武汉市过江隧道控制测量技术设计书

1 武汉市过江隧道控制测量技术设计书 一、任务概况 （一）工程概况 受铁四院委托，我院承接了武汉市过江隧道的控制测量任务。武汉市过江隧道江北部分从大智路与铭新街交汇口起，沿大智路穿过中山大道，转向北京路，再穿过沿江大道，从汉口江滩与武汉港间入江。江南部分从交通部长江船舶设计院出江，穿过和平大道、武汉理工大学（原航运学院）、友谊大道，最后止于沙湖，全长约 里（不含匝道）。 本项目布设的控制测量网是作为隧道井口开挖、路线放线、中桩测量、横断面测量作业的平面、高程起算依据。 （二）可利用资料情况 经全面收 集资料，我院现有城市二等平面控制点 船舶设计院、 岱家山、 禁口、 湖北医学院等 4点， 可作为平面精密导线控制网起算依据 。沿线有我院 2001年经复测检测的二等水准点 37 77、 79 等 4 点， 可作为高程控制网起算依据 。以上控制点经调查标石稳固，成果可靠。沿线我院已有的 1： 2000 地形图及铁四院提供的隧道平面设计图可做工作底图；沿线原有各等级平面、高程控制点可供选点参考利用。 二、技术要求 （一）作业依据： （ 1）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（ （ 2） 全球定位系统（ 量规范（ 18314 （ 3）城市测量规范（ （ 4）公路勘测规范 5）国家一、二等水准测量规范 2897 6）招标单位提供的有关资料 （ 7）本项目技术设计书 实施中以地下铁道、轻轨交通工程测量规范（ 主，其未列内容参照其它规范执行。 （二）坐标系统及高程系统： 2 平面坐标系采用 1954 年北京坐标系，高程系统采用 1985国家高程基准。 （三）布网原则： 布网以点位稳固、方便 施工使用为原则，沿线路独立布设。 至少有一个以上通视方向；隧道洞口、竖井应设置三个平面控制点及两个以上水准点。 （四）精度规格： 平面控制网主要精度指标见表 1、表 2 表 1 平均边长(最弱点的点位 中误差 (相邻点的相对点位 中误差 (最弱边的 相对中误差 与原有控制点的 坐标较差 (2 12 10 1/90000 50 注：限于城市通视条件限制， 边长要求可适当放宽，但不应短于 1500米。 表 2 精密导线测量的主要技术要求 平 均 边长 (m) 导线 总长 (每边测距 中误差 (测距 相对 中误差 测角 中误差 () 测回数 方位角 闭合差 () 全长 相对 闭合差 相邻点的 相对点位 中误差 ( 级 全站仪 级 全站仪 350 35 6 1/60000 6 5 n 1/35000 8 n 为导线的角度个数； 级全站仪： 1， 1+1 级全站仪： 2， 3+2注： 1）精密导线网的平均边长、总 长度与城市一级光电测距导线类似，精度要求与四等导线类似，施测方法按四等导线观测方法实施。 2）精密导线网的总长度小于 3公里时，其绝对闭合差应不超过 16 3）精密导线网的平均边长大于 350米或总长度大于 5公里时，其绝对闭合差应不超过 32 精密水准网主要技术要求见表 3 表 3 精密水准网的主要技术要求 每千米高差 中数中误差 (附合水准路线水准仪等水准尺 观测次数 往返较差、附合或环线检测已测段高与已知 附合或 3 偶然 中误差 全中误差 平均长度 (级 点联测 环线 闭合差 (差之差 1 2 24 套铟瓦尺 往返测各一次 往返测各一次 4 L 6 L 注： 1）精密水准网外业观测参照城市测量规范中二等水准测量的要求进行。 2）对起算水准控制薄弱地区，水准路线长度可适当放宽，其最弱点高程中误差应不超过 4 L 。 三、工程实施 （一）埋石规格及点号编制： 根据武汉市实际情况，平面控制点埋石种类分为地面标石和 建筑物上标石两种，并应充分利用沿线标志完好的原有控制点（含前期控制网的控制点）。精密水准点在标志稳固、符合要求前提下，应充分利用原有城市控制点点位；应充分利用沿线联测方便，基础稳固的、建成 1年以上的多层（高层）建筑的沉降监测点；平面控制点标志也可作为水准点。 点号由北至南依次编制： 采用 （ 0199），精密导线点采用 （ 0199），精密水准点采用 （ 0199）。 埋石时应现场绘制点之记，详细说明点位的交通路线及地理名称等。 各类标志示意图见下图： 4 4测 设 计研究院勘市汉武墙面(二 )控制网的布设： 平面控制网在城市二等网下，分两级沿线路布设：一级为 测原城市平面二等控制点禁口、岱家山、船舶设计院、湖北医学院 4点做为起算。