現(xiàn)代測量學(xué)的基本應(yīng)用

第十一章測量學(xué)的基本應(yīng)用

測量學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域就是工程測量，在工程建設(shè)的勘察設(shè)計、施工及運營階段所進行的各種測量工作，統(tǒng)稱工程測量。

工程測量涉及到國民經(jīng)濟的各個部門（工業(yè)與民用建筑、水利、鐵路、公路、橋梁、隧道、礦山、地下工程、地質(zhì)勘探和物化探等），在工程建設(shè)的不同階段（勘察設(shè)計階段、工程施工階段、工程竣工后、運營階段），其內(nèi)容極其廣泛。

工程測量主要是利用測量儀器、工具、方法以及計算和平差理論，解決工程建設(shè)中測量問題的一門應(yīng)用科學(xué)，其顯著的特點在于他同工程的設(shè)計、施工聯(lián)系非常密切?！?/p>

11.1建筑施工測量一、建筑施工測量1、建筑場地的施工控制測量1）、建筑基線建筑基線的布設(shè)應(yīng)根據(jù)建筑物的分布，場地的地形及原有控制點的情況而定。建筑基線應(yīng)盡量靠近主要建筑物并與其軸線平行，為了便于檢查基線點的穩(wěn)定性，其點數(shù)不應(yīng)該少于三個。根據(jù)建筑物的設(shè)計坐標(biāo)及附近控制點，在圖上選定建筑基線位置，求算測設(shè)數(shù)據(jù)，并在實地測設(shè)出來。2）、建筑方格網(wǎng)為了便于設(shè)計和施工，通常采用獨立坐標(biāo)系統(tǒng)——建筑坐標(biāo)系（施工坐標(biāo)系）。施工坐標(biāo)系應(yīng)與施工區(qū)的主要建筑物、主要道路或主要管線方向平行，其坐標(biāo)原點設(shè)于該區(qū)域的西南角，以保證所有建筑物的設(shè)計坐標(biāo)為正值。方格網(wǎng)布設(shè)應(yīng)該根據(jù)建筑設(shè)計總平面上各建筑物、構(gòu)筑物、道路及管線的布設(shè)情況，并結(jié)合場地的具體情況擬訂。NDMCO3）、方格網(wǎng)測設(shè)如圖1、2、3點為控制點，A、O、B為主軸線的主點，先將各主點的施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成測量坐標(biāo)，再根據(jù)其坐標(biāo)反算出測設(shè)數(shù)據(jù)D1、D2、D3及

β1、β2、β3，然后按極坐標(biāo)法分別測設(shè)出各主點的概略位置A’、O’、B’。由于受測設(shè)誤差影響，三主點不在一條直線上，為此，可在O’點上安置經(jīng)緯儀，精確測出

角，當(dāng)β與180°之差超出限差時則應(yīng)進行調(diào)整。當(dāng)A、O、B各主點測設(shè)好后，可將經(jīng)緯儀安置于O點，照準(zhǔn)A點，分別向左、向右轉(zhuǎn)90°測設(shè)出另一主軸線COD，并用混凝土樁定出其概略位置C’和D’，再精測∠AOC’和∠AOD’，分別求出他們與90°的差值ε1和ε2。并計算出移動量l1和l2。123OBAD2D1D3β3β2β1ABOA'O'B'μaγδδδ

