浅谈桥梁施工阶段的测量工作.doc

1、毕业论文题 目: 浅谈桥梁施工阶段的测量工作英文题目：Introduction to bridge construction phase measurements学生姓名： 学 号:专 业: 系 别: 指导老师： 摘 要桥梁施工阶段的测量工作包括：控制网的优化设计，控制网的建立以及桥梁的施工放样。关键字： 施工阶段； 控制网； 优化设计； 施工放样ABSTRACTBridge construction stage measurements include： control network optimal design and control of network building and br

2、idge construction lofting.Key words: construction stage; control network； optimal design； construction lofting目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11。1 研究背景11。2 国内外研究现状11。3 研究的目的及意义2第二章 大型桥梁施工阶段测量理论与技术32。1 控制网优化设计理论32.1.1 优化设计的分类32。1。2 优化设计的任务32.1.3 优化设计方法32.2 桥梁平面控制网的布设42.2。1 平面控制网布设的原则42。2。2 桥梁平面控制网布设的方法52.3 桥梁高

3、程控制网布设的理论与方法72。3。1 桥梁高程控制网布设原则72。3.2 高程控制网布设及观察放样72.4 桥梁工程施工放样理论与方法82。3。1 平面点放样方法82.3。2 高程点的放样9第三章 大型桥梁施工测量实例分析103.1 测区概括103。2 优化设计模型的建立103.3 平面控制网的布设103.4 高程控制网的布设113。5 控制网的加密123。6 施工放样的技术12第四章 结论14致 谢15参考文献16第一章 绪论1.1 研究背景针对现代桥梁工程施工测量阶段的测量任务，施工阶段的控制网优化设计，控制网的建设以及施工放样等方面的一些问题进行研究.（1) 控制网的优化模型的建立；（2

4、） 桥梁控制网布设等级和观测方法;（3） 加密网布设原则以及施工放样的方法；（4） 数据处理理论与方法。1。2 国内外研究现状 国外的桥梁施工阶段测量技术比较成熟，在优化设计方面，在很早以前外国就将优化设计理论引用到工程的施工中,在工程施工建设中起的了显著的效果；布设桥梁这样的大型控制网，由于外国他们的GPS测量技术发展到现在已经相当的成熟了，他们采用静态GPS进行首级控制网的布设,而且布设网的精度能够满足桥梁施工放样精度的要求；施工放样方面他们由于先进的技术发展比较成熟，广泛将GPSRTK应用在桥墩的放样和桥梁细部点放样中;数据处理方面他们已经建立好了许多模型，最著名的是最小二乘法，将其应用

5、在数据处理中起的了相当好的效果。国内的在桥梁技术施工中还是相当的成熟，自古以来我国就建立了许多大型的桥梁，而且这些桥梁还是相当牢固.在桥梁施工技术也是相当成熟,在优化设计方面，我国也比较早将优化设计的理论应用在工程施工中，在优化设计方面也取得一定的成果；像布网的话，我国有布设国家三角网的经验，在桥梁工程中,桥梁的首级控制网我国主要布设三角网和大地四边形网，最近几年我国在GPS测量技术方面发展比较成熟，现在桥梁的首级控制网大多数采用的都是GPS网，该种方案由于其特有的特点，现在广泛应用在其他施工领域；在数据处理方面，我国引进了最小二乘法理论,使得经过处理之后的数据能够应用在桥梁施工放样中。1。3

6、 研究的目的及意义（1) 建立桥梁工程施工阶段优化设计模型；(2） 首级控制网采用静态GPS进行测量，以及采用南方GPS数据处理软件对观测数据进行处理，桥梁的高程控制网我们采用的跨河水准测量的方法进行观测和数据处理;（3） 桥梁放样主要利用全站仪，采取极坐标法和前方交会法对桥梁进行施工。 通过对桥梁施工阶段中的研究,为今后桥梁的施工建设奠下了一定的基础，同时也为测量工作者在桥梁施工阶段要做的测量工作提供了一盏指明灯。第二章 大型桥梁施工阶段测量理论与技术2。1 控制网优化设计理论2.1.1 优化设计的分类现在优化设计可以分为以下四类:（1） 零类设计，是在网形与观测精度一定的情况下,坐标系与基

7、准的选取和确定问题，坐标向量协因数阵与网的基准有关.(2) 一类设计，是在观测精度和坐标向量协因数阵一定的情况下，调整网点的位置。(3） 二类设计，是在网形和坐标向量协因数阵一定的情况，改变观测精度。(4） 三类设计是对已有网的改进上述分类只是从概念上去理解,网的设计不一定完全按此思路,常常是几类设计同步进行.2.1。2 优化设计的任务网的优化设计是一个迭代求解过程,它包括以下内容：（1） 提出设计任务;(2） 制定设计方案；（3） 进行方案评价；(4） 进行方案优化。2.1.3 优化设计方法工程测量中优化设计方法有两种：解析法和模拟法.其中解析法是利用数学方程表达，因而广泛应用在所有的设计类

