修建铁路特大桥的控制测量方案设计

修建铁路特大桥的控制测量方案设计1前言xx线既有504Kxx特大桥由于受到大洪水冲击而变成一座危桥，严重影响行车安全。铁道部决定建新桥取代旧桥。新桥桥位选在既有桥下游侧。江南岸新桥桥台距既有桥大约为75M，江北岸桥台距既有桥大约100M。桥跨结构设计为13*32M预应力砼梁+6*64M下承式钢桁梁＋5*32M预应力砼梁，桥全长990.25M。在新桥修建过程中从基础到上部每一步都需时刻跟踪测量，测量工作概括起来有：桥轴线长度测量、施工控制测量、墩台中心的定位、墩台细部放样以及梁部放样等。控制测量的作用在于控制全局，保证各墩台轴线之间的相互位置具有必要的精度，以便能顺利地架设桥跨；从技术上而言，它的作用在于控制测量误差的传递和积累。下面针对该桥的施工控制测量进行详细论述。2高程控制测量高程控制测量是在河流两岸建立若干个统一高程系统的水准点，作为施工放样的高程依据。本桥设计给定两个水准点，分别位于既有桥南北两岸的两个桥台上，经复测核实同设计标高一致。只要分别从这两个水准点向两岸适当位置引测两个施工水准点。即可满足施工需要。水准点间联测采用三等水准测量，闭合差限值12。当实际的高程闭合差在容许值以内时，可把闭合差分配到各测段的高差上。经过平差计算的施工水准点，用于钢围堰下沉标高、钻孔桩钢护筒顶面标高、墩台基础底面标高、承台顶面标高、下部墩身标高等各项标高控制。采取就近的原则，哪个墩台离哪个施工水准点近就用那个水准点。墩台顶或墩帽顶标高控制，是利用列车间隔时间把水准点从既有桥桥面上引到与新桥要测标高的墩台距离最近的既有桥桥墩顶面上，做为施工水准点，进行高程测量。待施工完一个或几个桥墩后，在它们的顶面上引测施工水准点以此控制其它桥墩顶面标高。3桥位控制测量桥位控制测量的目的，主要是建立平面控制网、点，给出桥轴线的长度和方向，以满足架设桥跨的需要；提供放样墩、台中心位置的数据，以满足墩、台中心定位和细部放样的要求。3．1桥轴线长度所需精度的估算在选定的桥梁中线上，于桥头两端埋设两个控制点，两控制点间的连线称为桥轴线。由于墩、台定位时主要以这两点为依据，所以桥轴线长度的精度直接影响墩、台定位的精度。为了保证墩、台定位的精度要求，首先需要估算出桥轴线长度需要的精度，以便合理地拟定测量方案。在《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）中第6.6.1条列出了桥轴线长度测量的精度的估算公式。xx线新建504Kxx特大桥由18孔L=32m预应力钢筋砼梁和6孔L=64m下承式简支钢桁梁组成。应采用钢筋砼梁公式和短跨（L≤64m）简支钢桁梁公式，按和差函数的中误差公式计算桥轴线长度的估算精度。经计算得桥轴线中误差为=√302+18.12=35mm桥轴线相对中误差：/D=35/990250=1/28293接近1／30000查《新建铁路工程测量规范》中“表6.6.4控制三角网等级和精度”，确定平面控制测量等级为五等。为了保证墩、台定位的准确性，将控制网等级提高到四等，据此即可组织平面控制测量。3．2布设平面控制网新建504Kxx特大桥跨江修建，桥长980.17米，江面宽850m。上游不足100米是既有桥，下游南岸150米处和北岸50米处是泰来县交通局设置的公路渡江码头。地形比较狭窄，通视条件较差，布设平面控制网困难重重。经过多次勘测和反复研究决定全桥采用单三角锁和大地四边形控制如图所示。其中AC边为桥轴线。各点位置描述如下：A位于抗战纪念碑西侧，位于0＃台附近B位于xx江心岛上，既有线西侧，标高139.0m（施工水位137.0m）C位于江桥北岸沙滩上，距离JD100之ZH点9.068mD位于江桥北岸土坡上，位于C点东北方向E位于江桥南岸渡江码头附近，位于A点东南方向3．3控制桩的埋设和保护平面控制网由五个控制桩构成。这五点必须保证位置不错动，不受冻胀及春融的影响。根据当地最大冻结深度2.1m，现场采用埋置2.5m长木枕，周边灌注砼的办法制作永久性控制桩。在枕木顶面中心钉入道钉，道钉顶帽用铁锯割出十字星做点。桩位附近插设小红旗，便于寻找。3．4控制网外业测量在控制桩设置好后，进行外业边角测量。