βbABCC'D'Dε2ε1OL1L2l1l24）、高程控制在建筑場地內(nèi)，水準(zhǔn)點密度應(yīng)盡可能滿足一站即可測設(shè)出所需點高程。若場地水準(zhǔn)點密度不夠，則應(yīng)增設(shè)水準(zhǔn)點。一般情況下，方格網(wǎng)點亦可作為高程控制點。水準(zhǔn)點高程一般采用四等水準(zhǔn)測量方法測定，而對連續(xù)生產(chǎn)的車間或下水管道等，則應(yīng)采用三等水準(zhǔn)測量方法測定。二、民用建筑施工測量1、建筑物定位370041009000300060002580012345662002400150006200ABCDENPQM25.80014.240l+0.240l+0.240ll宿舍樓教學(xué)樓15.000MNPQabcd單位：m2、軸線控制樁設(shè)置外墻中心線軸線控制樁基槽邊線軸線控制樁MNPQ3700410090003000600025003700260062003、基坑開挖的測量工作4、深基坑高程測設(shè)三、工業(yè)建筑施工測量1、柱列軸線的測設(shè)柱子廠房矩形控制網(wǎng)軸線控制樁定位小木樁RSTUNMQPCBA1234567892、柱基的測設(shè)樁基的測設(shè)就是根據(jù)基礎(chǔ)平面和基礎(chǔ)大樣圖的有關(guān)尺寸，把基坑開挖的邊線用白灰標(biāo)出來，以便開挖。3、基坑高程的測設(shè)樁基的測設(shè)就是根據(jù)基礎(chǔ)平面和基礎(chǔ)大樣圖的有關(guān)尺寸，把基坑開挖的邊線用白灰標(biāo)出來，以便開挖。4、基礎(chǔ)模板定位在打好墊層后，可根據(jù)坑邊定位的小木樁，用拉線的方法，用吊垂把樁基定位線投到墊層上，用墨斗彈出墨線，用紅油漆作好標(biāo)記，作為樁基立模板和布設(shè)基礎(chǔ)鋼筋的依據(jù)。立模時，將模板底線對準(zhǔn)墊層上的定位線，并用垂球檢查模板垂直度。最后將樁基頂面設(shè)計高程測設(shè)在模板的內(nèi)壁?！?/p>

11.2線路工程測量一、帶狀地形圖測繪

帶狀地形圖是指線路狹長的地形圖，其寬度一般為100～300m，其是帶狀工程線上定線和設(shè)計的基礎(chǔ)資料。帶狀地形圖的測繪內(nèi)容與一般地形圖基本相同，按選定的比例尺測繪出帶狀范圍內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物、道路、水系、地貌等。帶狀地形圖的測繪方法：先沿線路方向敷設(shè)導(dǎo)線點及水準(zhǔn)點作為平面和高程的控制，然后可按一般地形圖測繪的方法和技術(shù)要求進行帶狀地形圖測繪。帶狀地形圖一般是按線路的里程進行分幅，可按北方向朝上繪圖，亦可把線路的方向旋轉(zhuǎn)至左右方向繪圖，且加繪北方向線。二、圓曲線的測設(shè)2、圓曲線主點的測設(shè)圓曲線的起點,中點

和圓曲線的終點

稱為圓曲線的主點。3、圓曲線的詳細測設(shè)

1）、偏角法：利用偏角（弦切角）和弦長來測設(shè)圓曲線。2）、切線支距法：以曲線起點ZY（或終點YZ）為坐標(biāo)原點，切線方向為x軸，過ZY的半徑方向為y軸，建立直角坐標(biāo)系統(tǒng)。測設(shè)時，在地面上沿切線方向自ZY（或YZ）量出xi,在其垂線方向量出yi，即可得出曲線上的i點。三、有緩和曲線的圓曲線的測設(shè)

緩和曲線是一段曲線半徑由無限大漸變到等于圓曲線半徑的曲線。我國采用螺旋線作為緩和曲線。1、緩和曲線要素的計算公式

其中為緩和曲線長度；為加設(shè)緩和曲線后使切線增長的距離；為因加設(shè)緩和曲線后圓曲線相對于切線的內(nèi)移量；為緩和曲線角度。其中、、稱為緩和曲線參數(shù)，可按下式計算：2、緩和曲線主點的測設(shè)具有緩和曲線的圓曲線，其主點為：直緩點ZH，緩圓點HY，曲中點QZ，圓緩點YH，緩直點HZ。采用切線支距法測設(shè)。以直緩點鉆ZY為原點，過ZH的緩和曲線切線為x軸、

點ZH上緩和曲線的半徑為y軸的直角坐標(biāo)系，則緩和曲線上任一點的直角坐標(biāo)的計算公式為：3、緩和曲線的詳細測設(shè)用切線支距法進行曲線的詳細測設(shè)時，首先應(yīng)建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，然后利用曲線上各點在此坐標(biāo)系中的坐標(biāo)x，y測設(shè)曲線。四、豎曲線的測設(shè)

線路縱斷面是由許多不同坡度的坡段連接成的。坡度變化之點稱為變坡點。為了緩和坡度在變坡點處的急劇變化，可在兩相鄰坡度段以圓曲線連接。這種連接不同坡度的曲線稱為豎曲線。豎曲線有凹形和凸形兩種。1、豎曲線要素及計算公式2、豎曲線的測設(shè)由變坡點定出曲線的起點

