第五章-施工控制網(wǎng)的建立課件

第五章施工控制網(wǎng)的建立控制網(wǎng)按其用途不同分為兩大類(lèi)，即國(guó)家基本控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)。國(guó)家基本控制網(wǎng)的主要作用是提供全國(guó)范圍內(nèi)的統(tǒng)一坐標(biāo)框架。其特點(diǎn)是控制面積大，控制點(diǎn)間距離較長(zhǎng)，點(diǎn)位的選擇主要考慮布網(wǎng)是否有利，不側(cè)重具體工程施工利用時(shí)是否有利。它一般分級(jí)布設(shè)，共分四等。工程控制網(wǎng)是針對(duì)某項(xiàng)工程而布設(shè)的專(zhuān)用控制網(wǎng)，它分為測(cè)圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。測(cè)圖控制網(wǎng)是在工程施工前勘測(cè)設(shè)計(jì)階段建立的測(cè)圖控制網(wǎng)，其目的主要是為測(cè)繪地形圖服務(wù)。點(diǎn)位的選擇是根據(jù)地形條件來(lái)確定的，并不考慮工程建筑物的總體布置，因而在點(diǎn)位分布和密度上都滿(mǎn)足不了后續(xù)工程建設(shè)的需要。施工控制網(wǎng)是為工程建筑物的施工放樣提供控制；其點(diǎn)位、密度以及精度取決于建設(shè)的性質(zhì)，施工控制網(wǎng)點(diǎn)的精度一般要高于測(cè)圖控制網(wǎng)，它具有控制范圍小，控制點(diǎn)的密度大，精度要求高，受施工干擾大等特點(diǎn)。施工控制網(wǎng)與國(guó)家或城市控制網(wǎng)相比較，其最大的不同是：在精度上并不遵循“由高級(jí)到低級(jí)”的原則。例如，廠區(qū)施工控制網(wǎng)主要是為工業(yè)廠區(qū)各工程建筑物的布局放樣而建立的，而對(duì)于車(chē)間或廠房，其內(nèi)部設(shè)備放樣的相對(duì)精度要求更高，這樣就存在廠房矩形控制網(wǎng)比廠區(qū)控制網(wǎng)要求更高的精度。變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)是在施工及運(yùn)營(yíng)期間為監(jiān)測(cè)建筑工程對(duì)象的變形狀況而建立的控制網(wǎng)。由于平面坐標(biāo)是相對(duì)于幾何參考面，而高程是相對(duì)于物理參考面，因而，控制網(wǎng)點(diǎn)位的表述通常是分解為平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)兩個(gè)方面，故工程控制網(wǎng)應(yīng)包括有平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。本章將從工程建筑物放樣的程序和要求、控制網(wǎng)精度的確定方法、國(guó)家高精度控制點(diǎn)的利用、施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)以及典型工程施工控制網(wǎng)布設(shè)等方面進(jìn)行闡述。

5-1控制網(wǎng)精度確定的一般方法在建筑施工中，測(cè)量工作將貫穿整個(gè)施工過(guò)程的各個(gè)階段。從做準(zhǔn)備工作開(kāi)始，就需要進(jìn)行場(chǎng)地平整、建立施工控制網(wǎng)；根據(jù)施工控制網(wǎng)進(jìn)行建筑物放樣；為了解基礎(chǔ)沉降情況，在施工過(guò)程中及建筑物使用期間，還要進(jìn)行沉降測(cè)量，為了便于建筑物使用過(guò)程中的管理、維修、擴(kuò)建等，建筑工程完工時(shí)，應(yīng)作竣工測(cè)量。由此可見(jiàn)，建筑施工的全過(guò)程是離不開(kāi)測(cè)量的，它對(duì)保證工程質(zhì)量和施工的規(guī)范化都起著重要作用。工程施工中的測(cè)量工作與其他的一般測(cè)量工作不同，它要求與施工進(jìn)度配合及時(shí)，滿(mǎn)足施工的需要。我們知道，原有的測(cè)圖控制網(wǎng)在布點(diǎn)和施測(cè)精度方面主要考慮滿(mǎn)足測(cè)繪大比例尺地形圖的需要，不可能考慮將來(lái)建筑物的分布及施工放樣對(duì)點(diǎn)位的布設(shè)要求。因此，在施工期間這些測(cè)量控制點(diǎn)大部分會(huì)遭受破壞，即使被保留下來(lái)的，也往往不能通視，無(wú)法滿(mǎn)足施工測(cè)量的需要。因此，工業(yè)企業(yè)建筑物在施工之前都要在原有測(cè)圖控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立施工控制網(wǎng)。工程建筑物放樣的程序，應(yīng)遵守由總體到局部的原則，即首先在現(xiàn)場(chǎng)定出建筑物的軸線，然后再定出建筑物的各個(gè)部分。采用這樣一種放樣的程序，可以免除因建筑物眾多而引起放樣工作的紊亂，并且能?chē)?yán)格保持所放樣各元素之間存在的幾何關(guān)系。例如放樣工業(yè)建筑物，則首先放出廠房主軸線，再確定機(jī)械設(shè)備軸線，然后根據(jù)機(jī)械設(shè)備軸線，確定設(shè)備安裝的位置。又如放樣大壩，則首先放出大壩的主軸線，然后再放樣各壩段軸線，根據(jù)壩段軸線再放出壩段每層的形狀、尺寸等。工程建筑物主軸線放樣的精度要求，主要根據(jù)建筑物的性質(zhì)、與已有建筑物的關(guān)系以及建筑區(qū)的地形（主要決定工程量的大?。┖偷刭|(zhì)（主要決定建筑物的穩(wěn)固性）情況來(lái)決定。例如擴(kuò)建的工業(yè)場(chǎng)地上建筑物的主軸線，要考慮與現(xiàn)有建筑物的聯(lián)系，而大壩主軸線的放樣，主要是考慮地形與地質(zhì)情況。當(dāng)施工控制網(wǎng)僅用于放樣建筑物的主要軸線位置時(shí)，由于主要軸線位置的放樣精度要求并不太高（相對(duì)細(xì)部放樣而言），例如，工業(yè)場(chǎng)地上廠房主軸線放樣精度為2cm。因此，對(duì)廠區(qū)施工控制網(wǎng)的精度要求也不太高。但是當(dāng)施工控制網(wǎng)除了用于放樣主軸線外，尙需直接用來(lái)放樣輔助軸線和個(gè)別細(xì)部結(jié)構(gòu)時(shí)，則對(duì)施工控制網(wǎng)的精度要求就大大提高。例如橋梁的施工控制網(wǎng)，除了用以精密測(cè)定橋梁長(zhǎng)度外，還要用它來(lái)放樣各個(gè)橋墩的位置，保證其上部結(jié)構(gòu)的正確連接，因此其精度要求就比較高。