西安市金花路立交桥测绘工程控制网设计与实施

毕业论文设计西安市金花路立交桥测绘工程控制网设计与实施摘要为了搞好高架路的施工测量工作，确定施工控制网的根本精度是非常重要的。本文通过对西安〔东二环〕高架桥工程控制网布设进行研究总结，对直〔曲〕线型高架桥控制网从：等级的选择、网形精度的分析、布网的要求、原那么和放样方法，对三种布网方案作了比拟详细地介绍；同时，阐述了全站仪对向观测三角高程代替三、四等水准测量和曲线桥法线方位角的计算公式等。关键词：平面控制网桥轴线相对中误差最弱点最弱边高程控制网Abstract Itisveryimportanttodefinebasicaccuracyofaengineer’scontrolnetinordertodoconstructionsurveyofviaductwell.Thisarticle,madearesearchsummaryonassignmentofengineer’scontrolnetwork,accurateanalyzing,requirementsandprinciplesofdeclaringnetworkandmethodsofobservation,introducedthreeschemesofdeclaringnetindetail,meanwhile,discussedrelativetrigonometriclevelingbyTotalstation.Thetrigonometriclevelingreplacedthethirdandfourthlevelingandcalculateformulaofnormalbearingofcurvedline.【Abstract】

目录第一章工程概况 4第一节工程概况 4第二节测区概况 52．1．地理概况 52．2．交通状况 52．3．气候状况 52．4．居民及居民点 5第三节资料情况 5第四节设计依据 6第二章工程技术要求 6第一节直线桥的施工必要精度分析 6第二节高程控制网的精度估算 9第三节曲线桥精度分析 9第三章施工控制网的布设 12第一节施工控制网的布设特点 12第二节施工控制网的布设原那么 13第三节控制网布设应考虑的因素 13第四节平面控制网坐标系统 134．1坐标系统选择原那么 134．2独立坐标系建立方法 14第五节点复测 14第六节设计方案： 156．1方案一〔导线网〕 166．2方案二〔三角网〕 206．3方案三(GPS网) 28第四章施工放样精度分析 33第一节放样桥墩的误差分配 33第二节放样方法精度分析 33第三节放样测量的校核方法 35第四节法线方位角的计算公式 35总结 38参考文献 39致谢 40