和終點

后常用切線支距法測定。將沿著切線方向的水平距離定為x方向，由于a很小，故可認為

坐標(biāo)y與半徑方向一致，也可認為它是切線與曲線上的高程差：§

11.3隧道工程測量

一、隧道工程地面控制測量1、平面控制測量

1）、中線法：在隧道地面上按一定距離標(biāo)出中線點，施工時據(jù)此作為中線控制樁使用。

2）、導(dǎo)線法：

3）、三角（邊）鎖法：EABCDβ2A1234Bβ1A1234B4）、GPS控制網(wǎng)利用GPS定位系統(tǒng)建立洞外施工控制網(wǎng)，由于無需通視，故不受地形限制，從而減少了工作量，提高了速度，降低了費用，并能保證施工控制網(wǎng)的精度。ABABCDEF2、地面高程控制測量高程控制測量的目的是按照規(guī)定的精度，測量兩開挖洞口的進口點的高差，并建立洞內(nèi)統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，以保證在貫通面上高程的正確貫通。常采用相應(yīng)等級的水準(zhǔn)測量進行高程控制。二、隧道的施工測量1、地下平面控制測量1）、地下導(dǎo)線的布設(shè)2）地下導(dǎo)線的外業(yè)選點：選在堅固的地板或頂板上，應(yīng)便于觀測，易于安置儀器，通視較好；邊長要大致相等，不小于20m；測角；測邊；3）、地下導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)

與地面上的導(dǎo)線計算相同，是一種支導(dǎo)線的形式。CDEMNII級導(dǎo)線I級導(dǎo)線2、地下高程控制測量當(dāng)隧道坡度小于8

時，多采用水準(zhǔn)測量，建立高程控制；當(dāng)坡度大于8

時，采用三角高程測量。若水準(zhǔn)點在頂板上，用1.5m的水準(zhǔn)尺倒立于點下，高差的計算與地面相同，地下三角高程測量與地面三角高程測量相同，計算高差時，i和v的符號以點上和點下不同而異。高差計算：a1ABCDEb1a2a3a4b2b3b43、隧道掘進中的測量工作1、隧道的中線測設(shè)2、腰線的標(biāo)定1）、用經(jīng)緯儀標(biāo)定腰線

在隧道掘進過程中，標(biāo)志隧道坡度的腰線點并不設(shè)在中線上，往往標(biāo)志在隧道的邊邦上。2）、用水準(zhǔn)儀標(biāo)定腰線、待放樣點設(shè)計高程計算、儀器高程計算、前視尺讀數(shù)計算三、隧道（巷道）的貫通測量1、概述

1）、隧道（巷道）貫通：指隧道相向掘進，在貫通面掘通的工作，為此而進行的測量工作稱貫通測量。貫通測量不可避免地產(chǎn)生誤差，致使在貫通面上產(chǎn)生三個方向的貫通誤差。垂直于中線方向產(chǎn)生橫向誤差△u；高程方向產(chǎn)生豎向貫通誤差△h；沿中線方向產(chǎn)生縱向貫通誤差△l。KKΔu中線腰線貫通面Δh(a)(b)兩相向開挖洞口間的距離/km44～38～1010～1313～1717～20容許橫向貫通誤差/mm±100±150±200±300±400±500容許豎向貫通誤差/mm±50±50±50±50±50±502、貫通測量的誤差預(yù)計1）、貫通點K在x方向的測量誤差

包括測角誤差引起K點在x方向的貫通誤差、測邊誤差對K點在x軸方向上引起的貫通誤差、

定向測量誤差對K點引起的橫向貫通誤差、地下經(jīng)緯儀導(dǎo)線測量對K點橫向誤差。ABABCDCDKzxy2）、貫通點K在z軸方向的測量誤差包括地面水準(zhǔn)測量誤差、地下水準(zhǔn)測量誤差、導(dǎo)入高程的誤差。§