施工控制網(wǎng)建立以后，即可進(jìn)行建筑物軸線的放樣。在實(shí)際工作中，并不是一次就將場(chǎng)地中所有的建筑物軸線都放樣出來(lái)，而是按照施工的需要，依次地把它們標(biāo)定出來(lái)。這是因?yàn)樵谑┕み^(guò)程中，設(shè)計(jì)常有修改，而且也不是所有的建筑物同時(shí)施工，過(guò)早地放樣出來(lái)，標(biāo)樁也不容易保護(hù)。為了使放樣工作正確無(wú)誤，必須要了解設(shè)計(jì)的內(nèi)容、性質(zhì)及其對(duì)測(cè)量工作的精度要求，認(rèn)真閱讀圖紙，了解施工的全過(guò)程，并掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的變動(dòng)情況，使測(cè)量工作能夠與施工密切配合。正確制定工程建筑物放樣的精度要求，是一項(xiàng)極為重要的工作。如果訂得過(guò)寬，就可能造成質(zhì)量事故；反之，若訂得過(guò)嚴(yán)，則給放樣工作帶來(lái)不少困難，從而增加了放樣工作量，延長(zhǎng)了放樣的時(shí)間，也就無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化高速度施工的需要。建筑物放樣時(shí)的精度要求，是根據(jù)建筑物竣工時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)尺寸的容許偏差（即建筑限差）來(lái)確定的。建筑物竣工時(shí)的實(shí)際誤差是由施工誤差（包括構(gòu)件制造誤差、施工安裝誤差等）和測(cè)量放樣誤差所引起的，測(cè)量誤差只是其中的一部分。為了根據(jù)驗(yàn)收限差正確地制定建筑物放樣的精度要求，除了測(cè)量知識(shí)之外，還必須具有一定的工程知識(shí)。在確定了建筑物放樣的精度要求以后，就可以用它作為起算數(shù)據(jù)來(lái)推算施工控制網(wǎng)的必要精度。此時(shí)，要根據(jù)控制網(wǎng)的布設(shè)情況和放樣工作的條件來(lái)考慮控制網(wǎng)誤差與細(xì)部放樣誤差的比例關(guān)系。以便合理地確定施工控制網(wǎng)的精度。對(duì)于橋梁和水利樞紐地區(qū)，放樣點(diǎn)位一般離控制點(diǎn)較遠(yuǎn)，放樣不甚方便，因而放樣誤差較大。同時(shí)考慮到放樣工作要及時(shí)配合施工，經(jīng)常在有施工干擾的情況下高速度進(jìn)行，不大可能用增加測(cè)量次數(shù)的方法來(lái)提高精度。而在建立施工控制網(wǎng)時(shí)，則有足夠的時(shí)間和各種有利條件來(lái)提高控制網(wǎng)的精度。。因此在設(shè)計(jì)施工控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)使控制點(diǎn)誤差所引起的放樣點(diǎn)位的誤差，相當(dāng)于施工放樣的誤差來(lái)說(shuō)，小到可以忽略不計(jì)，以便為今后的放樣工作創(chuàng)造有利條件，這就是我們通常應(yīng)該遵循的“忽略不計(jì)原則”。根據(jù)這個(gè)原則，對(duì)施工控制網(wǎng)的精度要求分析如下：設(shè)M為放樣后所得點(diǎn)位的總誤差；m1為控制點(diǎn)誤差所引起的誤差；m2為放樣過(guò)程中所產(chǎn)生的點(diǎn)位誤差，則設(shè)，則有：

若令時(shí)可認(rèn)為，則有即因此在實(shí)際工作中通常把作為確定控制網(wǎng)的點(diǎn)位精度。

5-2國(guó)家高精度控制點(diǎn)的利用目前，我國(guó)國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)依高斯投影方法按6°或3°帶進(jìn)行分帶和計(jì)算。對(duì)工程測(cè)量，一般也采用高斯投影方法，這樣既與國(guó)際慣例相一致，也便于利用國(guó)家高精度控制點(diǎn)的現(xiàn)有成果。本節(jié)將對(duì)投影帶與投影面的選擇、工程平面坐標(biāo)系的選擇以及不同平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換等問(wèn)題進(jìn)行討論?！?-2-1投影帶與投影面的選擇一、投影變形分析控制測(cè)量中的投影帶和投影面的選擇，主要是解決長(zhǎng)度變形問(wèn)題，這種變形主要由兩種因素引起：1、實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)歸算到參考橢球面上的變形影響，其值為：式中：為歸算邊高出參考橢球面的平均值，S為歸算邊的長(zhǎng)度，R為歸算邊方向參考橢球法截弧的曲率半徑。歸算邊長(zhǎng)的相對(duì)變形由上式可計(jì)算每公里的長(zhǎng)度投影變形值如表5-1：2、將參考橢球面上的邊長(zhǎng)歸算到高斯投影面上的變形影響，其值為：二、工程測(cè)量投影面和投影帶選擇的出發(fā)點(diǎn)工程測(cè)量控制網(wǎng)不但作為測(cè)繪大比例尺地形圖的控制基礎(chǔ)，更主要是為工程各施工階段的放樣提供依據(jù)，這就需要滿(mǎn)足施工所需要的精度要求。一般情況下，為了滿(mǎn)足測(cè)量結(jié)果的一測(cè)多用，在滿(mǎn)足工程精度的前提下，工程中應(yīng)采用國(guó)家統(tǒng)一3°帶高斯平面直角坐標(biāo)系。當(dāng)邊長(zhǎng)的兩次歸算投影改正不能滿(mǎn)足工程所需要求時(shí)，為保證工程測(cè)量結(jié)果的直接利用的計(jì)算方便，可以采用任意帶的獨(dú)立高斯投影平面直角坐標(biāo)系，歸算測(cè)量結(jié)果的參考面可以自己選定?？刹捎靡韵氯N方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：1）、通過(guò)改變從而選擇合適的高程參考面，將抵償分帶投影變形，這種方法通常稱(chēng)為抵償投影面的高斯正形投影。2）、通過(guò)改變，從而對(duì)中央子午線作適當(dāng)移動(dòng)，來(lái)抵償有高程面的邊長(zhǎng)歸算到參考橢球面上的投影改正。3）、通過(guò)既改變，又改變，來(lái)共同抵償兩項(xiàng)歸算改正變形?！?