；Hi—该土层的厚度；βi—与孔隙比和压应力有关的修正系数，可由试验数据分析求得。2.2周密工程把握点的测量标志9②地层温度变化的影响地层温度变化对把握点稳定性的影响可以依据地层内的热力状态来确定。一般认为，各深度层的温度变化周期是不变的，且温度变化的幅度随深度的增加而减弱。在自然条件下，地层温度变化的幅度可用下式进展近似计算：

式中：a—深度为H处的温度变化幅度；A—大气温度的年变化幅度；T—温度变化的周期，以秒为单位；K—地层土壤〔或岩石〕的导热系数；H—深度。10③地下水位的变化的影响地下水位的变化往往使土壤的物理状态发生转变，在水位下降时，土壤被密实；水位上升时，土壤将被扩松。而地下水位的变化引起把握点在垂直方向上变化的近似值△S可由下式计算：

式中：h—地下水位的变化值；△P—水位变化而引起的压力变化值当h=1.0m时，△P约为0.1kg/cm2；E—土层的弹性摸量。11

(1)倒锤构造的深埋平面标志如右图，主要构造有十字标志、锚块、浮筒、浮子、不锈钢丝、疼惜管等组成。我国北京正负电子对撞机工程，〔BEPC〕的建设中承受了这种倒锤作为地面首级把握网点。在CERN质子工程的建设中，也曾承受类似构造的倒锤作为争论各不同深度地层稳定性的把握点和观测点。下面结合不同用途和类型，列举几种在周密工程测量中常见的主要标志。周密工程把握点的测量标志12〔2〕将固定在底层的把握点标志中心利用光线投射到标志顶面上来，以代替倒锤标志中的倒锤线。见图周密工程把握点的测量标志13〔3〕双金属杆标主要作为水准测量的把握点。制作时一般承受钢管和铝管，由于两种金属的热膨胀系数不同〔差异较大〕，依据温度变化对两种金属管长度产生不同影响，可求得标志头由于管长变化后得高程。周密工程把握点的测量标志14设两种金属得热膨胀系数分别为α1、α2两管初始长度为l0,当温度变化△t后，两管的长度变化量分别为：

其差值为：该值可由两管顶部的标尺测得。将以上公式变化得：

所以，可依据两管的长度变化量随时计算出标志的高度变化量。

周密工程把握点的测量标志15由此可以看出。利用深埋双金属标不需要测定温度〔也不宜测定〕，仅依据两标志头的高差变化量δ即可求出钢管和铝管标志头高程的改正数。在掩盖层较厚的地区，双金属管的长度将随着埋设深度的增加而增加，由于自重的影响，不仅增加了根底的负荷，而且也将使金属管产生不规章的弯曲而引起附加变形。为了抑制这种缺点，可将双金属杆标改为双金属丝标，这种标志同样利用了双金属杆标的根本原理抑制了温度变化对标点高程的影响，仅对其构造进展了改进。周密工程把握点的测量标志16如以以下图：利用杠杆千分表可以指示出因温度变化而引起两钢丝的伸长差值。为观测需要可以在不同高度层设置微型水准尺。

除上述把握点标志外，另外还有如基岩标、山峒标等高程标志.周密工程把握点的测量标志172.3几种典型的周密工程把握网—施工把握网一、概述以高能物理粒子工程的地面把握网为例。高能物理粒子工程一般都位于地下隧道内，地下隧道中测量工作主要包括：—用经纬仪和陀螺经纬仪导线进展隧道定向；—建立安装测量把握网；—安装电磁铁及附属设备；—确定把握网点及设置在设备上的标志点在各期的变形量，用以进展设备的调校。以上的测量工作都是以地面把握网为根底的。1819二、地下隧道地面把握网布设的主要特点1、地面把握网的作用是指导地下隧道开挖，建立地下安装测量把握网，并对其进展定期检核。2、把握点的观测墩要埋设对于仪器、觇牌及反射镜都通用的强制对中装置；3、要对所选的仪器进展检验核试验争论，以确定其精度；4、承受模拟法进展设计网的诊断核优化设计；5、比较实测平差结果核模拟计算结果；6、将地面把握网的坐标传递到隧道内，并计算投点精度。—施工把握网20三、欧洲原子核争论中心〔CERN〕的大型环形质子同步工程〔SPS〕的布网SPS的地面把握网如以下图，SPS的圆环直径约为2.2km，圆环分为6段，在地面上设立301～306共6个把握点，通过6个竖井传递坐标。—施工把握网21把握网要与原先为把握穿插存储环工程〔IBR〕所建立的网相连接。由于受地形起伏、通视以及自然疼惜等因素的限制，在竖井四周设立了临时把握点来放样竖井点。地面把握网承受T3经纬仪测角地面把握网承受T3经纬仪测角，用MA100和Geodolite两种电磁波测距仪测距，对测距仪在500m和1500m的基线场进展检定，并作了大量试验测量，最终确定出它们的精度为：MA100——0.5mm＋1.1PPmGeodolite——0.3mm＋1.2PPm—施工把握网22在隧道开挖和衬砌不同阶段进展了把握网的多期观测，承受间接平差得最大点位误差椭圆的长半轴不超过1.8mm。由最终一次测量所得的这一精度为±1.3mm。将竖井点坐标投影到隧道内时，投点深度为23m到62m。承受垂线法、垂直投影望远镜和周密投点仪(WildGlQ)三种方法和仪器，实践阅历说明，包括联系测量在内，投点精度在1mm以内，洞内把握点的精度由地面把握点的精度和投点精度计算，平均点位中误差为±1.3mm。SPS的隧道全长约6911m，从六个竖井同时进开放挖，承受陀螺经纬仪导线，每32m埋设一测量标志，用铟瓦线尺量距，计算出各点坐标，用激光定向仪指导开挖方向，隧道贯穿后用测角导线进展检核。