11.4變形監(jiān)測一、變形監(jiān)測的內(nèi)容、目的及意義1、變形監(jiān)測的基本概念1）、變形：建筑物在工程建設(shè)和使用過程中，由于其基礎(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造不均勻，土基的物理性質(zhì)不同，地基的塑性變形，地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物自身的荷重及動荷載（如風(fēng)力、震動等）的作用等，將會導(dǎo)致工程建筑物隨時間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂縫等現(xiàn)象。2）變形監(jiān)測：利用測量理論與專用儀器及方法對變形體的變形現(xiàn)象進行監(jiān)視觀測的工作。3）、監(jiān)測的任務(wù)：確定在各種荷載及外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)及時間特征。4）、分類、按時間長短分為：長周期變形（建筑物自重引起的沉降和變形）、短周期變形（溫度變化所引起的變形）和瞬時變形（風(fēng)振引起的變形）；、按類型分為：靜態(tài)變形和動態(tài)變形；、研究范圍分為：全球性變形研究、區(qū)域性變形研究、局部變形研究和工程變形研究；2、變形監(jiān)測的內(nèi)容、工業(yè)及民用建筑物：主要包括基礎(chǔ)的均勻沉陷和不均勻沉陷觀測與建筑物的傾斜和裂縫觀測；、水利建筑物：大壩的水平位移、垂直位移、滲透以及裂縫觀測；、地面沉降：建設(shè)在江河下游沖積層上的城市，由于工業(yè)用水需要大量開采地下水，從而影響地下土層結(jié)構(gòu)，致使地面發(fā)生沉降現(xiàn)象；在地下采礦地區(qū)，由于大量的采掘，也會使地面發(fā)生沉降現(xiàn)象。在這種沉降現(xiàn)象嚴(yán)重的城市地區(qū)，暴雨以后將會發(fā)生大面積的積水，影響居民生活，甚至造成地下管線破壞，危及建筑物安全。因此必須定期進行地面沉降觀測，掌握其沉降規(guī)律，以便采取防護措施。3、變形監(jiān)測的目的和意義1）、目的掌握變形體的實際變形性狀。2）、意義實用意義，主要是掌握各種建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，為安全性診斷提供必要的信息，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；科學(xué)意義，它包括更好的了解變形的機理，驗證有關(guān)工程設(shè)計理論和地殼運動假設(shè)，進行反饋設(shè)計以及建立有效的變形預(yù)報模型。二、變形監(jiān)測的特點和方法1、變形觀測特點1）、觀測精度要求高：由于變形觀測的結(jié)果將直接關(guān)系到建筑物的安全，影響對變形成因及變形規(guī)律的正確分析。因此，變形觀測數(shù)據(jù)必須具有很高的精度。2）、需要重復(fù)觀測：由于各種原因產(chǎn)生的建筑物變形都存在著時間效應(yīng)。要求變形觀測必須按一定的時間周期進行重復(fù)觀測。2、變形監(jiān)測的基本方法1）、利用常規(guī)的大地測量方法：水準(zhǔn)、三角高程、三角、導(dǎo)線、交會等測量。2）、影測量方法：航空攝影測量、近景攝影測量、遙感。3）、物理原理的方法：激光準(zhǔn)直、液體靜力水準(zhǔn)量。4）、空間測量技術(shù)方法：全球定位系統(tǒng)（GPS）、甚長基線干涉測量、衛(wèi)星激光測距。三、建筑物（構(gòu)建物）變形觀測系統(tǒng)

變形觀測的實質(zhì)是定期對建筑物（構(gòu)建物）的有關(guān)幾何量進行測量，從中整理、分析出建筑物（構(gòu)建物）的各種形變規(guī)律。其原理是在建筑物（構(gòu)建物）上根據(jù)變形觀測要求在特殊位置上選擇一定數(shù)量具有代表性的固定點，并對其進行重復(fù)觀測以求出變形幾何量的變化。變形觀測的固定點包括基準(zhǔn)點、工作點、形變點（觀測點）三類。

1、基準(zhǔn)點：位置相對穩(wěn)定、作為分析比較依據(jù)以反映其變化的參考基準(zhǔn)點，常埋設(shè)于相對穩(wěn)固的基巖上或變形體變形范圍外。