第一章工程概况第一节工程概况本工程南起东二环南段红花巷路口以南,北至东站立交南起点,以长乐路交叉口中心为零桩号,向南341米,向北1144.993米,南北全长1465.993米,长乐路东西向改造长度334米,工程总长1819.93米,占地142亩.在桩号Ｋ0+655附近，有F4地裂缝穿过，与道路中心线夹角约23°，根据地勘报告书，地表处大约在桩号K0+620－K0+680范围内有F4地裂缝穿过，F4地裂缝即西北大学地裂缝，走向整体呈EW状向，至东二环西侧电机厂社区东大门向EW转向，走向N24°W，标志层土壤底板断距1.0米左右，斜穿东二环，沿路已建建筑物基底面均无明显破坏迹象。此项工程从中心分为南、北两个施工区，由两个单位同时施工；南边由交二局承建，北边由西安市政一公司承建。测区经过西安市几处主要交通要道，交通拥挤，行人比拟多。该工程分上、下两层,上层为双向四车道高架桥主线,按城市快速路设计,计算行车速度为60公里／小时;下层为地面道路,按城市主干路Ⅱ级设计,计算行车速度40公里／小时;东二环及长乐路在本工程内的规划红线宽度均为50米。工程沿线分别与金康路、长乐路、樱花路等七条规划路相交,其中除桩号K0+301.723及K0+588.252西侧两条规划路未形成外,其余相交道路均已形成。在本工程中,长乐路以南道路为97年刚建成的新路面,路幅宽度50米,沥青路面,三幅路,其中机动车道宽25米,两侧分隔离带各宽1.5米,非机动车道每侧各宽6米,路侧带每侧各宽5米.长乐路以北现状为一使用几十年的巷路面,路幅宽50米,沥青路面,单幅路,其中车行到宽为16米,路侧带因个别路段拆迁不到位,宽度为10-17米不等,路侧带上分布有大量树木、电杆、少量花坛及房屋需拆迁。 长乐路现状路幅宽度50米,三幅路,机非分行,机动车道宽度为18米,水泥砼路面,非机动车道每侧各宽5米,沥青路面,两侧分隔离带宽2.5米,路侧带每侧各宽8.5米.长乐东路现状路幅宽度50米,双幅路,机非混行,车行道每侧宽度12米,水泥路面,中央分隔带宽8米,路侧带每侧各宽9米。第二节测区概况2．1．地理概况测区位于东经108°48´，北纬34°，西安市东郊，轻工市场附近；测区平均高程约415.02m。2．2．交通状况测区位于西安市主要交通要道东二环北段，人口比拟稠密，建筑物密度比拟大，车流量比拟大。2．3．气候状况测区地处渭河平原中部，气候宜人。全年平均降雨量约在400-1000mm，雨量集中在7-9月份，全年平均气候7-12℃，夏季气温较高，一般为25℃左右，冬季有雪，较寒冷，最低温度可达-18℃；冻土层深度约为0.15m；全年平均风力2-3级，宜于外业作业时间为3-11月；年平均外业时间利用率为21天/月。2．4．居民及居民点测区附近多为商业区，人口稠密，居民点夹杂在商业区中；居民绝大多数为汉族，流动人口比拟多，居民类型复杂。第三节资料情况 西安市城市规划管理局提供的线位坐标，规划横断面及东二环雨污水管道线位审批资料；西安市勘察测绘院提供的1989年7月测绘院的地形图及管线图；西安市排水规划〔1995—2021〕；水准点：西安市勘察测绘院提供的“西安市东二环路跨越铁路立交桥形变监测控制数据〔本次设计采用的水准点：：406.630(黄海系)，位于东二环与长缨路交叉口以北西侧人行道上、：406.564(黄海系)，位于东二环与长缨路交叉口以北东侧人行道上〕；西安市市政设计研究院监测室提供的“西安市东二环长乐路立交工程岩土工程勘察报告〔详勘〕〞，1998年4月；西安市岩土工程新技术开发公司提供的“岩土工程勘察报告〞，2002年4月；“西安市东二环北段〔长乐路—长缨路〕高架桥工程〞方案设计，西安市市政设计研究院，2002年3月；控制点由西安市勘察设计院提供三个GPS控制点坐标：GPS1(11136.37716679.746)GPS2(11563.36516646.417)GPS4(11748.89616591.688) 1∶1000的工程施工图一份。第四节设计依据本工程的设计依据有：西安市二环路工程建设指挥部关于“西安市东二环北段〔长乐路—长缨路〕高架桥工程〞施工图设计委托书；西安市二环路工程建设指挥部专项问题会议纪要〔5〕—东二环路北段〔长乐路—长缨路〕高架桥方案设计审查〞，西安市二环路工程建设指挥部。2002年4月8日，院经营室与一所鉴订的“设计协议书〞，工程编号D2002021。第二章工程技术要求第一节直线桥的施工必要精度分析 在施工阶段，测量工作的任务是直接为施工效劳的，测量工作的精度主要表达在相邻点位的相邻位置上。不同建筑物或同一建筑物的不同局部，相邻点位的精度是不一致的，施工控制网精度确实定，应从保证各种建筑物的放样的要求合理考虑。定得过宽了，可能造成质量事故；定得过严，那么会给工作带来不少困难，工作量增大，工作时间增长，造成不必要的经济损失。建筑物放样精度要求是根据建筑物竣工时对于设计尺寸的容许偏差来确定的。建筑物竣工时的实际误差是由构件制造误差、施工安装误差等施工误差和施工放样误差所引起的。因此为了正确制定建筑物放样的精度要求，要求测量人员应同时具备测量知识和一定的工程知识。确定了高架桥放样的精度要求后，使用它来作为起算数据推算施工控制网的必要精度，这时，要根据控制网布设情况和放样工作条件来考虑控制网误差和放样误差的比例关系。 桥梁施工测量，要精确测定桥轴线长度和进行墩台定位，因此，桥梁控制网的布设要到达或超过桥轴线长度中误差的精度要求，并为施工时墩台定位提供测量的根本控制点，使之能到达一定的精度。因此在设计控制网时，应使控制点误差所引起的放样点位误差，相对施工放样的误差来说，小到可以忽略不计的程度。 根据工程的实际情况，西安市金花路高架桥工程南段，整体工程为直线桥，无曲线出现，所以此次精度分析主要以直线桥梁的计算要素进行精度估算。