-2-2工程平面坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇在工程控制測(cè)量時(shí)，根據(jù)施工所在的位置、施工范圍及施工各階段對(duì)投影誤差的要求，可采用以下幾種平面直角坐標(biāo)系。一、國(guó)家3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系由表5-1和表5-2可知，當(dāng)測(cè)區(qū)平均高程在50m以下，且值不大于20km時(shí)，其投影變形值和均小于1.0cm，這個(gè)精度基本可以滿(mǎn)足絕大部分線型工程的測(cè)圖和工程放樣的精度要求。因此，在偏離中央子午線不遠(yuǎn)和地面高程不大的區(qū)域，無(wú)需考慮投影變形問(wèn)題，直接采用國(guó)家統(tǒng)一的3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系作為工程測(cè)量的坐標(biāo)系，使二者相一致。二、抵償投影面的3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系在這種坐標(biāo)系中，仍采用國(guó)家3°帶高斯投影，但投影的高程面不是參考橢球面而是依據(jù)高斯投影長(zhǎng)度變形而選擇的高程參考面，在這個(gè)參考面上，長(zhǎng)度變形為零。當(dāng)采用第一種坐標(biāo)系時(shí)，超過(guò)允許的精度要求時(shí)，可令，即：三、任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系在這種坐標(biāo)系中，仍把地面觀測(cè)結(jié)果歸算到參考橢球面上，但投影帶的中央子午線不按國(guó)家3°帶的劃分方法，而是依據(jù)補(bǔ)償高程面歸算長(zhǎng)度變形而選擇的某一條子午線作為中央子午線。即保持不變，可求得：比如某測(cè)區(qū)相對(duì)參考橢球面的高程Hm=500m，為抵償?shù)孛嬗^測(cè)值向參考橢球面上歸算的改正值，可得y=80(km),即選擇與測(cè)區(qū)相距80km的子午線為中央子午線。四、具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系在這種坐標(biāo)中，往往是指投影的中央子午線選在測(cè)區(qū)的中央，地面觀測(cè)值歸算到測(cè)區(qū)平均高程面上，按高斯正形投影計(jì)算平面直角坐標(biāo)。這種方法是綜合二、三兩種坐標(biāo)系長(zhǎng)處的一種任意高斯正形投影計(jì)算平面直角坐標(biāo)，因而能更有效的實(shí)現(xiàn)兩種長(zhǎng)度變形改正的補(bǔ)償。五、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)當(dāng)測(cè)區(qū)控制范圍較小時(shí)，可不進(jìn)行方向和距離改正，直接把局部地球表面看作為平面，建立獨(dú)立的平面直角坐標(biāo)系。這時(shí)，起算點(diǎn)坐標(biāo)及起算方位角最好能與國(guó)家網(wǎng)或城市網(wǎng)聯(lián)系，如聯(lián)測(cè)困難，可自行測(cè)定邊長(zhǎng)和方位角，而起始點(diǎn)坐標(biāo)可假設(shè)。在上海市磁懸浮工程和蘆洋跨海大橋工程，由于工程區(qū)域內(nèi)絕對(duì)高程和平均高差較小（一般均在20m以下），且整個(gè)工程線路長(zhǎng)度在30km左右，故均采用了具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系?！?-2-3不同平面坐標(biāo)系統(tǒng)間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為了使工程方便利用現(xiàn)有的資料，使設(shè)計(jì)得以具體的實(shí)施，應(yīng)將施工坐標(biāo)系統(tǒng)與城市坐標(biāo)系統(tǒng)或國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)建立一定的銜接和換算關(guān)系。在上海市磁懸浮線工程中，磁懸浮線路坐標(biāo)系是采用任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系，選擇過(guò)磁懸浮工程線路中間位置的子午線為中央子午線進(jìn)行高斯投影，投影面為平均高程面，保持X坐標(biāo)軸與上海平面坐標(biāo)系的X坐標(biāo)軸平行，Y軸與上海平面坐標(biāo)系的Y坐標(biāo)軸重合。再經(jīng)平移，使原點(diǎn)的坐標(biāo)值保持原上海平面坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)值。通過(guò)這樣的相互轉(zhuǎn)換，使得設(shè)計(jì)單位在上海平面坐標(biāo)系中所設(shè)計(jì)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)坐標(biāo)可直接在磁懸浮高速鐵路坐標(biāo)系中實(shí)施放樣。當(dāng)大型工程的起點(diǎn)和終點(diǎn)橫向距離超過(guò)了具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系所能補(bǔ)償?shù)姆秶鷷r(shí)，此時(shí)應(yīng)分段建立若干個(gè)施工坐標(biāo)系區(qū)段。一般來(lái)說(shuō)，在工程設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的精度，計(jì)算最大投影帶區(qū)的范圍，用圖解法在地圖上確定每一個(gè)施工坐標(biāo)系區(qū)段的位置，根據(jù)國(guó)家平面直角坐標(biāo)值，確定其投影帶中心位置的大地坐標(biāo)。在工程坐標(biāo)系區(qū)段銜接處，必須包含足夠的重疊部分，這樣才能保證整個(gè)工程控制點(diǎn)的銜接。在線型工程中，根據(jù)分級(jí)布網(wǎng)的原則，其首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)間距大約為3km，在重疊部分，應(yīng)至少各包含首級(jí)控制點(diǎn)3個(gè)（約6km的范圍）。對(duì)采取區(qū)段建立的工程坐標(biāo)系，其縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)應(yīng)以線路的前進(jìn)方向和垂直其前進(jìn)方向來(lái)確定。