8、型中，模拟法是跟据经验和准则，通过计算、比较和修改得到的最优方法，主要应用在一二三了设计中。（1） 解析法最 优 化 min Z(x）受限制于 s。t gi（x)0 i1,2,3,.。，m （1） hj(x）0 j1，2,3,.。，p见上面公式(1）可知，解析法就是我们先建立一个目标函数，能后对目标函数加于限制条件，能后求解这个函数的极值,这个极值也就是我们要求解的最优值。（2） 模拟法模拟法就是依据测量工作者的实验经验和专业知识，为了得到优化解，需要多次进行网的模拟计算，其过程为：第一，得到经过实地踏勘的网图。第二，从一个可行的起始方案出发，用模拟的观测值进行网的平差，计算出各种精度和可靠值

9、.第三,对成果进行分析,找到薄弱部分，修改观测方案。第四，对修改的网再作模拟计算、分析、修改，如此反复进行.2.2 桥梁平面控制网的布设2。2。1 平面控制网布设的原则（1） 分级布设，逐级控制 对于桥梁工程这样的大型施工工程来讲，桥墩一般利用首级控制网进行放样，桥梁的细部点采用首级控制网一般不能达到放样精度的要求，因而需要布设加密控制网,加密控制网的精度要求达到首级控制网最弱边的精度要求。 （2) 具有足够的精度桥梁工程GPS网相邻点间弦长精度表达式为:= （2）式中:标准差，mm；a-固定误差，mm;b-比例误差的系数，mm;d相邻点间距离，km。E级GPS控制网的固定误差不超过10mm，

10、比例误差系数不超过20ppm。(3） 具有一定的密度 现在的大型桥梁布设要求控制点要有足够多，首先对于首级控制网足够多的可以胜利完成桥梁的桥墩放样，接下来的桥梁的细部点放样，加密点也要求要有足够的点。（4） 一定的测量规范 桥梁施工中涉及到的测量规范有GPS测量规范、城市测量规范等。2。2.2 桥梁平面控制网布设的方法(1） 选点第一，周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；第二,远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m；第三,附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型

11、建筑物等)；第四，地面基础稳定，易于点的保存；第五，选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形,地貌，植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。第六,充分利用符合要求的旧有控制点等。（2） 埋石第一，各级GPS点的标石一般应用混凝土灌制；第二，埋设标石时，各层标志的中线应严格位于同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm.强制对中装置的对中误差不得大于1mm;第三，利用旧点时，应该确定该标石完好,并符合同级GPS点埋设要求，且能长期保存等。（3） 三角形网ABCDEF图一 三角网三角网指的就是有一系列相联系的三角形构成的平面控制网。三角网可以分为以下几类：第一,全部测角的三角网形，该种方

12、法主要应用在早期的国家大地控制网建设中。第二，全部测边的三角网形，该方法在电子测距仪技术比较成熟的今天得到应用，通常还少采用这种只测边的方法对网观测。第三,部分边角观测的方法,这种方法得到广泛的应用，由于测量中增加了很多多余观测。第四，边角全测网,该网一般应用在精度要求非常高的控制网的建设中。布设三角网主要因为其具有以下一些特点，结构比较复杂，网的稳定性比较好；检核条件比较多，测量精度就相对高一点；控制面积比较大等。表一 三角网的精度指标等级仪器等级与测回数测角中误差”测距中误差mm三角形闭合差"测距相对中误差最弱边相对中误差1"2”6"二等12-±1&

13、#177;36±3。51/2500001/120000三等69±1。8±30±71/1500001/70000四等46±2.5±20±91/1000001/40000一级24±5±25±151/400001/20000二级12±10±25±301/200001/10000(4） GPS网GPS网是采用GPS定位技术建立的测量控制网，有GPS点和基线向量所构成.以下是几类GPS观测的方法：第一,跟踪站式布网就是若干台接收机数量长期固定安放在测站上,常年不间断段的观测。