高架桥桥墩放样精度分析1.1路桥设计、施工对高架桥桥墩放样的需要精度 1)从桥梁轴线精度要求推算桥墩放样中误差根据西安勘察设计院和公路勘测设计标准的有关规定桥轴线长度测量精度：〔见下表1〕桥长<200m<500m>500m相对误差1∶50001∶100001∶20000查阅?标准?对桥轴线相对中误差与相应的等级：〔见下表2〕测量等级桥轴线向对中误差二等1／130000三等1／70000四等1／40000一级1／20000由表1推算桥轴线长度测量的容许最大误差为40～50mm。〔推算依据〕高架道路桥是由地面上的连续桥墩组成的一座座长桥，互相联系，相互交叉和重叠，桥墩间距一般为25～30m。金花路高架桥桥墩平均间距为30m。在推算精度时不宜以一座独立的桥梁来规定其测量精度。 金花路高架桥桥墩的平均距离为30m，高架桥的设计长度约为11=±(1100×1/20000)÷≈±9.5(mm)假设横向误差=，那么桥墩的点位中误差MM=±=±13.4(mm) 2)根据从中线测量的精度要求来推算桥墩点位中误差。 资料规定中线测量的纵向相对误差为1/20000，横向误差为25mm；金花路高架桥桥墩平均跨距为30米，根据资料求的纵向误差为：=±15mm,顾及横向误差=±25mm，那么中线测量的允许点位中误差为：M=±=±29mm假设桥点位中误差M为中线测量点位中误差的一半，那么视为中线测量的起始误差影响可略去不计，由此计算桥墩点位中误差：M=M中/2=14.5mm 3)从混凝土构件施工精度要求来推算桥墩点位中误差 规定中规定桥墩混凝土构件允许宽度偏差为±10mm，长度偏差为±20mm,推算出桥墩为的允许偏差±22mm，取改制的一半作为桥墩中心点为中误差M，即为±11mm。 由上面三种情况计算成结果分析：我认为高架桥点位放样中误差M定为±12mm为宜，如果要求过高，必定提高测量的等级和精度，造成人力和经济上的浪费；如果要求过低那么不能保证桥墩的放样精度，从而满足不了设计，施工的精度要求。1．2高架桥桥轴线长度精度确实定：桥梁的中心线称为桥轴线，由于桥梁施工的主要任务之一是正确的测设出桥墩、桥台的位置，而桥轴线长度是预测设桥墩、桥台位置的依据，因此，必须保证桥轴线长度测量的精度。 根据<<城市桥梁设计准那么>>规定，混凝土量与钢筋混凝土梁桥轴线长度的精度按下式估算：=(×)×式中：为桥轴线长度中误差L为桥轴线长度 ΔD桥墩中心点位放样限差〔由上面三种情况计算出点位放样中误差为12mm〕 N为桥梁跨数那么： =()×=1/2.6万≈1/4万3．角度测量中误差精度估算导线边测角中误差估算"式中测角中误差 桥轴线相对精度 206265" 那么"=206265"=5.1"第二节高程控制网的精度估算 根据桥梁的混凝土构件的安装限差以及结合工程技术要求来确定高程控制网等级，工程技术要求规定：水准测量的限差为8mm，所以，水准网的高差中误差为4mm；查阅国家水准测量技术标准，可采用三等水准测量进行实测。第三节曲线桥精度分析西安市金花路高架桥工程为直线型高架桥，而在城市建设和高等级公路建设中，曲线型桥梁工程工程非常多，所以在这里同时也提出此类问题的解决方法。1．曲线型立交桥，高架桥施工控制测量的精度要求：1)．桥墩放样的点位放样的点位中误差的容许误差根据桥梁技术标准，要求轴线偏差≤10mm，对于曲线上的点位来说，即为桥墩点位切线方向和法线方向的偏离值≤10mm，那么点位误差的容许值为：。表示点位中误差的容许值，表示切线方向上的偏差，表示法线方向上的偏差。根据桥墩设计理论及?铁路测量技术标准?，当桥墩中心偏差小于20mm时，产生的附加力在允许范围内。因而上述值在允许范围内。施工控制网必要精度分析桥墩的施工放样过程中，引起桥墩点位误差的因素包括两个方面：一方面是控制测量的影响；另一方面是施工放样误差的影响，它们的联合影响即为桥墩点位的容许误差：M=。要使测量误差不致影响工程质量，可取控制测量点位中误差的容许误差为桥墩点位容许误差的1/，即=/=10mm。3)．桥长相对中误差的精度分析混凝土及钢筋混凝土梁大多是简支梁，即每跨梁的两个端点支撑在相邻的墩台上，根据施工标准，设墩台中心点点位的放样限差为，那么其中误差为/2；由于每跨梁是架在相邻两墩台上的根据误差传播定律，那么由于桥墩放样误差所引起的每跨的跨长的中误差可以表示为。设全桥有N跨，那么全桥由于桥墩放样误差引起的桥长中误差为：。根据前面的分析，=。按上式求的中误差除以桥长的全长D的桥长的相对中误差：。同理，取控制测量中误差为桥长全长边长相对中误差的1/，用表示全边长的中误差，s表示桥长可求的控制测量的中误差关于桥长的边长s的相对中误差为：。对于曲线桥，只要查阅图纸，数出全桥的跨数，查明桥的全长，便可求出桥梁施工控制网对于桥长边长相对中误差的根本要求。从上式可以看出：对于普通的混凝土及钢筋混凝土简支梁〔符合上述情况〕，桥长一定时，跨数越多〔即N越大，跨径就越短〕，/s值越大，精度要求就越低；反之，在桥长一定时，跨数越少〔即N越小，跨径越长〕，/s值越小，精度要求就越高。但是，对于曲线桥梁，实际的桥轴线方向并不是直线，计算并讨论上式的目的，是为曲线桥两起算点连线方向〔虚拟桥轴线方向〕的边长相对中误差的精度要求提供参考依据，因而这样可以帮助确定和检验施工控制网的必要精度。2.导线测量精度估算的根本方法： 任何形式的导线如符合导线，结点网，独立网均可以分解为假设干条单一导线。一般其估算都用单一导线的估算方法进行。1)．附合导线分解为：导线起始点至最弱点，终点至最弱点两条单一导线。2)．结点网可分解为：结点指向林高级点；结点至结点间的单一导线。3)．独立网可以分解为：结点之间的单一导线。光电测距导线精度估算公式:直伸附和导线经角度分配后,终点B的点位中误差M为:M=±导线中点(最弱点)K平差后的中误差为:式中:--测边中误差;测角中误差;n—导线折角数;L导线总长导线全长闭合差为。上例式中均未顾及起始数据的误差。要求曲线桥两起终点连线的边长中误差，可根据误差椭圆的有关理论求解。