在不同的坐標(biāo)系區(qū)段，也應(yīng)建立相互的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。在坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換時(shí)，必須建立雙向轉(zhuǎn)換關(guān)系，使每個(gè)點(diǎn)在坐標(biāo)系中可自由轉(zhuǎn)換。如在東?？绾４髽蚬こ讨校捎谠谒?、島上及陸地間建設(shè)的不同，設(shè)計(jì)時(shí)采用的坐標(biāo)系統(tǒng)也不一樣，這就更需要在不同的坐標(biāo)系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。5-3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)一、施工平面控制網(wǎng)的網(wǎng)形工程施工平面控制網(wǎng)是專(zhuān)門(mén)為工程施工放樣服務(wù)的，根據(jù)工程的特點(diǎn)，平面控制網(wǎng)一般有以下幾種網(wǎng)形：（1）導(dǎo)線網(wǎng)在工程施工控制測(cè)量中，導(dǎo)線網(wǎng)形是比較常用的，他包括單一導(dǎo)線和具有一個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線網(wǎng)。網(wǎng)中的觀測(cè)值是角度（或方向）和邊長(zhǎng)。其特點(diǎn)是網(wǎng)中各點(diǎn)上的觀測(cè)方向較少，除節(jié)點(diǎn)外只有兩個(gè)方向，因而受通視要求的限制較小，易于選點(diǎn)和降低覘標(biāo)高度，甚至不需要造標(biāo)；它的圖形非常靈活，選點(diǎn)時(shí)可根據(jù)具體情況隨時(shí)變化；網(wǎng)中的邊長(zhǎng)都是直接測(cè)定的，因此邊長(zhǎng)的精度較均勻。但導(dǎo)線網(wǎng)中的多余觀測(cè)數(shù)較少，有時(shí)不易發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值中的粗差，因此可靠性不高。因此它比較適用于障礙物較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)。（2）邊角網(wǎng)（2）邊角網(wǎng)邊角網(wǎng)是指既測(cè)邊又測(cè)角的以三角形為基本圖形的平面控制網(wǎng)。目前隨著全站型儀器的發(fā)展，測(cè)角及測(cè)距的精度不斷提高，邊角網(wǎng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。其特點(diǎn)是圖形簡(jiǎn)單，網(wǎng)的精度較高，有較多的檢核條件，易于發(fā)現(xiàn)觀測(cè)中的粗差。但在障礙物較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)布設(shè)較困難。(3)GPS網(wǎng)近年來(lái)隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，GPS相對(duì)定位精度在幾十公里的范圍內(nèi)可達(dá)到1/1000000-1/100000，完全可以滿(mǎn)足城市二、三等網(wǎng)的精度要求。GPS網(wǎng)的網(wǎng)形在很大程度上與使用接收機(jī)的數(shù)量和作業(yè)方式有關(guān)。目前，在地鐵及公路的建設(shè)過(guò)程中，首級(jí)網(wǎng)的布設(shè)，很多都是采用了GPS網(wǎng)。除了以上三種常用的施工控制網(wǎng)形外，目前還有個(gè)別工程采用建筑方格網(wǎng)的控制形式。二、控制網(wǎng)建立的過(guò)程施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)一般經(jīng)過(guò)下列過(guò)程：根據(jù)建立控制網(wǎng)的目的、要求和控制范圍，經(jīng)過(guò)圖上規(guī)劃和野外選點(diǎn)，確定控制網(wǎng)的圖形和決定參考基準(zhǔn)（起始點(diǎn)）；根據(jù)測(cè)量?jī)x器條件擬定觀測(cè)綱要（觀測(cè)方法和觀測(cè)值的預(yù)期精度）；根據(jù)觀測(cè)所需的人力、物力進(jìn)行成本預(yù)算；根據(jù)控制網(wǎng)圖形和觀測(cè)精度進(jìn)行目標(biāo)成果的精度估算與分析，并與預(yù)定的要求相比較，作必要的方案修正，以上稱(chēng)為控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)工作；然后是付諸實(shí)施，埋設(shè)標(biāo)志，建立觀測(cè)墩、臺(tái)和觀測(cè)標(biāo)志，按預(yù)定綱要進(jìn)行觀測(cè)，按觀測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)定觀測(cè)精度；最后進(jìn)行成果處理、平差計(jì)算，平差值及目標(biāo)成果的精度評(píng)定。在控制網(wǎng)的建立過(guò)程中，除了外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)計(jì)算的儀器設(shè)備和人員的技術(shù)素質(zhì)作為必要條件以外，控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起著十分重要的作用。三、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制網(wǎng)的質(zhì)量是控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的核心和宗旨。用什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量控制網(wǎng)的質(zhì)量好壞，不僅取決于工程的性質(zhì)和要求，而且取決于標(biāo)準(zhǔn)制定的合理與否。因此，標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)非常重要。而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又稱(chēng)為質(zhì)量指標(biāo)、質(zhì)量準(zhǔn)則。