由于线路为条状，点位以沿线路成对布设为主； 在一级 要按附合导线形式布设。 沿线路有我院城市二等水准点 汉岱 2、 37 77、 79 等 5 个，本次精密水准网起迄于以上城市二等水准点，按附合路线、闭合 路线形式布设。 1） 制点选点应考虑点间通视，每点应有至少一个以上通视方向，点位能置镜，且以布设在偏离隧道线路中心约 100m 以外的固定建筑物上为主（困难条件下，偏离隧道线路中心应大于 50m）。点位应远离高压输电线和无线电发射装置，并应充分利用沿线城市控制点。每隔 2 4设一个（困难条件下，两点间最短距离不小于 本工程拟布设 制点 6 个：汉口（江北）部分拟布设 制点 3 个，其中拟利用原城市控制点标志 2点，联测二等点 2个；武昌（江南）部分拟布设 中拟重合原城市控制点 3点，联测二等点 2个。具体点位以实地选点结果为准。 2）精密导线网：精密导线沿线路方向在 制网下布设，应采用附合导线的导线网， 不得布设为无定向单线导线和单一闭合环 。平均点间距宜控制在 350m 左右，相邻边长相差不宜过大（边长之比不超过 1： 3），个别短边不宜短于 150m；应在每个井（洞口）或车站附近布设至少三个平面控制点。 点位应选在施工沉降变形区外，并充分考虑 5 施工引测方便，应充分利用沿线标志完好城市控制点 。精密导线线路设计详见附图。 3）精密水准网： 精 密水准网不仅是工程施工的高程控制依据，也是日后沉降监测的依据，点位的选择必须充分考虑施工变形的影响。 沿线路每个隧道洞口及竖井口布设2个以上水准点，站间平均约 300个水准点。水准点设置可与 线点共点，也可单独设置。单独设置的水准点一般距线路中心线 100m 以外，以避免施工干扰破坏。精密水准线路设计详见附图。 （二）外业观测： 1、 采用静态观测模式进行，采用单频 台套、双频 台套。具体而言，采用单频 台套施测短边网，沿线路依次观测；采用双频 台套施测长边网，构建“ 观测采用边联式（如下图所示， A、 B、 C、 每次保持两台接收机与前一时段架设同一点位，另两台向前滚动作业，确保每点重复设站率大于 A D A B C B 作业前应按有关规定对 座等进行全面检验（校）。 观测前应编制出 星可见性预报表。作业前应编制作业计划表，作业中严格按照作业 计划表执行，情况变化时应及时通知调度员，作业员不得擅自更改作业计划。 维（平面）配置，归算至地面网，采用 1954年北京坐标系；外业观测手簿统一采用 录，可不观测气象要素，但应记录雨、晴、阴、云等天气状况。 观测基本参数需满足表 4要求： 表 4 观测量 载波相位 卫星高度角 15 有效观测卫星数 4 6 “短边网”观测时段长度 60长边网”观测时段长度 90据采样间隔 1060s 6 重复设站数 2 闭合环中的边数 6 同步观测接收机台数 3 作业中天线应严格整平、对中，对中误差不应大于 1时段观测前后各量取天线高一次，两次互差小于 3，取均值作为最终结果；应按规定逐项填写外业观测手簿。每天观测数据应及时下载，将数据统一转换为 式，并进行预处理，确认为不合格观测值的要及时返测。 2、精密导线网施测 精密导线施测前，须按规范对所用仪器、测具进行全面检校，特别是全站仪加、乘常数的测定。 精密导线水平角观测参考城市四等导线要求进行，可采用方 向观测法，观测按城市测量规范 有关规定执行。当方向数不多于 3 个时，可不归零。精密导线点上只有两个方向时，宜按左、右角观测，在总测回数中应以奇数测回和偶数测回（各为总测回数的一半）分别观测导线前进方向的左角和右角。观测右角时仍以左角起始方向为准变换度盘位置，左右角平均值之和与 360的较差应小于 4。 方向观测法各项限差应符合表 5的规定 表 5 测微器两次重合读数差 半测回归零差 一测回内 2C 较差 同一方向值各测回较差 1 6 9 6 在附合导线两端的 上观测时，应联测两个高级方向，若只联测 一个高级方向，应适当增加测回数。 精密导线边长测量，应根据表 2中规定执行。 每条边应往返观测各 2测回，每测回间应重新照准目标，每测回应 3 次读数，其较差应小于 3回间平均值较差应小于3返平均值较差应小于 5象数据每条边在一端测定一次。加常数、乘常数、气象元素可实时予以改正，但应现场记录原始数据以备查验。 7 由于精密导线边长较短，联测时导线边数不宜过少。施测过程中，必须严格整平、对中；观测应在大气稳定和成像清晰的条件下进行，晴天作业时仪器需打伞；作业时使用的棱镜宜与检验时使用的一致。 导线点按委托方要求定期复测。 