第三章施工控制网的布设施工控制网主要用于测定桥轴线长度和桥墩，桥台位置，建立平面控制网点。因此，在建立控制网时，既要考虑网型本身精度即图形强度又要考虑以后施工需要，所以在布网之前应对桥梁的方案设计，施工方法，场地布置，桥址，地形及周围环境条件，精度要求等方面进行研究后，在地形图上拟定布网方案。桥梁控制网的特点:控制范围小，点为密度大，精度要求高。桥梁施工的区域一般在几平方公里左右，但是在这样的一个小范围内，分布着桥墩,桥台，引桥等构筑物，上部结构的连接也比拟复杂，需要有较稠密的控制点,以满足施工期间的放样工作，桥梁控制网要保证桥轴线定位的精度要求。控制点使用频繁。从施工初期到竣工验收的施工全过程中，桥梁控制点反复使用可达几十次之多，从轴向的放样，墩台根底的开挖及浇筑升高，到上部结构的安装，通常都以直接依据控制点进行。这样一来，布设网时，就应考虑点位的稳定性，使用的方便性，以及施工期间保存的可能性等问题，并做好护桩工作及经常性检查工作。受施工干扰大，施工现场工种多，交叉作业，车来人往，阻碍了控制点间的相互通视。因此，测量工作要按方案进行，抓住有利时机迅速作业，注意人员和仪器设备的平安。控制点分布恰当，适当加密，供放样时选择使用。第一节施工控制网的布设特点施工控制网是为工程建设效劳的。布设施工控制网时必须考虑工程建设的特点，也就是说，在布网时有其自身的特点。施工控制网的精度和密度除了满足1∶10000~1∶500比例尺测图的需要外，还应该满足地面和地下各种工程建筑物施工放样的要求。因此，施工控制网的边长一般较国家相应等级的控制网的边长短，所以精度要求较高。施工控制网的布网方案，应该由工程的类型，特点，规模及地面的地形条件来决定。所以在布设施工控制网时还需要考虑该工程的特点。测量成果是国家财富应尽量争取与国家测量单位及施工地方相互利用测量资料，解决这些问题的最好方法是施工控制网与国家控制网连接起来〔也可以与地方控制网连接起来〕。施工过程中，有些地方的地表发生移动和塌陷，填挖土方等现象。因此，一方面在设计和选点时应尽量防止把控制点埋设在这些地方，另一方面也要经常注意标石稳定性的鉴别，以及标石破坏后的修改和恢复工作。第二节施工控制网的布设原那么1．分级布网，逐级控制对于施工控制网，通常不设精度很高的首级控制网。用于工程建筑物放样的专用控制网，往往分二级布设，第一级作总体控制，第二级直接为建筑物放样效劳。2．要有足够的精度3．要有足够的密度施工控制网，要求在侧区有足够的控制点，控制点的密度通常使用边长来表示的。4．要有统一的规格为了使不同的工测部门的控制网能够互相利用，相互协调，也应制定统一的标准，如现行的?城市测量标准?和?工程测量标准?。第三节控制网布设应考虑的因素工程控制网测量的等级和布设形式，应根据工程性质精度要求，测区大小，地形条件和控制点的情况来定。由于桥轴线是控制桥梁定位的主要依据，故将轴线作为控制网的一条边，是十分必要的，再以轴线为主的情况下，为了便于桥墩，桥台的定位，应将桥墩，桥台作为控制网中的点。第四节平面控制网坐标系统4．1坐标系统选择原那么平面控制网的坐标系统应在满足测区投影长度变形值不大于2.5的要求下，做以下选择：一)采用统一高斯正形投影3°带或任意带平面坐标系统，投影面可采用二)1985年国家高程基准，测区抵尝高程面或测区平均高程面；三)采用统一高斯正形投影3°带直角坐标；四)小测区可采用简易方法定向，建立独立坐标系统；五)在已有平面控制网的地区可沿用原有系统；六)厂区内可采用建筑坐标系统。4．2独立坐标系建立方法建立首级控制网,就要考虑坐标系统问题,为减少改正计算内容,使长度投影变形在允许值范围内,常采用与国家大地坐标系有联系的独立坐标系。同时独立坐标系中点作为平差计算或坐标转换的约束条件。于是它的可靠性将会影响测量成果精度,这就要对点进行必要的检核,以便发现并剔除存在较大误差的点。因此,建立满足工程需要的独立坐标系及点可靠性的检核就显得极为重要。方法1．选择测区平均高程面作为投影面,通过测区中心的子午线作为中央子午线,按高斯正形投影计算坐标。特点：保证测区中心处Y=0,H=0,δ=0,测区广阔范围的长度变形最小;投影面和中央子午线与国家统一坐标系都不相同。方法2．以“抵偿子午线〞作为投影带中央子午线,以国家统一坐标系的参考椭球面为投影面。特点：合理选择中央子午线位置,使长度投影到这一投影带所产生的变形与这一长度投影到椭球面所产生的变形恰好抵偿,投影面与国家统一坐标系相同,投影带中央子午线不同。适应测区位于国家统一坐标系投影带边缘,测区高程值较小,长度变形超限主要由随球面向高斯面投影所产生。方法3．以“抵偿高程面〞为投影面,以国家统一坐标系中的三度带中央子午线作为投影带中央子午线。特点：利用地面化至椭球面长度减小,而由椭球面边长投影到高斯面长度增加性质,选择适当的椭球半径,使长度化算至椭球面减小的值与由椭球面投影到高斯面上增加的值相等,使高斯面上距离与地面距离一致。适应测区位于国家统一坐标系中央子午线较近,地面高程值较大,长度变形主要为由地面投影到椭球面上所产生的变形。第五节点复测复测的含义，复测是指复核测量工作，其目的主要是检查个别点有无大的变位。导线复测的任务是进行距离复测，角度复测，成果复算和比照。复测精度的衡量，宜采用导线边方向角<或导线转折角>复测值与原那么值的较差，导线边边长值相对误差,，衡量导线复测精度。在一定的测量误差条件下，横向误差的累积与边长成正比；纵向误差对点位的影响也与边长成正比，同时，路线不一定程东西或南北方向，与直角坐标系一致，因此，一般不宜采用坐标复测值与原值的较差来衡量点的稳定性。复测起算边的选择：导线复测宜选择原那么网中稳定可靠点的连线作为起算边,原测值作为起算数据,实施分段控制。