为了满足精度要求，应考虑江面空气湿度大，早晨雾气大，以及大气折光影响，选择出最佳测量时间，测量时用索佳全站仪观测，采用光标对点。要求测边精度1／100000。角度测量采用全圆方向观测法以各方向读数差值求角值，测角精度达2.5″以内。全圆方向观测采用六个测回，取其加极平均数。数据收集如下：α1＝18º44′31.8″β1＝10º28′14″α2＝94º38′58″β2＝56º08′34″α3＝11º53′00″β3＝17º19′30″α4＝39º22′9.5″β4＝111º25′15.7″α5＝52º17′6.5″β5＝95º59′59.5″γ＝31º42′50.5″AB＝450.675mBC=678.201mAC=852.620mAE=244.220mAD=991.212mCE=1027.227mCD=329.872mDE=1104.066m3.5控制网内业平差计算平差的任务是修正角度观测值，满足图形条件和基线条件。近似平差一般分两步进行：（1）角度闭合差的计算和调整（2）边长闭合差的计算和调整。3.5.1单三角锁平差已知：α5＝52º17′6.5″β5＝95º59′59.5″γ＝31º42′50.5″基线边BC=678.201mAC=852.620m∑β测＝α5＋β5＋γ＝52º17′6.5″＋95º59′59.5″＋31º42′50.5″＝179º59′56.5″角度闭合差fβ=∑β测-∑β理=179º59′56.5″-180º=-3.5″按相反符号平均分配到各角中，则各角第一次改正值为：α5＝52º17′7.5″β5＝96º00′01″γ＝31º42′51.5″第一次改正后正弦值对数：lgsinα5＝9.898214lgsinβ5＝9.997614已知边长对数为lgAC－lgBC=2.930756－2.831358=0.099397lgsinα5－lgsinβ5=9.898214－9.997614=-0.099400lgsinα5－lgsinβ5+lgAC－lgBC=-3正弦对数1″之差△α5=1.63△β5=-0.22△α5+△β5=1.41第二次角度改正值Uα=3/1.41=2Uβ=-3/1.41=-2则α5=52°17′7.5″+2″=52°17′9.5″β5=96°00′01″－2″＝95°59′59″γ=31°42′51.5″边长推算:AB/sinγ=AC/sinβ5AB=sinγ·AC/sinβ5AB=sin31°42′51.5″×852.620/sin95°59′59″=450.677m实测450.675m,边长闭合差2mm3.5.2大地四边形近似平差已知:α1＝18º44′31.8″β1＝10º28′14″α2＝94º38′58″β2＝56º08′34″α3＝11º53′00″β3＝17º19′30″α4＝39º22′9.5″β4＝111º25′15.7″角度闭合差为:f1=∑α+∑β－360º=+13″f2=α1+β1－α3－β3＝＋16″f3=α3+β2－α2－β3=+7″按二级小三角fβ容=2mβ√nPRODUCT(89)=±40″则第一次改正数:Vα1=Vβ1=-ƒ1/8－ƒ2/4=-5.6″Vα2=Vβ2=－ƒ1/8－ƒ3/4=-3.4″Vα3=Vβ3=－ƒ1/8+ƒ2/4=2.4″Vα4=Vβ4=－ƒ1/8+ƒ3/4=0.1″由此得各角第一次改正后的角值α1＝18º44′26.2″β1＝10º28′8.4″α2＝94º38′54.6″β2＝56º08′30.6″α3＝11º53′2.4″β3＝17º19′32.4″α4＝39º22′9.6″β4＝111º25′15.8″各角第一次改正后的正弦对数如下：lgsinα1=9.506889lgsinβ1=9.259363lgsinα2=9.998569lgsinβ2=9.919297lgsinα3=9.313726lgsinβ3=9.473928lgsinα4=9.802306lgsinβ4=9.968913正弦对数1″之差：△α1=+6.21△β1=+11.39△α2=-0.17△β2=+1.41△α3=+10.0△β3=+6.75△α4=+2.57△β4=-0.83合计∑=∑△α+∑△β=37.33∑lgsinα=8