2精密工程測量控制網(wǎng)解析

1GaoSuGongLu精密工程測量SACE2§2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則§2.2周密工程把握點的測量標志§2.3幾種典型的周密工程測量把握網(wǎng)2周密工程測量把握網(wǎng)3周密工程把握網(wǎng)的作用是在工程施工前(設(shè)計階段)、施工中(施工階段)以及施工后(竣工運營階段)的各個不同的階段對被測量(放樣)點、線和面供給牢靠的測量基準。為了按設(shè)計所要求的精度在大范圍內(nèi)將大型周密工程建筑及其構(gòu)件和設(shè)備統(tǒng)一在一個工藝流程之中并測設(shè)到設(shè)計位置，同時對設(shè)備進展調(diào)校、檢核測量、竣工測量以及運營期間的變形監(jiān)測，必需建立測量把握網(wǎng)。2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則4先進展網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計,通常要同時涉及到精度、牢靠性和靈敏度指標;要求盡可能地進展多余觀測,以增加網(wǎng)的內(nèi)部牢靠性;對于承受GPS布網(wǎng),留意地面觀測條件,并且承受周密星歷解算基線;盡量不承受單純的GPS網(wǎng),將GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)同時聯(lián)合解算是一個不錯的選擇周密工程測量把握網(wǎng)在很多方面有別于國家大地測量和常規(guī)工程測量把握網(wǎng)。首先表現(xiàn)在把握網(wǎng)的設(shè)計上需要定期對網(wǎng)進展檢測，以考察所埋設(shè)的有可能發(fā)生變動的把握點是否穩(wěn)定。2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則52.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則分類周密工程測量把握網(wǎng)可以分為施工測量把握網(wǎng)、安裝測量把握網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)。施工測量把握網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)的布網(wǎng)原則與一般的工測專用把握網(wǎng)相像，但通常布設(shè)成邊角網(wǎng)、GPS網(wǎng)，具有充分的多余觀測和足夠好的圖形強度。如高能粒子的地面把握網(wǎng)，高速磁浮鐵路的把握網(wǎng)等。對把握網(wǎng)承受周密的光學(xué)或電子經(jīng)緯儀測角，用高精度的光電測距儀測距。安裝測量把握網(wǎng)與一般施工安裝測量把握網(wǎng)既有一樣之處，又有很多不同的特點。建立這類把握網(wǎng)既要承受大地測量的方法和儀器，又要承受機械制造和計量學(xué)的方法和儀器。62.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則原則把握網(wǎng)的大小、圖形主要取決于工程的外形、規(guī)模和施工方法，以確保工程施工和變形監(jiān)的需要周密工程把握網(wǎng)是為工程效勞的，必要具備必要的精度把握網(wǎng)投影面的選擇應(yīng)滿足把握點坐標反算要求把握點點位設(shè)置要穩(wěn)定牢靠每一個把握點至少能與一個以上的把握點通視要建立強制歸心裝置充分利用高精度的測量儀器把握網(wǎng)點位的選擇應(yīng)重點考慮工程的需要和使用便利72.2周密工程把握點的測量標志周密工程測量中承受的各種測量標志，大致可分為平面點、高程點、平面一高程點(簡稱平高點)。按其用途它們可以是施工安裝測量把握網(wǎng)的把握點、用以表示設(shè)備物理或幾何軸線的設(shè)備點、變形觀測的基準點和觀測點。各種標志的作用不同，其相應(yīng)的構(gòu)造和特點亦不一樣。各類測量把握點不僅是施工、安裝測量的依據(jù)，而且也是區(qū)域性地殼形變、建筑物及其根底變形觀測、設(shè)備定位調(diào)校的依據(jù)。由于設(shè)備定位的高精度，對其穩(wěn)定性也提出了相應(yīng)的高要求。為保證把握點的穩(wěn)定性，對它們的標石埋設(shè)深度、標志本身的構(gòu)造也提出了相應(yīng)的要求。8影響深埋標志穩(wěn)定性的主要因素包括如下三方面:根底荷載的變化、地層溫度的變化和地下水位的變化。①根底荷載的變化的影響依據(jù)土力學(xué)學(xué)問，由于荷載的變化而引起把握點的沉陷量可以用下式進展近似估算：式中：n—計算沉陷時的分層數(shù)；Pi—作用于對應(yīng)土層的附加壓力〔可按Pi=0.2P0i計算，P0i為相應(yīng)層的自然壓力〕；Ei—該土層的彈性摸量；Hi—該土層的厚度；βi—與孔隙比和壓應(yīng)力有關(guān)的修正系數(shù)，可由試驗數(shù)據(jù)分析求得。2.2周密工程把握點的測量標志9②地層溫度變化的影響地層溫度變化對把握點穩(wěn)定性的影響可以依據(jù)地層內(nèi)的熱力狀態(tài)來確定。一般認為，各深度層的溫度變化周期是不變的，且溫度變化的幅度隨深度的增加而減弱。在自然條件下，地層溫度變化的幅度可用下式進展近似計算：