此次对点GPS1，GPS2和GPS4稳定性的检查，采用计算点距离的相对误差作为衡量点稳定性的指标。由于当实际情况所限制，没有实际到测区实测点的距离，检核过程如下：由于点间通视良好，采用高精度的全站仪,测量点间的边长,并利用边长改正公式计算出点间的高斯投影平面上距离Ｓ′,利用点的平面坐标计算距离Ｓ,计算较差：(3-1)假设ΔＳ/Ｓ符合允许精度那么认为点在两点连线方向上精度符合要求。当网中有多个点且通视良好时,可两两组合进行检核,获得点位在各方向上的精度情况,分析判断不合理点位。第六节设计方案： 为满足?金花路高架桥道路工程测量技术要求?的要求，根据测区的实际情况：测区南北较长，东西较短，设计单位提供的控制点离测区的间距较大的实际情况，所以此次工程施工控制网分两级布设，首级控制网的作用是将点的坐标引入测区范围内〔即总体控制〕，下一级控制网在首级控制网的根底上布设，直接为施工放样效劳。坐标系统选择西安市城市坐标系统。为保证桥轴线相对中误差到达1/40000，控制网有一定的精度储藏，拟在西安城市坐标系下，布设四等平面控制网作为高架桥的首级控制网，由图上定点，本方案拟定3种平面控制网布设网型〔详见控制网网型图①〕。6．1方案一〔导线网〕1．1平面控制1．布网形式首级平面控制网按四等控制网的精度要求布网。利用西安勘察设计院提供的三个点坐标：GPS1，GPS2，GPS4为起算点，由GPS1和GPS2两点为起算点和起算方位，符合到GPS1和GPS4上；首级控制网设计四个待定点〔1，2，3，4〕，根据测区的地理位置，首级控制网的四个待定点布设在测区附近的高层建筑物上，稳定性比拟好，不易被破坏；下一级控制网布设为一级符合导线，由首级控制网中的1点符合到3号点，布设7个待定点〔Z1，Z2，Z3，Z4，Z5，Z6,Z7〕；由于此级控制网直接为施工放样效劳，所以此7个待定点布设在桥轴线的附近；附图1。2．精度估算由于次两级控制网均是坐标和方位符合；附合导线的最弱边为〔〕处〔n为导线点数〕，所以根据方位合作表附合导线的方位角中误差计算公式：(3-2)可计算出最弱边方位角中误差；而方位和坐标附和导线的最弱点在导线的中点处，所以可由以下公式计算出最弱点点位误差：纵向误差(3-3)横向误差(3-4)3.导线测量的主要技术要求3-1表等级导线长度〔KM〕平均边长〔KM〕测角中误差〔″〕测距中误差〔mm〕测距相对中误差方位角闭合差〔″〕相对闭合差四等91.52.518≤1/800005≤1/35000一级40.5515≤1/3000010≤1/150004．精度估算结果1．首级控制网最弱边方位角中误差："导线最弱点点位误差：纵向误差横向误差2．一级导线控制网最弱边方位角中误差："导线最弱点点位误差：纵向误差横向误差4．使用仪器索佳2110型全站仪，标称精度5mm+5ppm5．施测方法采用方向观测法〔水平角观测的技术要求见第二章工程施工控制网精度指标〕。5.导线测量的外业工作：(1)．踏勘选点 选点前，应尽可能收集侧区及附近已有的高级控制点的有关资料。然后在图上大致拟定导线走向及点位，定出初步方案，再到实地踏勘，选择导线点的位置，需要分级布设时，应先确定首级导线。(2)．边长测量 各级导线边均可用电磁波测距仪测定，测量时要同时观测竖直角，以供倾斜改正之用。对一，二，三级导线，应在导线边一段测量各测回，或在两端各测一个测回，取其中值并加气象改正；对图根导线，只需在各导线边的一个端点上安置仪器测定一个测回，并无须气象改正。(3)．角度测量 角度测量按测绘法施测。对符合导线或支导线，一律测导线前进方向统一测的角，通常测左侧角，也可以测右角，闭合导线一般测内角。(4)．连接测量 导线连接角的测量叫做导线定向，目的是使导线点的坐标纳入国家坐标系，或该地区的统一坐标系中。对于与高程控制点连接的导线，要测出连接角。1．2高程控制根据设计单位提供的高程点的情况和测区的实际情况分析：在测区外以北约2公里处，和在测区西北处，较距离测区更远，路线复杂，所以选择为高称控制起算点，引入高程；根据第二章第二节的精度估算，查阅标准可知：应采用三等水准测量。水准网设计方案如下：由引入高程到测区北端一永久点，再在测区以为起算点布设闭合水准环，用导线点兼作水准点。水准网附图11．测区内水准网精度估算：水准闭合环的最弱点应该在闭合环的中点处。水准环在图纸上量取设计往测长度1057m，水准环的长度可看作为往测设计长度的2倍。①.计算最弱点高程中误差的公式：(3-5)②.水准环闭合差：12=17.4mm式中每公里高差中数的权中误差；沿水准路线观测高差的权倒数，一般取水准路线的长度或测站数，即=L或=n，〔L为水准线路的长度，㎞为单位〕2．水准测量技术要求表3-2等级水准路线最大长度(㎞)每公里高差中数中误差不符值，闭合差限差〔mm〕测段往返高差不符值符合路线或环线闭合差检测已测测段高差的差全中误差Mw(mm)偶然中误差M△(mm)三等45±6±3121220注：表中R为测段长度,L为符合路线或环线长度，K为已测测段长度，均以㎞为单位。3．使用仪器：型精密水准仪4．施测方法：采用光学测微法读数〔测微法观测的技术要求见第二章工程施工控制网精度指标〕，水准路线皆进行往返观测。5．精密水准测量的误差主要来源： 仪器误差，包括视准轴与水准管轴不平行的误差〔i角误差和交叉误差〕；水准尺每米长度误差；两水准标尺零点差。 观测误差，主要有水准管气泡居中误差；照准水准标尺上分划的误差和读数误差。外界条件的影响，主要由温度变化对i角的影响；仪器和水准尺垂直位移的影响。6．