通常，我們用一些數(shù)值指標(biāo)來(lái)描述控制網(wǎng)質(zhì)量的好壞。根據(jù)對(duì)控制網(wǎng)的要求不同，一般有下列四個(gè)方面的質(zhì)量指標(biāo)：精度描述誤差分布離散程度的一種度量；可靠性發(fā)現(xiàn)和抵抗模型誤差的能力大小的一種度量；靈敏度監(jiān)測(cè)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)某一變形的能力大小的一種度量；經(jīng)濟(jì)建網(wǎng)費(fèi)用。下面將分別對(duì)其質(zhì)量指標(biāo)作系統(tǒng)地討論，并對(duì)各指標(biāo)之間的關(guān)系及綜合指標(biāo)的制定原則和方法作初步介紹。1、精度指標(biāo)精度指標(biāo)是描述誤差分布離散度的一種度量，常用方差或均方根差來(lái)描述。對(duì)于一般控制網(wǎng)，均可以用高斯－馬爾柯夫模型來(lái)描述。式中，L是n維觀測(cè)向量，X為t維未知參數(shù)向量（通常選擇控制網(wǎng)中待定點(diǎn)的高程或坐標(biāo)作為未知參數(shù)），A為系數(shù)矩陣或設(shè)計(jì)矩陣，為權(quán)陣，為單位權(quán)方差，D(L)和E(L)分別為L(zhǎng)的方差和數(shù)學(xué)期望。根據(jù)最小二乘原理，（5-12）的平差結(jié)果為未知參數(shù)的方差陣或協(xié)因數(shù)陣在控制網(wǎng)的精度評(píng)定中起著非常重要的作用，所需的各種精度指標(biāo)都可以由它導(dǎo)出來(lái)。因此，可以認(rèn)為或包含了控制網(wǎng)的全部精度信息。我們稱(chēng)它為控制網(wǎng)的精度矩陣。

顯然，用精度矩陣就可以完整地描述控制網(wǎng)的精度情況。但是，就實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這樣做會(huì)帶來(lái)一些不便。因?yàn)槲覀兒茈y直接地將兩個(gè)不同的精度矩陣之間進(jìn)行比較，判別出哪一個(gè)精度高，哪一個(gè)精度低。因此，我們總是抽取精度矩陣的一部分信息，定義一些數(shù)值指標(biāo)，以此來(lái)作為比較精度高低的標(biāo)準(zhǔn)。1）整體精度整體（總體）精度用于評(píng)價(jià)網(wǎng)的總體質(zhì)量。因?yàn)榫染仃嚕ɑ颍┦且环秦?fù)定陣，其特征值也必非負(fù)，設(shè)按大小排列為2）局部精度控制網(wǎng)中某一個(gè)元素的精度稱(chēng)為網(wǎng)的局部精度，如某一條邊長(zhǎng)、某一個(gè)方向和一個(gè)點(diǎn)位等的精度。局部精度均可以看成是未知參數(shù)的某個(gè)線性函數(shù)（即權(quán)函數(shù)式）2、可靠性標(biāo)準(zhǔn)可靠性概念是荷蘭Barrda教授（1968年）針對(duì)觀測(cè)值數(shù)據(jù)中的粗差提出來(lái)的。測(cè)量控制網(wǎng)的可靠性是指控制網(wǎng)探測(cè)觀測(cè)值粗差和抵抗殘存粗差對(duì)平差成果影響的能力，它分為內(nèi)部可靠性和外部可靠性。1）內(nèi)部可靠性?xún)?nèi)部可靠性是指某一觀測(cè)值中至少必須出現(xiàn)多大的粗差（下界值），才能以所給定的檢驗(yàn)功效在顯著水平為的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)？2）外部可靠性外部可靠性是指無(wú)法探測(cè)出小于下界值的觀測(cè)值，而保留在觀測(cè)數(shù)據(jù)中的殘存粗差對(duì)平差結(jié)果的影響；即沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的粗差對(duì)待估參數(shù)的影響。

3）多余觀測(cè)分量

由于內(nèi)、外可靠性均與多余觀測(cè)分量有關(guān)，多余觀測(cè)分量不僅代表了該觀測(cè)值在總的多余觀測(cè)數(shù)中所占地位，而且也可以作為可靠性評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要量度局部可靠性。同時(shí)，多余觀測(cè)數(shù)r越大，表明對(duì)發(fā)現(xiàn)粗差越有利。因此，我們也可以用多余觀測(cè)的平均值作為另一可靠性度量整體可靠性指標(biāo)。

3、可檢測(cè)性準(zhǔn)則靈敏度準(zhǔn)則變形觀測(cè)控制網(wǎng)以靈敏度準(zhǔn)則作為其特殊的質(zhì)量準(zhǔn)則，是由變形觀測(cè)控制網(wǎng)的性質(zhì)、特點(diǎn)和用途所決定的。我們知道，變形觀測(cè)控制網(wǎng)的目的就是要證明監(jiān)測(cè)對(duì)象是否存在顯著變形，和一般控制網(wǎng)相比較，監(jiān)測(cè)網(wǎng)最主要的特點(diǎn)就是具有周期性和方向性，即通過(guò)多期觀測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)建筑物在某一特定方向上的變形。例如，重力壩主要是發(fā)現(xiàn)垂直于壩體方向的變形等。而變形觀測(cè)網(wǎng)的靈敏度則正是用來(lái)描述監(jiān)測(cè)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)變形體在某特定方向上變形的能力。因此，靈敏度應(yīng)作為變形觀測(cè)網(wǎng)的主要質(zhì)量準(zhǔn)則；在重復(fù)觀測(cè)中預(yù)期可能監(jiān)測(cè)到的最小變形值應(yīng)滿(mǎn)足需要。4、經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則用較少的人力、物力實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)的精確性與可靠性要求。在控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，每個(gè)基本要求都可以分別作為目標(biāo)函數(shù)?？刂凭W(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是在限定一些其他基本要求的情況下來(lái)尋求某一目標(biāo)函數(shù)的極值，例如在一定的測(cè)量費(fèi)用（成本）的約束下要求目標(biāo)成果具有最高的精度，或在精度與可靠性的約束下尋求最低的成本等。