.621486∑lgsinβ=8.621502Ws=∑lgsinα－∑lgsinβ=-16即边长条件各角第二次改正数为Vα″=-ws÷∑=-(-16÷37.33)=+0.4″Vβ″=+ws÷∑=+(-16÷37.33)=-0.4″由此得各角第二次改正后的角值：α1=18º44′26.6″β1=10º28′8.0″α2=94º38′55″β2=56º08′30.2″α3=11º53′2.8″β3=17º19′32.0″α4=39º22′10.0″β4=111º25′15.4″4墩台中心的定位墩台定位的目的，就是按设计图要求，把墩台的平面和高程位置正确地放样到施工实地上去。所以墩台定位是桥梁施工中一项极重要的技术工作，必须严肃认真地做好，保证桥位正确无误。墩、台定位的原始资料是在设计图上给出的，因而首先需要对资料进行仔细校核，然后根据控制网或桥轴线长度资料计算出放样数据，并据以进行定位放样。4.1位于陆地上0#—1#墩台测设0#—1#墩台位于陆地上，0#台尾里程DK503+874.09，胸墙里程DK503+880.27，1#墩中心里程DK503+913.03，桥轴线A点里程DK503+888.677。置镜桥轴线A点，前视C点，测距24.353m，得1#墩左线中心点；倒镜后，测距8.397m，得0#台胸墙中心；测距16.447m，得0#台尾位置。4.2位于江中2#—20#墩测设2#—20#墩位于江中，测设各墩中心点采用交会法施测，各墩施测角度及边长如下：2#墩DK5503+8888.6677DβEEγ齐齐哈哈尔四四平C311º42′51.55″FFADK5504+7741.3338DK503+8888.6677αααBB2#墩里程：DK5503+9945.773由B点施测，在△BBCF中，已知BC=6678.2201m∠BCF==31º442′51.5″CF=DK5004+7441.3338－DK5003+9445.733=7955.6088m由余弦定理，得得X=BF=√6678.22012+7955.6022－2×6778.2001×7995.6008comm31°442′51.5″=4188.2411m由正弦定理siinα/7955.6088=sin331°422′51.5″/4188.2411得α=89°47′′59″由D点施测Y=DF=√9991.22122+57..05322－2×9991.2112×577.0533com118°444′26.6″=937.3663m由正弦定理siinβ/57..053==sin118°444′26.6″/9377.3633得β=1°07′113.8″由E点施测Z=EF=√11027..22722+7955.60882－2×10027.2227×7795.6608coos10°°28′8″=284.3553m由正弦定理siinγ/7955.6088=sinn10°228′8.0″/2844.3533得γ=30°33′′24″其他各墩计算方方法同上4.3曲线上21＃墩－24＃台左右右线中心测测设21＃墩－24＃台台位于＝4º00′20″,R=30000m，L=900m，T＝149.991m，L=2999.733m的曲线线上。由于于这几个墩墩台位于浅浅滩陆地上上，所以各各墩台左右右中心放样样可采用导导线法施测测：即根据据已知的墩墩中心距LL、偏角α（设计图图上已给出出）逐墩左左右心安置置经纬仪测测设出已知知的偏角α，然后在在定出的方方向上测出出已知的墩墩中心距，即即可得到各各墩台左右右中心的位位置。5结束束语桥位控制网内业业计算完成成后，为了了检验其精精确度，用用四台经纬纬仪对水边边桥墩左线线中心和主主河道与江江岔河道之之间淤积沙沙滩上桥墩墩左线中心心进行交会会。置镜BB前视C，置镜D前视A，置镜E前视C，三方交交会形成的的示误三角角形的最大大边长为99mm。全全站仪置于于桥轴线上上A点，前视视C点，直接接测设出的的墩位中心心与示误三三角形的重重心最大误误差3mmm。这两项项数据均小小于允许限限值，充分分证实了桥桥位控制网网的可靠性性。经过检验的桥位位控制网在在施工生产产中发挥了了重要作用用，为水中中钢围堰下下沉、钻孔孔桩钢护筒筒插打、墩墩台模板