精密水准测量的主要规定：仪器前后视距离应尽量相等，其差值应小于规定的限差，以消除或减弱与距离相关的各种误差对观测高差的影响，如i角误差和垂直折光的误差的影响。在两相邻测站上，按奇偶数观测的程序进行观测，即分别按“后，前，前，后〞和“前，后，后，前〞的观测程序在相邻的测站上交叉进行，以消除或减弱与时间成正比例均匀变化的误差对观测高差的影响，如i角的变化和仪器垂直位移的影响，在一测段水准路线上，进行往，返观测以消除或减弱性质相同符号也相同的误差影响。如水准标尺垂直位移的影响等。同时，测站数应为偶数，以消除或减弱量水准标尺零点差和交叉误差在仪器竖轴倾斜时对观测高差的影响。一个测段水准路线的往，返测应在相同的气象条件下〔如上午或下午〕。观测应在成像清晰的条件下进行。7．精密水准测量观测程序，按奇偶数观测的程序进行观测。往侧时，奇数测站：①后视根本分划；②前视根本分划；③前视辅助分划；④后视辅助分划偶数测站：①前视根本分划；②后视根本分划；③后视辅助分划；④前视辅助分划返测时，奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反，奇数站由前视开始，偶数站由后视开始。1．3导线网小结在不考虑起始数据误差情况下，到下推算边方位角中误差与成正比，而与导线形状关系不大。为了保证导线边方位角精度，应当限制导线转折角数目。在导线长度一定时，适当加强导线边，可以减少转折角个数。在导线边数目相同时，为了提高导线边的方位角精度，应该尽量布设成附和导线。导线直伸时，纵向误差由测距误差引起，横向误差由测角误差引起。在不考虑起始数据误差影响的情况下，单导线最弱点位置中误差与导线的总长L，导线边长D，导线点数n有关。当平均边长一定时，导线的点位中误差与L近似成正比；而当L一定时，点位中误差与近似成正比。导线的形式不同，最弱点的位置也不同，它们的点位误差大小差异甚大。6．2方案二〔三角网〕2．1平面控制三角型的精度是由边长D，测角中误差，起始边长精度,桥轴线〔最弱边〕精度等级项主要技术指标确定的。所以问题的实质就是根据桥轴线的长度〔或河宽〕，测图范围的大小来确定上述指标。1．布网形式 根据测区现场的实际情况：南北长度相对东西长度差值较大，施工现场呈狭长的带状；根据第二章估算的结果，拟定布设四等三角锁作为首级控制网，以GPS1，GPS2和GPS4三个控制点，组成两个起算边，布设四个待定点，组成五个三角形；在四等三角控制网的根底上布设一级小三角加密网，这一级控制网直接为施工放样效劳。 根据布设的控制网和测区实际情况，很明显地可以看出，三角网〔或边角网〕不能和好的满足施工需要，因为测区十分狭长，有个别三角形夹角小于三角网布设规定的>30°的要求，而布设三角网的很大一个作用是解决测边的误差影响，测角往往是影响三角测量精度的主要因素；三角测量精度取决于网型的图形强度，网型必须坚强，这样三角网的解算精度就比拟高，所以控制网以三角网形式布设不适合次测区；同理，三角高程测量也不适用此测区，这里这对单三角锁和三角高程测量的方法作理论性的介绍，不做精度估算。2．三角测量技术要求表3-3等级平均边长〔km〕测角中误差(″)起始边边长相对中误差最弱边边长相对中误差测回数三角形最大闭合差(″)DJ1DJ2DJ6三等2.0±1.8≤1／150000≤1／7000069－±7.0四等1.0±2.5≤1／100000≤1／4000046－±9.0一级小三角0.5±5.0≤1／40000≤1／20000－34±15.0二级小三角0.3±10.0≤1／20000≤1／10000－13±30.03.图形强度的计算 设有单三角形ABC，A，B，C为三个观测角度，其中A，B为求距角，C为间隔角；AB为起始边〔〕，那么CB〔D1〕的边长中误差为： 在实际应用中，常用边长对数中误差,其计算公式为：式中，为测角中误差，分别为A，B的正对数秒差，〔一对数第六位为单位〕是常用对数的模，其值为0.47828取值为206265令那么公式可以简化为：这里R称之为图形强度因素。边的相对中误差为：4.三角锁边长和坐标方位角的精度估算1).单三角锁一边有起始边的情况设有一单三角锁，由n各三角形组成，其中为起始边，，….，，….为传距角，，….为间隔角，那么最弱边的边长中误差为：式中：为起始边的对数种误差。为n个三角形的R值的总和。为测角中误差。坐标方位角中误差为：式中：为起始边坐标方位角中误差。n为推算坐标方位角所经过的角个数。2).单三角锁两端有起始边的情况 设有一个n个三角形组成的单三角锁，其中，为起始边，此时最弱边一般在锁的中部。三角网应出于实用的目的，只考虑图形条件而不考虑其它条件。边的最或是值中误差是由两条路线〔〕分别求得的边的中误差的加权平均值，即：式中：==同理，边的坐标方位角中误差为：式中：为由起始边推算至边的坐标方位角中误差；为由起始边推算至边的坐标方位角中误差。3).三角网边长和坐标方位角的精度估算任意边的边长中误差和坐标方位角中误差估算的公式=[]/3T称为任意边全面网的平均图形强度指数，其中[]是网中全部角度正璇对数秒差的总和。上述公式中：m全面网中测角中误差；n全面网中全部观测角的个数；T全面网中三角形的个数；N估算线路上的三角形个数；G全面网中中点多边形的个数；4).三角点点位的精度估算三角锁网的点位中误差可用下式表示：式中：]式中：D最弱边边长；M最弱边相对中误差的分母；测角中误差。5．等级三角锁布设要求：1).尽量布设成近似等边三角形，三角形内角不应小于30°，如受地形限制时，个别角度不应小于25°。2).线性锁尽量布设成直伸状，待定点偏离边的垂距不应超过边长度的1/8，传距角不应小于4°。三角形个数一般不多于8个。3).