四、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的類(lèi)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般分為四類(lèi)（四方面內(nèi)容）：零類(lèi)設(shè)計(jì)（基準(zhǔn)問(wèn)題），一類(lèi)設(shè)計(jì)（圖形問(wèn)題），二類(lèi)設(shè)計(jì)（權(quán)比問(wèn)題），三類(lèi)設(shè)計(jì)（加密問(wèn)題）。這四類(lèi)的設(shè)計(jì)內(nèi)容可以用參數(shù)法平差的函數(shù)模型與隨機(jī)模型來(lái)解釋?zhuān)O(shè)：零類(lèi)設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)（起始數(shù)據(jù)）的設(shè)計(jì)，固定參數(shù)為A（控制網(wǎng)的圖形）和P（觀測(cè)值的先驗(yàn)精度），待定參數(shù)為X（未知參數(shù)平面網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)或高程網(wǎng)點(diǎn)的高程）及（未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣）。

本類(lèi)設(shè)計(jì)是在控制網(wǎng)圖形和觀測(cè)值的先驗(yàn)精度已定的情況下，選擇起始數(shù)據(jù)使網(wǎng)的精度達(dá)到最高。一般方法是按既定的網(wǎng)形和觀測(cè)精度進(jìn)行自由網(wǎng)平差，以判斷控制網(wǎng)本身的精度，然后在不同參考系之間進(jìn)行相似變換，以選擇一個(gè)最優(yōu)的參考基準(zhǔn)，使達(dá)到（5-14）式的精度標(biāo)準(zhǔn)。一類(lèi)設(shè)計(jì)為控制網(wǎng)圖形的設(shè)計(jì)，固定參數(shù)為P和，待定參數(shù)為A。能完整地表達(dá)控制網(wǎng)成果所能達(dá)到的精度，在此作為固定參數(shù)即代表對(duì)控制網(wǎng)成果精度的全面要求，因此作為固定參數(shù)的稱(chēng)為準(zhǔn)則矩陣。本類(lèi)設(shè)計(jì)為控制網(wǎng)成果的精度要求及觀測(cè)手段可能達(dá)到的精度已定的情況下，控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的優(yōu)化，即點(diǎn)位的最佳布設(shè)和采用最佳的觀測(cè)方案。二類(lèi)設(shè)計(jì)為觀測(cè)值權(quán)的設(shè)計(jì)，固定參數(shù)為A（控制網(wǎng)圖形）和（準(zhǔn)則矩陣），待定參數(shù)為P。本類(lèi)設(shè)計(jì)為控制網(wǎng)的圖形和網(wǎng)的精度要求已定的情況下，設(shè)計(jì)觀測(cè)值的精度，此時(shí)應(yīng)受到觀測(cè)值權(quán)的總和（代表測(cè)量費(fèi)用）的約束、最大權(quán)（代表不能超過(guò)的最高精度）的約束和可靠性（多余觀測(cè)的分量不能小于某一定值）的約束。因此觀測(cè)值權(quán)的設(shè)計(jì)也是最適當(dāng)?shù)臋?quán)分配問(wèn)題，其中包括儀器設(shè)備的最佳利用以及各種觀測(cè)手段的合理組合。三類(lèi)設(shè)計(jì)為控制網(wǎng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)（加密設(shè)計(jì)），固定參數(shù)為和部分A、P，待定參數(shù)為另一部分A、P。本類(lèi)設(shè)計(jì)用增刪部分觀測(cè)值和改變部分觀測(cè)值的權(quán)，以及增刪及移動(dòng)點(diǎn)位來(lái)改善控制網(wǎng)成果的精度。各類(lèi)設(shè)計(jì)劃分的簡(jiǎn)單表示方法如表5-3所示。

五、誤差橢圓與相對(duì)誤差橢圓的理論及應(yīng)用求得誤差橢圓的長(zhǎng)半軸e，短半軸f和長(zhǎng)半軸的方位角后，即可畫(huà)出誤差橢圓。由誤差橢圓用切線垂足法（若要求方向的誤差，可垂直于該方向作橢圓的切線，則垂足與原點(diǎn)的連線長(zhǎng)度即為方向的中誤差）可求得點(diǎn)位在任意方向的誤差大小，用以判斷要求的精度是否滿(mǎn)足。當(dāng)我們不需要點(diǎn)位相對(duì)于起始點(diǎn)的精度，而需要網(wǎng)中任意兩點(diǎn)（I，J）相對(duì)位置的精度時(shí)，可以繪出其相對(duì)誤差橢圓來(lái)進(jìn)行分析。求得I，J兩點(diǎn)相對(duì)誤差橢圓的三參數(shù)，即可在I，J兩點(diǎn)中間繪出其相對(duì)誤差橢圓，它全面地反映了I，J兩點(diǎn)的相對(duì)位置精度。用切線垂足法即可求得相對(duì)點(diǎn)位在任意方向上的誤差大小。相對(duì)誤差橢圓在施工測(cè)量中應(yīng)用較廣，例如可用于隧道貫通誤差預(yù)計(jì)，由零距離兩貫通點(diǎn)的相對(duì)誤差橢圓在貫通面上的投影長(zhǎng)度之半即為隧道橫向貫通誤差。據(jù)此可對(duì)隧道施工控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。六、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有許多不同的方法，其中最常用的方法是模擬法。模擬法設(shè)計(jì)又稱(chēng)試驗(yàn)修正法，對(duì)于初步確定的網(wǎng)形與觀測(cè)精度，模擬一組起始數(shù)據(jù)與觀測(cè)值，輸入計(jì)算機(jī)，按間接平差原理與計(jì)算方法，組成觀測(cè)值方程式、法方程式，求逆而得到未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣，并計(jì)算點(diǎn)位誤差橢圓和相對(duì)誤差橢圓的參數(shù)，與要求的精度相比較，若結(jié)果太好或不滿(mǎn)足要求，可以修改設(shè)計(jì)：（1）增加或刪去某些觀測(cè)值，（2）改變某些觀測(cè)值的權(quán)。每當(dāng)設(shè)計(jì)者輸入修改信息后，計(jì)算機(jī)按序貫公式算出實(shí)時(shí)矩陣，并顯示新的誤差橢圓。這個(gè)過(guò)程重復(fù)，直至獲得符合各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求的滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案。