式中：a—深度為H處的溫度變化幅度；A—大氣溫度的年變化幅度；T—溫度變化的周期，以秒為單位；K—地層土壤〔或巖石〕的導(dǎo)熱系數(shù)；H—深度。10③地下水位的變化的影響地下水位的變化往往使土壤的物理狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，在水位下降時，土壤被密實；水位上升時，土壤將被擴松。而地下水位的變化引起把握點在垂直方向上變化的近似值△S可由下式計算：

式中：h—地下水位的變化值；△P—水位變化而引起的壓力變化值當h=1.0m時，△P約為0.1kg/cm2；E—土層的彈性摸量。11

(1)倒錘構(gòu)造的深埋平面標志如右圖，主要構(gòu)造有十字標志、錨塊、浮筒、浮子、不銹鋼絲、疼惜管等組成。我國北京正負電子對撞機工程，〔BEPC〕的建設(shè)中承受了這種倒錘作為地面首級把握網(wǎng)點。在CERN質(zhì)子工程的建設(shè)中，也曾承受類似構(gòu)造的倒錘作為爭論各不同深度地層穩(wěn)定性的把握點和觀測點。下面結(jié)合不同用途和類型，列舉幾種在周密工程測量中常見的主要標志。周密工程把握點的測量標志12〔2〕將固定在底層的把握點標志中心利用光線投射到標志頂面上來，以代替倒錘標志中的倒錘線。見圖周密工程把握點的測量標志13〔3〕雙金屬桿標主要作為水準測量的把握點。制作時一般承受鋼管和鋁管，由于兩種金屬的熱膨脹系數(shù)不同〔差異較大〕，依據(jù)溫度變化對兩種金屬管長度產(chǎn)生不同影響，可求得標志頭由于管長變化后得高程。周密工程把握點的測量標志14設(shè)兩種金屬得熱膨脹系數(shù)分別為α1、α2兩管初始長度為l0,當溫度變化△t后，兩管的長度變化量分別為：

其差值為：該值可由兩管頂部的標尺測得。將以上公式變化得：

所以，可依據(jù)兩管的長度變化量隨時計算出標志的高度變化量。

周密工程把握點的測量標志15由此可以看出。利用深埋雙金屬標不需要測定溫度〔也不宜測定〕，僅依據(jù)兩標志頭的高差變化量δ即可求出鋼管和鋁管標志頭高程的改正數(shù)。在掩蓋層較厚的地區(qū)，雙金屬管的長度將隨著埋設(shè)深度的增加而增加，由于自重的影響，不僅增加了根底的負荷，而且也將使金屬管產(chǎn)生不規(guī)章的彎曲而引起附加變形。為了抑制這種缺點，可將雙金屬桿標改為雙金屬絲標，這種標志同樣利用了雙金屬桿標的根本原理抑制了溫度變化對標點高程的影響，僅對其構(gòu)造進展了改進。周密工程把握點的測量標志16如以以下圖：利用杠桿千分表可以指示出因溫度變化而引起兩鋼絲的伸長差值。為觀測需要可以在不同高度層設(shè)置微型水準尺。