3、精密水准网的施测 作业前必须对水准仪、水准尺进行全面检校包括标尺的检视、标尺上的圆水准器的检校、标尺分划面弯曲差的测定、标尺名义米长及分划偶然中误差的测定、一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定；水准仪的检视、水准仪上概略水准器的检校、光学测微器隙动差和分划值的测定、 i 角检校（作业开始后一周内应每天检校 i 角，若后每隔 1天检校一次， 15）、双摆位自动安平水准仪摆差 22C 40）。采用不轻于 5 精密水准施测，采用单线路 往、返测。 一条线路的往返测须使用同一类型的仪器和尺垫，沿同一线路进行 。附合线路以由北往南方向为往测方向，环线以顺时针方向为往测方向。在每一环（或区段）内，先连续进行所有测段的往测（或返测）随后再连续进行该环（或区段）的返测（或往测）。 精密水准测站观测顺序： 往测时奇数测站顺序：后 前 前 后，偶数测站顺序：前 后 后 前。 返测时奇数测站顺序：前 后 后 前，偶数测站顺序：后 前 前 后。 由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置。同一测段的往测（或返测）与返测（或往测）分别在上午和下午进行。在日间气温变化 不大的阴天和观测条件较好时，若干里程的往返可同时在上午和下午进行。但这种里程的总站数，不应超过该区段总站数的 30%。 测站视线长度，前后视距差，视线高度按表 6规定执行。 表 6 视线长度 (m) 前后视距差 (m) 任一站前后视距差累积 (m) 视线高度 (下丝读数 )(m) 50 线长度 20m 视线长度 20m 歇与检测： (1)观测间歇时，最好在水准点上结束。否则，应在最后一站选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点，作为间歇点。 8 (2)间歇后应对间歇点进行检测，比较任意两尺承点间歇前后所测高差，符合表 6要求时，可起测；若超过限差，可变动仪器再检测一次，如仍超限，则须从前一水准点起测。 (3)检测成果应保留，但计算高差时不采用。 测站观测限差：测站观测限差不得超过表 7的规定 表 7 测站观测限差 （单位 上下丝读数平均值与中丝读数的差 基辅分划读数差 基辅分划所测 高差的差 检测间歇点 高差的差 1划标尺 ：使用双摆位自动安平水准仪观测时，不计算基辅分划读数差。 往返测高差不符值，环闭合差和检测高差较差的限差不得超过表 8的规定。 表 8 （单位 测段、测区、路线往返测高差不符值 附合路线闭合差 环闭合差 检测已测测段高差之差 （ 4 K 4 L 4 F 6 R 注： K 测段、区段或路线长度，单位 L 附合路线长度，单位 F 环线长度，单位 R 检测测段长度，单位 跨河水准测量： 跨河水准测量采用测距三角高程法。即使用两台徕卡 度指标：测角 最小显示 测距 1+1向观测，用垂直度盘测定对岸砧板标志的倾角，精确测出跨河两点的水平距离，求出两岸高差。 砧板的制作与安装：砧板可用铝板或钢板制作，形状呈矩形，涂成红色或黑色，砧板上下两边缘（即为上下两标志线）应 严格平行。矩形标志线的宽度按跨河点间的距离而定，一般取跨河点间距离的 1/25000，如跨越距离为 250m，则矩形标志线的宽度为 1板的长度约为宽度的 5 倍。砧板下边缘焊接两根可调节水平和竖直方向的调节杆，并可以固定在选用的仪器上。当仪器在观测台上架设水平后，通过调节砧板水平和竖直方向的调节螺丝，使得砧板上下两标志线保持水平，上下两标志线所组成的面与全站仪横 9 轴和竖轴所组成的面也应重合完好。 场地的选定与布设：场地应选于测线附近，利于布设工作场地与观测的较窄河段处。跨河视线距水面的高度应不低于 4 S m（ 两岸仪器位置至水边的距离应大致相等，地貌、土质、植被也应相似。布设跨河水准测量的场地，应使两岸仪器及标尺构成如下图所示的平行四边形、等腰梯形或大地四边形。 C D C D C A、 B、 C、 D 为两岸安置仪器的位置，架设平台时，应保持平台严格水平以提高观测精度。 D（或 跨河视线长度，两者应近似相等； 般应在 10应相等。 A、 B、 C、 置选定时，注意跨河视线垂直角应小于 1。 跨河水准测量取用的全部测回数，上、下午应各占一半。如有夜间观测时，白天与夜间测回数之比应接近 1。一测回观测完成后，应间歇 15开始下一测回的观测。 本岸测站点间高差测定采用水准仪法，将 同等级水准测量要求进行往返观测，并取往返高差中数作为测站点间高差的正式成果。