為說(shuō)明施工控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)程，舉例如下：某大橋施工控制網(wǎng)主網(wǎng)由橋軸線12兩側(cè)的一個(gè)大地四邊形和一個(gè)三角形所組成，如圖5-3所示，其中1點(diǎn)為起始點(diǎn)，為起始方向。正橋橋長(zhǎng)1340m，要求橋軸線的邊長(zhǎng)相對(duì)精度達(dá)到1/15萬(wàn)（即）。擬采用邊角網(wǎng)方案建網(wǎng)。初始方案，以2級(jí)經(jīng)緯儀6測(cè)回觀測(cè)全部方向，測(cè)距儀測(cè)量全部邊長(zhǎng)，其中方向觀測(cè)中誤差1.5秒，測(cè)邊精度5+5ppm,結(jié)果1、2兩點(diǎn)的相對(duì)誤差橢圓化為1-2方向上的誤差線段，其邊長(zhǎng)精度6.2mm即為，比設(shè)計(jì)要求的精度高得多。修改設(shè)計(jì)，降低方向觀測(cè)精度，以2級(jí)經(jīng)緯儀4測(cè)回觀測(cè)全部方向，，測(cè)量全部邊長(zhǎng)且精度不變，結(jié)果6.6mm，仍比設(shè)計(jì)要求的精度高。再次修改設(shè)計(jì)，減少測(cè)量五條邊長(zhǎng)，亦即測(cè)距儀只測(cè)三條邊長(zhǎng)，方向全測(cè)，精度仍為，結(jié)果，正好滿(mǎn)足橋軸線上邊長(zhǎng)精度8.9mm的設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)方案即為大橋施工控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。由于模擬法設(shè)計(jì)的計(jì)算簡(jiǎn)單，易于編制設(shè)計(jì)程序，修改是通過(guò)設(shè)計(jì)人員的分析判斷來(lái)進(jìn)行的，因此具有靈活性與可行性。模擬計(jì)算結(jié)果除了數(shù)據(jù)以外，還可以利用計(jì)算機(jī)屏幕或繪圖儀的圖形（例如控制網(wǎng)的圖形和點(diǎn)位誤差橢圓）顯示，有利于設(shè)計(jì)者的分析判斷，設(shè)計(jì)可以利用“人機(jī)對(duì)話(huà)”的形式進(jìn)行。模擬法的缺點(diǎn)是需要化較多的計(jì)算時(shí)間，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案需要設(shè)計(jì)多種方案比較或逐步趨近而獲得，并且也有可能“漏掉”最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。模擬法適合一、二、三類(lèi)設(shè)計(jì)，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)則，通過(guò)計(jì)算，比較和修改得到最優(yōu)解。解析法也是控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一種的方法，它適合各類(lèi)設(shè)計(jì)，是通過(guò)數(shù)學(xué)方程表達(dá)，用最優(yōu)化解算。解析法缺點(diǎn)是數(shù)學(xué)模型往往相當(dāng)復(fù)雜，有的難以建模，求解，而模擬法過(guò)多依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)，有可能漏掉最好的方案，改進(jìn)是兩者結(jié)合。5-4典型工程施工控制網(wǎng)布設(shè)施工控制網(wǎng)分為高程和平面控制網(wǎng)。高程控制網(wǎng)為用各種等級(jí)的水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定施工場(chǎng)地上的一系列水準(zhǔn)點(diǎn)和其他高程控制點(diǎn)的高程，其密度要求安放一站水準(zhǔn)即能測(cè)設(shè)所需要放樣點(diǎn)的高程。平面控制網(wǎng)的布置形式隨工程建筑物的種類(lèi)而有所不同，例如大型橋梁施工控制網(wǎng)、隧道施工控制網(wǎng)、水利樞紐中的大壩施工控制網(wǎng)、大型工廠企業(yè)施工控制網(wǎng)等?！?-4-1橋梁施工控制網(wǎng)的布設(shè)東海大橋起始于上海浦東南匯區(qū)的蘆潮港，北與滬蘆高速公路相連，南跨杭州灣北部海域，直達(dá)浙江省嵊泗縣崎嶇列島的小洋山島，如圖5-4。東海大橋?yàn)槿L(zhǎng)約31公里的曲線橋梁。整座橋包括兩座大跨度海上斜拉橋、四座大跨度的預(yù)應(yīng)力連續(xù)橋梁、大量的大跨徑為整跨安裝的非通航孔。東海大橋按雙向六車(chē)道加緊急停車(chē)帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，橋?qū)?1.5米，設(shè)計(jì)車(chē)速80公里/小時(shí)，大橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年,其跨海長(zhǎng)度居世界第一。東海大橋首級(jí)平面和高程控制網(wǎng)的建立是大橋建設(shè)基礎(chǔ)性工作的基礎(chǔ),其控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性與可靠性將直接影響到整個(gè)大橋工程建設(shè)的質(zhì)量甚至安危?？绾４髽蚴菑年懮现鄙斓胶u上的，平面控制點(diǎn)分布在大陸一側(cè)，為了滿(mǎn)足大橋能分標(biāo)段同時(shí)施工的需要，工程要求需將平面控制點(diǎn)傳遞到離大陸30km外的海島上，然后根據(jù)施工各階段的需求，再進(jìn)行控制點(diǎn)的加密測(cè)量。一、首級(jí)控制網(wǎng)測(cè)量為了確保杭州灣大橋首級(jí)平面和高程控制網(wǎng)的正確與可靠,及時(shí)、有效地為施工放樣及后期變形監(jiān)測(cè)打好基礎(chǔ)。