除上述把握點標志外，另外還有如基巖標、山峒標等高程標志.周密工程把握點的測量標志172.3幾種典型的周密工程把握網(wǎng)—施工把握網(wǎng)一、概述以高能物理粒子工程的地面把握網(wǎng)為例。高能物理粒子工程一般都位于地下隧道內(nèi)，地下隧道中測量工作主要包括：—用經(jīng)緯儀和陀螺經(jīng)緯儀導(dǎo)線進展隧道定向；—建立安裝測量把握網(wǎng)；—安裝電磁鐵及附屬設(shè)備；—確定把握網(wǎng)點及設(shè)置在設(shè)備上的標志點在各期的變形量，用以進展設(shè)備的調(diào)校。以上的測量工作都是以地面把握網(wǎng)為根底的。1819二、地下隧道地面把握網(wǎng)布設(shè)的主要特點1、地面把握網(wǎng)的作用是指導(dǎo)地下隧道開挖，建立地下安裝測量把握網(wǎng)，并對其進展定期檢核。2、把握點的觀測墩要埋設(shè)對于儀器、覘牌及反射鏡都通用的強制對中裝置；3、要對所選的儀器進展檢驗核試驗爭論，以確定其精度；4、承受模擬法進展設(shè)計網(wǎng)的診斷核優(yōu)化設(shè)計；5、比較實測平差結(jié)果核模擬計算結(jié)果；6、將地面把握網(wǎng)的坐標傳遞到隧道內(nèi)，并計算投點精度。—施工把握網(wǎng)20三、歐洲原子核爭論中心〔CERN〕的大型環(huán)形質(zhì)子同步工程〔SPS〕的布網(wǎng)SPS的地面把握網(wǎng)如以下圖，SPS的圓環(huán)直徑約為2.2km，圓環(huán)分為6段，在地面上設(shè)立301～306共6個把握點，通過6個豎井傳遞坐標?！┕ぐ盐站W(wǎng)21把握網(wǎng)要與原先為把握穿插存儲環(huán)工程〔IBR〕所建立的網(wǎng)相連接。由于受地形起伏、通視以及自然疼惜等因素的限制，在豎井四周設(shè)立了臨時把握點來放樣豎井點。地面把握網(wǎng)承受T3經(jīng)緯儀測角地面把握網(wǎng)承受T3經(jīng)緯儀測角，用MA100和Geodolite兩種電磁波測距儀測距，對測距儀在500m和1500m的基線場進展檢定，并作了大量試驗測量，最終確定出它們的精度為：MA100——0.5mm＋1.1PPmGeodolite——0.3mm＋1.2PPm—施工把握網(wǎng)22在隧道開挖和襯砌不同階段進展了把握網(wǎng)的多期觀測，承受間接平差得最大點位誤差橢圓的長半軸不超過1.8mm。由最終一次測量所得的這一精度為±1.3mm。將豎井點坐標投影到隧道內(nèi)時，投點深度為23m到62m。承受垂線法、垂直投影望遠鏡和周密投點儀(WildGlQ)三種方法和儀器，實踐閱歷說明，包括聯(lián)系測量在內(nèi)，投點精度在1mm以內(nèi)，洞內(nèi)把握點的精度由地面把握點的精度和投點精度計算，平均點位中誤差為±1.3mm。SPS的隧道全長約6911m，從六個豎井同時進開放挖，承受陀螺經(jīng)緯儀導(dǎo)線，每32m埋設(shè)一測量標志，用銦瓦線尺量距，計算出各點坐標，用激光定向儀指導(dǎo)開挖方向，隧道貫穿后用測角導(dǎo)線進展檢核。