14、该种方法精度相当高，一般应用在A级网的布设中。第二，会战式布网就是一次组织多台GPS接收机，集中在一段不长时间内，共同完成作业,在作业时同一批点上要求进行多天、长时间的同步观测，能后在一起转移到下一批点上，直到所有的点观测完成.由于观测时间长的原因也可以获得较高精度的数据,但成本相对较高,该网一般应用在B级GPS网。第三，多基准站式是指若干台接收机在一段时间里长时间固定在某几个点上作为基准站进行长时间的观测,同时，其他的一些接收机在这些基站的周围相互之间进行观测模式或点观测模式的测量.第四，同步图形扩展式就是多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测,又迁移到其他测站上进行同

15、步观测。后两种均适合建立B、C、D和E级控制网。GPS控制网还有其特有的一些特点，包括数据精度高，全天候观测，无需通视等优秀条件因而广泛的应用在工程控制网的建设中。2.3 桥梁高程控制网布设的理论与方法2.3。1 桥梁高程控制网布设原则第一，分级布设，逐级控制。对于布设的首级水准路线不能满足细部点放样的精度要求，因此需要采用加密控制点的方法来实现细部点放样，在加密过程中还要求加密网的精度满足最弱点边长的精度要求.第二，要有一定的精度，桥梁施工中高程达到放样的精度要求。第三,要有一定的密度，在于施工控制网中必须足够的控制点数目。第四,高等级控制网要定期复测。2。3.2 高程控制网布设及观察放样（

16、1） 水准点选点要求第一，水准点应选在能长期保存，便于施测,坚实、稳固的地方. 第二，水准路线赢尽可能沿坡度小的道路布设,尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。 第三，在选择水准点时，应考虑到高程控制网的进一步加密。 第四，应考虑到便于国家水准点进行联测。 第五,水准网应布设成附和路线，结点网或环形网。 第六，对于公路工程专用水准点，应选在公路路线两侧距中线50300M的范围内，水准点间距一般为11。5KM，山岭重丘区可适当加密；大桥两岸、隧道两端、垭口及其他大型构造物附近亦应增设水准点。（2） 闭合水准路线网闭合水准指的就是将控制网布设成为环状等，该种布网的方法精度比较高。现在比较常用。（3

17、） 符合水准路线 符合水准路线要已知测区的两个控制点，能后在这两个控制点间布设一定数目的控制点，该种方法布网比较方便，主要应用在地势比较复杂的地区布设。（4） 跨河水准测量对于桥梁工程来讲,观测中最常见的问题就是研究如何进行高程的传递，现在针对上述情况，大型桥梁采用倾角经纬仪的方法进行跨河水准的观测，跨河水准测量的原理如下:BCDA图二 跨河水准测量见上图二可知，跨河水准测量示意图。首先把A当做后视点，在B处假设放仪器进行观测，C作为前视尺，能后分别记下前后尺读数，此时高差为：Had=（Ha1）（Hc2）+Hcd (3）接下来在C处假设仪器,B为后视尺，D为前视尺，弄好之后进行观测读数。此时高

18、差为:Had'=（Hb-2）-(Hd1）+Hab （4）最后A、D两点的实际高差为往返测量高差的平均值。如下式可知：Had"= Had+ Had （5) 这样就将桥梁两岸的高程系统联系起来,实现了高程在跨河之间的传递。2。4 桥梁工程施工放样理论与方法施工放样就是测图的逆过程,测图是将实地的点的位置标注在地图上，放样则是将设计好的点放样到实地中去.2。3.1 平面点放样方法(1） 极坐标法极坐标放样就是采用全站仪（经纬仪+测距仪)，这个放样过程就是要将待放点与已知点之间的角度和两者之间的距离在实地标注出来.角度的放样指的就是,首先确定好了起始方向和放样点和起始方向的夹角，先采

19、用盘左沿着起始方向按着顺时针转过待放的角度值位置，在实地做一个标注；在采用盘右按逆时针的方法同样转到待放角度角度值的位置上，记下实地的位置.能后就将这两个放样点的位置用直线连接起来，这条连线的中点就是要放样点在实地中的位置.角度放样出方向值之后,最后就是距离放样,这个过程就是沿着角度放样好的方向，利用全站仪进行距离的放样,通过多次放样距离，能后使得点位于某一个微分椭圆内，这样就将距离放样出来.同时放样点的实际位置也在平面上表示出来。（2） 前方交会法 前方交会指是在两个已知点以上，对待测点进行角度观测，且根据已知点坐标和观测的角度值，将点的坐标测量计算出来.利用前方交会的逆原理将点从设计好的放