采用插网和插点时，应联测相邻点因故未作联测的相邻点间的距离，三等应不小于5㎞；四等应不小于2㎞，否那么必须联测。4).用插点方法布设三四等三角点时，每一插点应由三个方向测点，且方向均须双向观测。5).条件许可时可越级布网。6．三角点的点位要求： 三角点应选在视野开阔，易于扩展，土层坚实的地方，一般应选在制高点上；应尽量利用原有的三角点，防止在同一制高点上出现不同的三角点；视线应高于地面或障碍物1~2m，旁离山坡，树林或建筑物3m以上；由各相邻三角点构成的三角形，其边长应接近标准规定的平均边长，起角度一般不小于30°。2．2高程控制根据现在的实际生产条件，全站仪已经在各个从事工程施工的生产单位普遍使用，而且精度已经远远超出经纬仪的精度指标，所以，这里我以全站仪代替经纬仪进行三角高程测量进行精度分析。1．全站仪对向观测法三角高程测量的精度分析(1)全站仪对向观测三角高程的原理如附图，将全站仪置于A点，量的仪器高，将反射镜置于B点，量的棱镜高，那么A，B两点的高差为：(3-6)式中：S—斜距，—全站仪照准棱镜时的竖直角，—地球曲率改正数，— 大气折光改正数折光影响与地球曲率影响之和为：(3-7) 式中：R—地球的平均半径为6371㎞，K—大气折光系数。因此，上述(3-6)式可表达为：(3-8)如果全站仪采用对向观测，取往，返两次观测高差的平均值作为最终结果。直站(3-9)式中：，和分别为往返测观测的斜距和竖直角；为往返测量得的仪器高和棱镜高；为往返测的大气折光系数。一般不相等，但用全站仪对向观测时设置在相同气象条件下进行的，又和同时A,B两点间的平距，可认为相等。即：(3-10)(3-8)-(3-9)，从而得到对象观测三角高程高差的计算公式：(3-11)上式说明：全站仪三角高程测量采用对象观测法在气象条件稳定时可以不考虑地球曲率及大气折光的影响，与单向观测法比拟有明显的优势。2.全站仪三角高程测量精度分析全站仪对象观测三角高程的高差中误差 根据误差传播定律，全站仪对象观测三角高程的中误差为：(3-12)式中：取==，==，S==,====(3-13)令A=，表示竖直角观测中误差对高差的影响；B=表示测距中误差对高差的影响；表示作业时量仪器高和棱镜高中误差对高差的影响。那么(3-14)全站仪对象观测三角高程的极限误差 取为高差的极限误差，以精度的全站仪为例，其极限误差与三四等水准测量的限差的比拟见下表。野外测量时，观测前后各量仪器高i和v两次，当较差不大于2mm时，取两者的平均值作为成果。从下表中可以看出：1)．斜距在300~700m范围内，全站仪三角高程观测的精度可以满足三等水准测量的要求它的情况下。能满足四等水准测量的要求。因而可以用于建立小地区首级高程控制网以及道路高程测量，还可以进行建筑施工区内的工程测量等。2)．全站仪测距中误差对高差的影响与竖直角大小有关，这种影响很小。3)．竖直角观测中误差对高差的影响随边长的增长而增大，这项影响比测边影响大得多，为减小这项影响，一是边长不要太长，一般不要超过1㎞，二是增加竖直角的测回数，提高测角精度使在之内。3．全站仪三角高程对向观测误差分析1).垂直角观测误差()标准规定,对于四等三角高程测量,在进行垂直角观测时,用中丝法观测4测回,同一方向各测回垂直角互差不大于10″。按测站平差法,那么一测回的垂直角偶然中误差=±=±3.54″。四测回垂直角的偶然中误差=±=±1.77"。大量实测资料说明,采用级经纬仪两测回测定垂直角,其观测误差小于±2″。2).边长观测误差()以索佳2110型全站仪为例,其测距标称精度=±(5mm+5ppm)。3).仪器高、反光镜高量取误差()标准规定,用小钢尺量取仪器高、反光镜高两次量取互差不得大于2mm,当使用照准杆安置反光镜观测时,得保证观测过程中觇高的变动不超过2mm。取限值的一半作为中误差值,那么=±1mm。4).大气折光差误差()如果两站点同时进行对向观测,那么可认为,大气折光的影响,可在对向观测高差中数中完全抵消。但因为往返测有一定的时间间隔,故还需要考虑大气折光对高差的影响。据实测资料说明,平均折光系数的误差对高差的影响=±0.001(ｍ)式中S以㎞为单位。标准要求,四等三角网的边长为2～4㎞，导线网平均边长为2㎞。取ｓ=3㎞,那么=±9mm。因为=取R=6371㎞,S=3㎞,故可求出=±0.0255).误差总影响()对于四等控制网,网中各边的垂直角一般不会超过10°,如果使用导线网的布设形式,标准要求其平均边长为2㎞。那么α=10°,ｓ=2㎞代入(5)式计算,那么对于单边对向观测高差的中误差=±14.12mm。用两个方向的对向观测确定网中一点的高程,这样,每个高程点的观测精度至少可到达==±9.98mm,取二倍作为极限误差,那么:=2=±19.97mm四等水准测量允许误差允=±2021=±28.3mm<容,即全站仪四等三角高程测量的精度完全满足四等水准的精度要求。2．3结论(1)全站仪完全可以同时布设平面及高程控制网,不必单独再进行水准测量,一次瞄准,屡次读数,这样可以减少工作量一半以上,大大提高工作效率。(2)几何水准测量虽然可获得较高的精度，但存在着缺乏之处，地球磁场对补偿式水准仪的影响达2mm/Km；当在坡度较大的水准路线上进行测量时受大气折光影响大；丘陵，山区地区难以实施等。采用全站仪对象观测法进行三角高程测量时，其精度取决于观测时A,B6．3方案三(GPS网) 三角网和导线网是以前工程控制网布设的主要形式，GPS技术是近几年新兴的一种测量方法，随着科学技术的开展和GPS技术的成熟，GPS技术已经在国民建设中发挥着巨大的经济和技术效应。这里，我对其在控制测量中的一些应用作以下简要地介绍。1GPS系统的组成GPS由三个独立的局部组成：