—施工把握網(wǎng)23安裝測量把握網(wǎng)直接用于設(shè)備的安裝，它即與施工測量把握網(wǎng)有直接聯(lián)系，又與工程運營期間的變形監(jiān)測網(wǎng)有親切的關(guān)系，三種把握網(wǎng)必需有公共點。本節(jié)結(jié)合具體工程介紹安裝測量把握網(wǎng)的類型及特點。安裝測量把握網(wǎng)可分三種典型的布網(wǎng)方案：——直伸型把握網(wǎng)——中心輻射環(huán)形把握網(wǎng)——直伸環(huán)形把握網(wǎng)2.3幾種典型的周密工程把握網(wǎng)—安裝把握網(wǎng)24——安裝測量把握網(wǎng)直線型的周密工程很多，如大型導(dǎo)軌、高能粒子工程中的直線及科學(xué)試驗廊道、高速磁浮鐵路工程等。為這類工程所進展的周密基準線測量構(gòu)成了周密工程測量的重要內(nèi)容。一、直伸型把握網(wǎng)用于直線型建筑物的放樣安裝以及檢核、監(jiān)測，這種網(wǎng)是最簡潔又最合理的布網(wǎng)形式。在工程測量學(xué)中，我們已經(jīng)接觸了不少關(guān)于道路、橋梁、大壩等工程的把握測量工作，在周密工程測量中所不同的是要求以更高的精度來放樣一條軸線，使安裝在直線上的工藝設(shè)備的橫向精度到達±0.02～0.5mm。25直伸型把握網(wǎng)的布設(shè)：直伸型把握網(wǎng)的布設(shè)特殊簡潔，一般由兩條平行的基準線組成，其中一條為根本基準線，一條為幫助基準線〔見圖1〕。在基準線上每隔確定的距離埋設(shè)標石，兩條基準線可以布設(shè)在同一高程面內(nèi)，也可以布設(shè)在不同高程的同一鉛垂面內(nèi)，根本基準線或者位于設(shè)備中心線上或者與設(shè)備中心線平行?；鶞示€的兩個端點須是深埋的永久性固定點，否則應(yīng)保持與永久性固定點進展聯(lián)測。——安裝測量把握網(wǎng)26——安裝測量把握網(wǎng)除了由基準線構(gòu)成的直伸型把握網(wǎng)外，還有直伸導(dǎo)線、直伸線型鎖等網(wǎng)型〔見圖2〕。27二、中心輻射環(huán)形把握網(wǎng)由單三角形構(gòu)成的中心環(huán)形網(wǎng)，如圖3為中心八邊形網(wǎng)，O為環(huán)形建筑物的中心并作為平差的基準點，把握點均勻分布在半徑為R的圓周上，構(gòu)成正多邊形。——安裝測量把握網(wǎng)28這種網(wǎng)形的幾何圖形簡潔，點位精度均勻。歐洲原子核爭論中心〔CERN〕的質(zhì)子同步〔SPS〕，德國漢堡德電子同步加速〔DESY〕，美國的巴塔維亞質(zhì)子以及前蘇聯(lián)的“PATTH-600”射電望遠鏡、普爾科法射電望遠鏡、埃列溫電子同步等大型周密工程，都承受了這種布網(wǎng)方案?！惭b測量把握網(wǎng)29——安裝測量把握網(wǎng)假設(shè)對把握網(wǎng)僅僅用銦瓦線尺量測徑向邊和環(huán)邊，那么，整個網(wǎng)只有一個多余觀測，構(gòu)成一個中心閉合條件：