20、样在实地中。开始将待放点的方向值确定下来，能后采用角度放样的方法，叫这两个方向的角度值都放样出来，能后将其连线相交于一个点上，在这个过程中,该点需要在一个很小的误差椭圆内,这样就将交会的点放样出来了。2.3。2 高程点的放样高程点放样一般采用的是水准仪进行放样，同样水准仪放样的过程也是测量一个逆过程。现在以某一点放样为例,讲述水准仪是怎样实现放样的过程.图三 水准放样示意图首先如图三所示，先在A.B点之间架设水准仪，A为已知控制点，B为待放点，此时通过已知信息可以知道，前视尺b的读数应该为hab+ha，能后通过上下移动水准尺使观测到的前视尺读数为hab+ha，这样就将待放点B的高程位置表示出来

21、。第三章 大型桥梁施工测量实例分析3。1 测区概括某地区为了促进经济发展，现在要在这地区的江面上架设一座大型桥梁，江面在这段地区跨度900米左右.在江的两岸地势比较平坦、宽阔，水流比较缓和，桥梁呈现东西走向.而且该桥梁与东西岸都在建立一条公路，主要是将该地区的两个经济中心连接起来共同发展。该桥梁设计时是一座直线桥梁,全长1573.146米,主桥1000米,引桥两岸总共573.146米，一共布设了9个桥墩,每个桥墩相差125米，桥面的设计为四车道总共宽18米，人行道两边各占2.25米。下面将重点叙述该桥梁在施工阶段进行的测量工作.3.2 优化设计模型的建立 在这里简单的叙述一下建立了一个怎样的模

22、型，采用的是模拟法建立的模型，目标函数为观测精度,限制条件就是所谓的经费问题了，在此就要求对这个函数极大值进行求解，最后得到的函数解也就是最优化的结果。3.3 平面控制网的布设针对该大型桥梁的实地情况（地理条件、地势条件、通视情况),首级控制网采用的是GPS布网的方式，在选点和埋石的过程中,充分考虑到选点和埋石应该注意到的问题，下图四就是布设的桥梁GPS控制网，布网点之后采用的是南方静态GPS进行观测，利用的是同步图形扩展法进行布网观测，接下来我们将观测的数据进行了处理，处理的结果见下表：ABCDEFGHL图四 桥梁平面控制网表二 数据处理的结果点号x坐标中误差y坐标中误差点位中误差误差椭圆长

23、半轴误差椭圆短半轴A0。390。390.550.50.25B0.370.390.540。480.24C0.20。20。290。240.15D0.20。180。270。220.15E0。20.180。270.230.15F0.280。270.390.340.18G0.280.250。370。330.18H0。160。170。240.220.08L0。190。190.270.250。093。4 高程控制网的布设从新建立了高程测量系统，该系统的布网和选点也按照相应的技术手段进行实施，A为已知水准点。下图五就是布设的水准路线图：A123456图五 桥梁高程控制网在进行这段跨河水准测量观测时，由于其跨河

24、路线太长，采用的是倾角经纬仪方法进行观测，观测之后数据的处理采用的是导线平差软件，最后导线平差结果看下表所示： 表三 桥梁高程改正值点号高差改正数（m)改正后高差高程中误差（m）平差后高程(m)备注A0.0000已知点1-0。00420。0053120.00010.0055230。00020.005534-0.00010。005545-0。00050.005556-0.00020。00556A0.00450。0000已知点3。5 控制网的加密由于该控制网不能满足桥梁细部点放样的要求，在此就要对该控制网进行加密，在控制网加密过程中重点还是要考虑精度的问题，该加密网的精度要求是首级控制网的最弱边精

25、度要求满足该控制网加密网点的精度要求,通过布设这样的加密网，更桥梁一些细部点放样的精度要求.3.6 施工放样的技术对于该桥梁来讲采用的是平面和高程分开来进行放样。（1） 平面点放样对于这样的大型桥梁来讲采用的是角度交会的方法进行测量，其中放样点的过程是：ABP图六 前方交会已知A.B两点是控制点，P点是要求放样的点，在此采用的角度交会的方法进行，在这个过程中我们放样出来点的位置需要误差椭圆的范围内,这样才算放样出来这个点，在实际操作中，还的注意的是放样时交会角最好在90°左右。该方法广泛应用在桥梁的细部点放样中和一些桥墩的放样中。（2） 高程点的放样该大型桥梁的高程控制网采用的是水准仪进行高程放样，放样点的过程也就是高程控制的逆过程，在放样过程中我们尽量考虑到桥梁施工中高程放样中应该注意到的一些事项。第四章 结论第一,布首级控制网的过程我们考虑到三角网的控制面积大，大地四边形很适合跨河路线的布设.第二，再布设这样的大型施工控制网我们必须的考虑用GPS测量，传统测量仪器费时费力。第三，布设平面控制网时首先的考虑到控制网的优化设计，这样的控制网布设可不是一笔小数目。第四，我们放样是尽