空间局部：21颗工作卫星，3颗备用卫星。

地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。

用户设备局部：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位局部信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。3．2GPS定位原理

GPS定位的根本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为的起算数据，采用空间距离前方交会的方法，确定待测点的位置。如图，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中di=c△ti(i=1、2、3、4)。di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

c为GPS信号的传播速度〔即光速〕。

四个方程式中各个参数意义如下：

x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。

xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。

Vti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。

Vto为接收机的钟差。

由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto。]3.3布网形式及精度估算1．GPS网的根本图形选择(1)三角网如图〔4-1〕所示，GPS网中的三角形边由独立观测边组成，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。但是，图形的观测工作量大，当接收机数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长。通常只有当网的精度和可靠性要求较高时，才单独采用这种图形。(2)环形网 环形网是由假设干含有多条观测边的闭合环组成，如图4-2所示。这种网型与导线网相似，其图形的结构强度比三角网较差。显然，环形网的自检能力和可靠性，与闭合环中所含基线边的数量有关。闭合环中的边数越多，自检能力和可靠性越差。所以，根据环形网的不同精度要求，以限制闭合环中所含基线边的数量。 环形网较三角网的工作量小，也具有较好的自检能力和可靠性。但由于网中非直接观测的极限边〔或间接边〕的精度要比直接观测边低。〔3〕星形网 星形网的几何条件如图4-3所示。 星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，所以检测能力差。 由于这种网型在观测中一般只需要两台GPS接收机，作业简单，因此在快速静态定位和准动态定位等快速作业模式中，大都采用这种网型。它被广泛应用于工程测量，地籍测量和碎部测量。2．GPS网的图形设计原那么1).GPS网一般应布设成有独立观测边构成的闭合图形，如三角形，多边形或复合路线，以增加检核条件，提高网的可靠性。2).网中相邻两点间基线向量精度应分布均匀。3).GPS网应尽可能与原有地面控制网点相重合。重合点一般应不少于三个，缺乏时应进行联测。而且重合点在网中分布的要均匀。这是为了可靠确实定GPS网与地面网之间的坐标转换参数。4).GPS网点应考虑与水准点相重合，对于不能重合的，可根据精度要求用水准测量方法或三角高程测量方法进行联测，区的大地高于正常高的转换参数〔高程异常〕。5).为了便于GPS测量的实施和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。6).GPS测量不要求GPS网点之间相互通视，但是为了以后用一般的测量方法进行量测和扩展，可在GPS网点附近布设通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与其网点的距离，一般应不小于三百米。3.4GPS网型设计 1．技术要求GPS相对定位的精度指标测量分级常量误差()比例误差〔〕使用范围C≤10≤5桥梁，隧道，大型枢纽，立交控制D≤10≤10线路首级控制，国家三四等加密测量2．布网形式根据布设GPS网的技术要求和测区的实际情况：根据点坐标，拟定布设C级精度要求布网；设计GPS控制网网型如下列图，因为在施工放样时采用的是常规的放样方法，所以，网中布设的GPS点相互都可以通视，且必须满足控制网点与通视的方向点边长相对精度应满足国家四等网最弱边四万分之一的精度〔因为施工放样采用的是常规的方法，根据§2.1估算的桥轴线的相对精度，所以需满足国家四等控制网的要求〕，此时边长最短为：计算得D=667米，因此方位边的边长不应低于680米。3．GPS网精度标准 对于GPS网的精度要求,主要取决于网的用途.精度指标通常以往中相邻之间的距离误差表示,其形式为:式中：——网中相邻点的距离误差()；——与GPS接收机有关的常量误差()；——比例误差〔或〕；D——相邻点间的距离〔㎞〕。那么由上式可估算GPS控制网各相邻之间的距离误差。4．GPS成果的坐标转换 由于GPS定位成果属于WGS-84协议地心坐标系，而我国使用的是国家大地坐标系，因此GPS成果的坐标转换是必要的。 解决坐标转换有两种方法(1)进行GPS基线向量网的约束平差，或进行GPS基线向量网与地面网常规观测值的联合平差。GPS网通常是由同步图形之间的相互连接而成的。在解算得到同步观测基线向量之后，就以GPS基线向量为观测值进行平差，这种网称为GPS基线向量网。 GPS基线向量网的平差有三种方法：无约束平差，约束平差，联合平差。无约束平差不能解决GPS网成果转换问题。约束平差和联合平差由于是在国家大地坐标系中进行，平差完成后，网点坐标已属于国家大地坐标系〔或地方坐标系〕，因而是目前解决GPS网成果转换的唯一有效方法。(2)建立全国性高精度GPS控制网 由于我国还没建立起全国性高精度GPS网，所以这种方法还不能使用。这里不做介绍。5．GPS卫星定位技术与常规测量相比具有以下优点:GPS之间不要求相互同视，对GPS网的几何图形也没有严格的要求﹑因而对GPS点定位的选择更为灵活,可以自由布设。定位精度高。目前采用载波相位进行相对定位﹑精度可到达1ppm.观测速度快。目前，利用静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求得精度不同，一般约为1～3h。如果采用快速静态相对定位技术，观测时间可缩短到数分钟。功能齐全。GPS测量可同时测定测点的平面位置和高程。采用实时动态测量还可以进行施工放样。操作简便。GPS测量的自动化程度很高，作业员在观测中只需要安置和开启，关闭仪器，量取天线高度，监视仪器的工作状态及测区环境的气象数据，而其他如捕获，跟踪观测卫星和记录观测数据等一系列测量工作均由仪器自动完成。全天候，全球性作业。由于GPS卫星有24颗且分布合理，在地球上任何地点，任何时刻均可连续同步观测到四项以上卫星，因此在任何地点，任何时间均可进行GPS测量。GPS测量一般不受天气状况的影响。

第四章施工放样精度分析第一节放样桥墩的误差分配根据“使控制点误差对放样点位不发生显著影响〞的原那么，即要求控制点误差影响仅占误差的十分之一。按这个原那么对控制网的精度要求分析如下： 设M为放样后的点位总误差； 为控制点误差所引起的点位误差； 为放样过程中所产生的点位误差，那么M==显然<,将上式展开为级数，并略去高次项，那么有：M=(1+)〔5〕假设使控制点误差影响仅使总误差增加1/10，上式括号中第二项应为0.1，即得上式解出代入〔5〕得由此可见，当控制点的误差引起的放样点的误差为总误差的0.4倍时，那么使放样点为总误差仅增加1/10，即控制点误差对放样点为不发生显著影响。同时易知。第二节放样方法精度分析1．极坐标法放样精度分析：如图1所示，P点为待求点，A,B为导线点，那么计算P点坐标的公式如下：并有:P点点位中误差=在导线点或支导线点上进行桥墩放样一般最远距离不大于70m，用经纬仪半测回测定角，用5mm+5ppm的测距仪实测距离S，可求的纵向误差，横向误差：，P点点位中误差=±6.8mm。2．前方交会法放样精度分析：根据标准规定〔4〕或〔5〕前方交会的特点：1.设C和为定值，当=90º时，为最小；2.当交会角为定值时，=即对称交会，最小；3.当>160º和<50º时，值剧烈增长〔见表3〕。将极坐标法和前方交会法进行比拟，认为前者操作简便且放样精度高；后者只有在不便进行极坐标放样时使用。第三节放样测量的校核方法施工放样测量，当他们的方法、精度确定之后，最重要的事情就是校核测量。必须做到万无一失，绝对没错。否那么将造成巨大的经济损失。为此，本次工程提出以下校核方法：重复观测法 为了防止错误，要求放样数据从计算机到观测由两名观测者独立作业校核，这就是重复观测。方位校核法 方位4核应用方便。首先在导线点上架设仪器，定好后视方向后即可利用方位点或其他导线点进行方位角校核。如在承台中心点上架设仪器施放法线，切线桩时便可按上述方法进行方位校核。距离校核法 检查放样点之间的距离，如图3所例如中实测L1和L2的长度，看是否与设计数据一致。也可检查放样点与临近其他放样点的距离与坐标反算距离的差值。相