2、工作點：為了觀測的方便性常布設(shè)一些介于基準(zhǔn)點和形變點之間的過渡點，常布設(shè)于形變體附近。

3、觀測點：位于建筑物上的能準(zhǔn)確反映建筑物變形，并作為照準(zhǔn)標(biāo)志的點。由基準(zhǔn)點、工作點、觀測點構(gòu)成的觀測系統(tǒng)叫做“變形觀測系統(tǒng)”。四、建筑物沉降觀測1、基本概念1）、建筑物的沉降：指建筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向的變形（也稱垂直位移）。2）、沉降觀測就：測定建筑物上所設(shè)觀測點（沉降點）與基準(zhǔn)點（水準(zhǔn)點）之間隨時間變化的高差變化量。采用精密水準(zhǔn)測量或液體靜力水準(zhǔn)測量的方法進行。3）、監(jiān)測的范圍：高層建筑物、重要廠房的柱基及主要設(shè)備基礎(chǔ)、連續(xù)性生產(chǎn)和受震動較大的設(shè)備基礎(chǔ)、工業(yè)爐（如煉鋼的高爐等）、高大的構(gòu)筑物（如水塔、煙囪等、人工加固的地基、回填土、地下水位較高或大孔性土地基的建筑物等。2、沉降觀測系統(tǒng)的布設(shè)1）、基準(zhǔn)點的布設(shè)、

為了相互校核并防止由于個別基準(zhǔn)點的高程變動造成差錯，一般最少布設(shè)三個基準(zhǔn)點。三個基準(zhǔn)點之間最好安置一次儀器就可進行聯(lián)測。、基準(zhǔn)點應(yīng)埋設(shè)在受壓、受震范圍以外，埋深至少在凍土線以下0.5m，確?；鶞?zhǔn)點的穩(wěn)定性。、基準(zhǔn)點離觀測點的距離不應(yīng)大于100m，以便觀測和提高精度。2）、觀測點的布設(shè)觀測點的數(shù)目和位置應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、大小、荷載、基礎(chǔ)形式和地質(zhì)條件等情況而確定，要能全面反映建筑物沉降的情況。一般在建筑物四周角或每隔6～12m設(shè)立觀測點。在最容易沉降變形的地方，如設(shè)備基礎(chǔ)、柱子基礎(chǔ)、伸縮縫兩旁、基礎(chǔ)形式改變處、地質(zhì)條件改變處、高低層建筑連接處、新老建筑連接處等也應(yīng)設(shè)立觀測點。2、沉降觀測的實施在建筑物基坑開挖之前，應(yīng)布設(shè)基準(zhǔn)網(wǎng)并進行觀測，對沉降點的觀測應(yīng)貫穿于整個施工過程中，并持續(xù)到建成后若干年，直到沉降現(xiàn)象基本停止時為止。1）、沉降觀測時間與周期的確定、基準(zhǔn)點：穩(wěn)定后至少兩次。、觀測點：增加大荷載后需要沉降觀測，一般隨施工進度確定周期。、竣工后要按沉降量的大小，定期進行觀測。開始可隔1～2個月觀測一次，一般以每次沉降量在5mm以內(nèi)為限度，否則要增加觀測次數(shù)。隨后隨著沉降量的減小，逐漸延長觀測周期，直至沉降穩(wěn)定為止。2）、沉降觀測的技術(shù)要求、方法：采用精密水準(zhǔn)測量的方法；、水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量構(gòu)成閉合環(huán)的形式；、采用固定觀測員、固定儀器、固定施測路線的“三固定”方法來提高觀測精度；、觀測應(yīng)在成像清晰、穩(wěn)定的時間段內(nèi)進行。精度、觀測要求滿足相應(yīng)等級水準(zhǔn)測量規(guī)范要求；、

前、后視尺最好用同一根水準(zhǔn)尺，水準(zhǔn)尺離儀器的距離應(yīng)小于40m；、

應(yīng)定期檢查基準(zhǔn)點高程有無變動。、對一般廠房建筑物、混凝土大壩要求能反映2mm的沉降量；對大型建筑物、重要廠房和重要設(shè)備基礎(chǔ)要能反映出1mm的沉降量；特殊精密工程沉降觀測的精度要求為±0.05mm～±0.2mm。五、變形分析1、控制點穩(wěn)定性檢驗1）、統(tǒng)計檢驗方法：先作整體檢驗，在確定有動點后再作局部檢驗，找出變動點予以剔除，最后確定出穩(wěn)定點組。亦可采用按單點高程、坐標(biāo)變差及觀測量變差的u、X2、t、F檢驗法，或采用按兩期平差值與測量限差之比的組合排列檢驗法2）、比較法：使用于以穩(wěn)定點或相對穩(wěn)定點定義的參考系條件。2、觀