其中n為輻射半徑條數(shù)，V為改正數(shù)，系數(shù)a和閉合差W為：

式中，θ為按邊長計算的中心角。平差后的邊長的精度提高甚微。設(shè)Si和Ri的量邊精度相等且為ms，當n=8時,，

30為了提高徑向邊長的精度和網(wǎng)的牢靠性，實行邊角同測的方法。在初期只對把握網(wǎng)進展平差，然后由平差后的點用極坐標法放樣和測量安置在電磁鐵嵌合軸套上的標志。隨著儀器和方法的改進，在后期對這種布網(wǎng)的觀測方案作了假設(shè)干改進，從而提高了工藝設(shè)備在所要求方向上的精度?！惭b測量把握網(wǎng)31三、直伸環(huán)形把握網(wǎng)與中心環(huán)形輻射把握網(wǎng)不同，該網(wǎng)不在環(huán)形建筑物的幾何中心設(shè)點，開挖徑向測量隧道直接量測徑向邊，而是直接圍繞環(huán)形建筑布設(shè)直伸環(huán)形把握網(wǎng)，這是現(xiàn)代大型環(huán)形工程最常承受的方案。這是由于環(huán)形的半徑愈大，開挖隧道的費用則愈大。此外，由于測量方法和儀器的改進，即使對于半徑較小的工程，承受這種布網(wǎng)方案同樣能到達所要求的精度。從構(gòu)圖來看，直伸環(huán)形把握網(wǎng)包括三種形式：即：測角直伸三角形環(huán)形網(wǎng)；測高直伸三角形環(huán)形網(wǎng)；大地四邊形環(huán)形網(wǎng)。——安裝測量把握網(wǎng)32〔1〕在直伸三角形環(huán)形網(wǎng)中，環(huán)形隧道及構(gòu)網(wǎng)元素，如以以下圖所示：

r1、r2、r分別為隧道內(nèi)壁、外壁和平均半徑；b—隧道凈寬；δ—把握點及測量方向線離壁的距離；S1—等腰三角形的腰長；S2—等腰三角形的底邊長；h—等腰三角形底邊上的高。——安裝測量把握網(wǎng)33半徑r、n，δ、b設(shè)計量，推算量S1、S2、h在對各幾何量進展選擇或作方案設(shè)計時，由量可以依據(jù)以下公式計算其它的量：——安裝測量把握網(wǎng)34測量工程師在隧道尺寸設(shè)計中起重要作用，其中的一些幾何量是依據(jù)總體設(shè)計圖得到，對于壁距δ確實定和S1、S2的選擇，測量工程師要提出意見，一經(jīng)確定，則要依據(jù)三角形的高和邊長特地制作確定長度的銦瓦線尺和桿尺，同時還要考慮它們的鑒定設(shè)備?！惭b測量把握網(wǎng)35〔2〕測角直伸三角網(wǎng)〔如以以下圖〕在環(huán)形網(wǎng)的每個三角形中，設(shè)觀測了三條邊和轉(zhuǎn)角A，測角中誤差為mβ，測邊中誤差為ms，三角形中存在一個圖形條件，通過平差可得轉(zhuǎn)角平差值。設(shè)m∠A=mβ=±1″.0ms1=±40μm,ms2=±60μm,∠A=170°，S1=24.4m可得：m∠A(平差)=±0.99mβ即測量底邊S2對提高轉(zhuǎn)角的精度幾乎不起作用。故這種環(huán)形網(wǎng)根本不承受?！惭b測量把握網(wǎng)36〔3〕測高直伸三角形環(huán)形網(wǎng)這種網(wǎng)是在每個轉(zhuǎn)點上量測重疊三角形的兩條底邊、兩條腰和一個高。由于假設(shè)測量三角形的全部邊和角而不測高，不僅精度沒有前者高，而且由于調(diào)焦誤差及旁折光的影響，測角精度亦很難保證。——安裝測量把握網(wǎng)37下面爭論測高環(huán)形網(wǎng)的精度狀況設(shè)測邊、測高精度相等且為ms，解三角形，可由三邊