如确信 A、 B、C、 测过程中可不进行检测，只须在结束时进行一次检测。若检测超限，应沿路线再检测一个测段。如证明水准标石无变动，则所测成果采用 。若标石变动，应加固水准标石后重新进行跨河观测。 距离测量：跨河测站点间的距离 站仪测定，测距的准备工作，观测方法和作业要求、气象、加常数、乘常数修正值的计算及边长归算等，均按 76 002 的相应规定执行。跨河距离测量的技术要求和观测限差按表 9规定执行。 表 9 跨河水准等级 测距仪精度等级 观测时间段 一个时间段内测回数 一测回读数间较差 测回中数间较差 往返或时间段测距中数的较差 往 返 10 二 1 1 6 10 15 2 （ a+ 注： a、 每照准一次，读 4次数为一测回。当进行对向观测确有困难时，可以单向观测，但总的观测时间段不能减少。 垂直角观测： 跨河水准测量的时间段数，测回数及组数按表 10规定执行。 表 10 跨河视线长度（ m） 等 最少时间段数 双测回数 半测回中的组数 1001 1500 6 12 8 1501 2000 8 16 8 垂直角观测程序： （ 1） 在 A、 行对向观测； （ 2） 站，进行对 向观测； （ 3） 站，进行对向观测； （ 4） 站，进行对向观测； （ 5） 两岸仪器调岸，在 C、 行对向观测； （ 6） 站，进行对向观测； （ 7） 站，进行对向观测； （ 8） 站，进行对向观测。 至此，两台仪器共完成一个双测回。 本次跨河水准测量每个双测回观测过程中，严格保持全站仪与砧板固定在一起。并且全站仪在一个观测台上调节水平后三个脚螺旋也应用胶布固定。 观测方法：在盘左位置用望远镜中丝精确照准对岸砧板标志四次，四次 照准读数之差不应大于 3。纵转望远镜，在盘右位置按盘左操作方法同样进行照准和读数。以上观测为一组垂直角观测。依同法进行其余各组的观测。各组垂直角观测的限差：指标差互差 8；同一标志垂直角互差 4。在调岸过程中观测员、仪器、记录员需一起调岸。 11 各单、双测回的互差 H，应不大于按下式计算的限值： H 限 =4 M 。式中：M 为每公里水准测量的偶然中误差限值，单位为毫米； 位为公里。 由大地四边形组成各个独立闭合环，用同一时段的各条边高 差计算闭合差。各环线的闭合差 W=s 式中： 观测成果的重测和取舍： （ 1）测回间互差超限，首先应重测孤立值。若无孤立值应重测一大一小。如出现分群现象，则应分析是否因时间段不同而分群，并应计算环线闭合差加以分析，若确属时间不同而产生分群，同时环线闭合差无超限现象，该成果可不重测。如有闭合差超限的测回，此测回应重测，直到所测成果全部符合要求为止。 （ 2）环线闭合差超限，而测 回间互差较小，如无其他情况，此成果可以采用。若测回间互差大或超限，则成果应重测。 （三）数据处理及平差计算 1 算过程按数据预处理，环路及复测边检核，三维无约束平差，在城市坐标系中的约束平差，精度评定，重合点比较，改变约束条件组合重新平差的步骤进行。数据预处理基线全部采用双差固定解做为最终结果；全部外业观测数据均进行同步环、独立环及复测 基线 检核。 同步环各坐标分量及全长闭合差应满足 W53N 同步环中基线边个数 W 环闭合差 标准差 独立环各坐标分量及全长闭合差应满足 2 n 2 n 2 n W 2 n 独立环中基线 边的个数 复测基线的长度较差应满足 2n n 同一边复测次数 检核后将全部独立基线构成闭合图形，以城市二等平面控制点 船舶设计院的 12 84 系的三维坐标作为起算数据，进行全网 84 系的三维无约束平差。 基线向量改正数的绝对值应满足： V x 3 V y 3 V z 3 而后进行城市坐标系的约束平差 。进行约束平差后，当 规定时，应对约束控制点 和控制方位角进行筛选，重新进行约束平差。 2 精密导线网数据处理及平差计算采用严密平差程序进行 ， 按平均边长、导线总长度、每边测距中误差、测距相对中误差、测角中误差、方位角闭合差、全长相对闭合差、相邻点的相对点位中误差逐项进行精度评定。 精密导线网测角中误差按下式计算： n 1式中： 导线 方位角闭合差 、 n 计算 的角度个数、 N 导线个数 测距边水平距离归化到线路平均高程面上的测距边长度，按下式计算： D=S1+ 式中： S 测距边水平距离 (m)； 参考椭球在测距边方向法截弧的曲率半径 (m)； 测区的平均高程 (m)； 测距边两端点的平均高程 (m)； 测距边在高斯投影面上的长度，按下式计算： 1+222 2