—施工把握网23安装测量把握网直接用于设备的安装，它即与施工测量把握网有直接联系，又与工程运营期间的变形监测网有亲切的关系，三种把握网必需有公共点。本节结合具体工程介绍安装测量把握网的类型及特点。安装测量把握网可分三种典型的布网方案：——直伸型把握网——中心辐射环形把握网——直伸环形把握网2.3几种典型的周密工程把握网—安装把握网24——安装测量把握网直线型的周密工程很多，如大型导轨、高能粒子工程中的直线及科学试验廊道、高速磁浮铁路工程等。为这类工程所进展的周密基准线测量构成了周密工程测量的重要内容。一、直伸型把握网用于直线型建筑物的放样安装以及检核、监测，这种网是最简洁又最合理的布网形式。在工程测量学中，我们已经接触了不少关于道路、桥梁、大坝等工程的把握测量工作，在周密工程测量中所不同的是要求以更高的精度来放样一条轴线，使安装在直线上的工艺设备的横向精度到达±0.02～0.5mm。25直伸型把握网的布设：直伸型把握网的布设特殊简洁，一般由两条平行的基准线组成，其中一条为根本基准线，一条为帮助基准线〔见图1〕。在基准线上每隔确定的距离埋设标石，两条基准线可以布设在同一高程面内，也可以布设在不同高程的同一铅垂面内，根本基准线或者位于设备中心线上或者与设备中心线平行。基准线的两个端点须是深埋的永久性固定点，否则应保持与永久性固定点进展联测。——安装测量把握网26——安装测量把握网除了由基准线构成的直伸型把握网外，还有直伸导线、直伸线型锁等网型〔见图2〕。27二、中心辐射环形把握网由单三角形构成的中心环形网，如图3为中心八边形网，O为环形建筑物的中心并作为平差的基准点，把握点均匀分布在半径为R的圆周上，构成正多边形。——安装测量把握网28这种网形的几何图形简洁，点位精度均匀。欧洲原子核争论中心〔CERN〕的质子同步〔SPS〕，德国汉堡德电子同步加速〔DESY〕，美国的巴塔维亚质子以及前苏联的“PATTH-600”射电望远镜、普尔科法射电望远镜、埃列温电子同步等大型周密工程，都承受了这种布网方案。——安装测量把握网29——安装测量把握网假设对把握网仅仅用铟瓦线尺量测径向边和环边，那么，整个网只有一个多余观测，构成一个中心闭合条件：

其中n为辐射半径条数，V为改正数，系数a和闭合差W为：

式中，θ为按边长计算的中心角。平差后的边长的精度提高甚微。设Si和Ri的量边精度相等且为ms，当n=8时,，

30为了提高径向边长的精度和网的牢靠性，实行边角同测的方法。在初期只对把握网进展平差，然后由平差后的点用极坐标法放样和测量安置在电磁铁嵌合轴套上的标志。随着仪器和方法的改进，在后期对这种布网的观测方案作了假设干改进，从而提高了工艺设备在所要求方向上的精度。——安装测量把握网31三、直伸环形把握网与中心环形辐射把握网不同，该网不在环形建筑物的几何中心设点，开挖径向测量隧道直接量测径向边，而是直接围绕环形建筑布设直伸环形把握网，这是现代大型环形工程最常承受的方案。这是由于环形的半径愈大，开挖隧道的费用则愈大。此外，由于测量方法和仪器的改进，即使对于半径较小的工程，承受这种布网方案同样能到达所要求的精度。从构图来看，直伸环形把握网包括三种形式：即：测角直伸三角形环形网；测高直伸三角形环形网；大地四边形环形网。——安装测量把握网32〔1〕在直伸三角形环形网中，环形隧道及构网元素，如以以下图所示：

r1、r2、r分别为隧道内壁、外壁和平均半径；b—隧道净宽；δ—把握点及测量方向线离壁的距离；S1—等腰三角形的腰长；S2—等腰三角形的底边长；h—等腰三角形底边上的高。——安装测量把握网33半径r、n，δ、b设计量，推算量S1、S2、h在对各几何量进展选择或作方案设计时，由量可以依据以下公式计算其它的量：——安装测量把握网34测量工程师在隧道尺寸设计中起重要作用，其中的一些几何量是依据总体设计图得到，对于壁距δ确实定和S1、S2的选择，测量工程师要提出意见，一经确定，则要依据三角形的高和边长特地制作确定长度的铟瓦线尺和杆尺，同时还要考虑它们的鉴定设备。——安装测量把握网35〔2〕测角直伸三角网〔如以以下图〕在环形网的每个三角形中，设观测了三条边和转角A，测角中误差为mβ，测边中误差为ms，三角形中存在一个图形条件，通过平差可得转角平差值。设m∠A=mβ=±1″.0ms1=±40μm,ms2=±60μm,∠A=170°，S1=24.4m可得：m∠A(平差)=±0.99mβ即测量底边S2对提高转角的精度几乎不起作用。故这种环形网根本不承受。——安装测量把握网36〔3〕测高直伸三角形环形网这种网是在每个转点上量测重叠三角形的两条底边、两条腰和一个高。由于假设测量三角形的全部边和角而不测高，不仅精度没有前者高，而且由于调焦误差及旁折光的影响，测角精度亦很难保证。——安装测量把握网37下面争论测高环形网的精度状况设测边、测高精度相等且为ms，解三角形，可由三边