首級(jí)平面控制網(wǎng)在最初建立和后續(xù)復(fù)測(cè)中,均采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)設(shè)。如此特大型橋梁,控制網(wǎng)的布設(shè)亦不同于一般的橋梁控制網(wǎng),國(guó)內(nèi)亦沒(méi)有同類(lèi)控制網(wǎng)可供參考。測(cè)量時(shí)，考慮到投影帶可能帶來(lái)的誤差，工程選用了任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系，以東經(jīng)122o為中央子午線，平面坐標(biāo)采用1954北京坐標(biāo)系，并根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，與國(guó)家84坐標(biāo)系、上海市城市坐標(biāo)系建立了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。二、加密控制網(wǎng)測(cè)量在完成首級(jí)網(wǎng)的測(cè)量工作后，根據(jù)工程的需要，在大陸與海島的等距離處，建造了A、B、C共3個(gè)測(cè)量平臺(tái)，在平臺(tái)上，建立了強(qiáng)制觀測(cè)站墩。利用首級(jí)控制網(wǎng)的成果作為已知點(diǎn)，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了GPS測(cè)量。測(cè)量時(shí)采用GPS三等的技術(shù)要求，連續(xù)觀測(cè)4小時(shí)。由于海上建造平臺(tái)的穩(wěn)定性受潮汐等因素的影響，加密點(diǎn)的穩(wěn)定也直接關(guān)系到了施工的精度，并以每月1次的頻率，對(duì)A、B、C三個(gè)平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)量，共完成了10次測(cè)量.根據(jù)施工的進(jìn)程，在建造好的橋墩上，也布設(shè)了加密點(diǎn)，其間距約1km，利用首級(jí)網(wǎng)的測(cè)量成果，采用GPS測(cè)量手段，用10臺(tái)雙頻接收機(jī)同時(shí)測(cè)量，按照GPS測(cè)量三等精度要求，完成了全線的控制網(wǎng)加密工作?！?-4-2隧道施工控制網(wǎng)的布設(shè)隧道施工至少要從兩個(gè)相對(duì)的洞口同時(shí)開(kāi)挖。長(zhǎng)隧道的施工需要通過(guò)豎向或側(cè)向的通道（豎井、斜井、平洞）增加工作面，加快施工進(jìn)度。很多工作面同時(shí)施工時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)保證隧道最后正確貫通。隧道施工控制網(wǎng)分為地面網(wǎng)和洞內(nèi)網(wǎng)兩部分。一、隧道地面控制網(wǎng)隧道施工控制網(wǎng)的地面部分用以確定洞口點(diǎn)、豎井的近井點(diǎn)和方向照準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，作為洞內(nèi)控制網(wǎng)的起始數(shù)據(jù)。網(wǎng)的圖形向隧道軸線方向延伸，布網(wǎng)形式常采用狹長(zhǎng)的三角網(wǎng)、邊角混合網(wǎng)（如圖5-6）或環(huán)形導(dǎo)線網(wǎng)，目前一般采用GPS控制網(wǎng)。若采用GPS控制網(wǎng)除了在隧道線路上布設(shè)進(jìn)、出口點(diǎn)以外，還要在每個(gè)洞口附近各布設(shè)三個(gè)及以上定向點(diǎn)，以便于在洞口用全站儀設(shè)站時(shí)定向。二、隧道洞內(nèi)控制網(wǎng)隧道洞內(nèi)狹長(zhǎng)形狀的空間使洞內(nèi)控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)沒(méi)有選擇的余地，而只能采用支導(dǎo)線的形式。為了進(jìn)行檢核，一般布設(shè)兩個(gè)等級(jí)的導(dǎo)線。在掘進(jìn)的同時(shí)首先布設(shè)施工導(dǎo)線，為掘進(jìn)指明方向，為其他施工提供依據(jù)；當(dāng)隧道掘進(jìn)至大約1～2km時(shí)，布設(shè)邊長(zhǎng)較長(zhǎng)的、具有較高精度的主導(dǎo)線，用于檢核及修正施工導(dǎo)線。在城市地鐵工程中，地下導(dǎo)線也常采用如圖5-7所示的交叉導(dǎo)線，在每設(shè)置一個(gè)新的導(dǎo)線點(diǎn)時(shí)，均由兩條交叉導(dǎo)線測(cè)得其坐標(biāo)，當(dāng)檢核無(wú)誤后，取其平均值作為新點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)。隧道在曲線部分時(shí)，可以跳站（隔一個(gè)或幾個(gè)測(cè)站）觀測(cè)，構(gòu)成跳點(diǎn)導(dǎo)線（如圖5-8）；當(dāng)隧道在直線部分時(shí)，應(yīng)在每個(gè)吊籃上安置兩個(gè)觀測(cè)臺(tái)，形成左右兩條導(dǎo)線，最后在新點(diǎn)處交會(huì)，它不但能使測(cè)量數(shù)據(jù)有足夠可靠性，還可以提高導(dǎo)線的精度?！?-4-3水利樞紐施工控制網(wǎng)的布設(shè)水利樞紐工程除大壩外，還包括發(fā)電站機(jī)房、船閘、溢洪道等，因此布設(shè)施工控制網(wǎng)時(shí)要參照設(shè)計(jì)總平面圖統(tǒng)一考慮。大壩軸線是主軸線，軸線要設(shè)法包括在控制網(wǎng)中，點(diǎn)位的選擇要考慮土質(zhì)良好，點(diǎn)位能長(zhǎng)期保存，便于施工放樣，并盡量顧及圖形強(qiáng)度。一次布網(wǎng)有困難時(shí)，可采用分級(jí)布網(wǎng)。首級(jí)網(wǎng)布得稀疏些，控制范圍大些，較多考慮圖形好和點(diǎn)位穩(wěn)定。在首級(jí)網(wǎng)下再布插網(wǎng)、插點(diǎn)，使點(diǎn)位靠近待建物，便于放樣。加密網(wǎng)直接為施工放樣服務(wù)。由于水利樞紐工程多建在山區(qū)，那里地形復(fù)雜，起伏較大，因此宜用邊角測(cè)量方法來(lái)建立控制網(wǎng)。大壩的施工控制網(wǎng)布設(shè)在河谷兩岸。由于點(diǎn)位分布在不同高度上，有時(shí)與近點(diǎn)不通視，而只能與遠(yuǎn)點(diǎn)通視。因此控制網(wǎng)的圖形往往很不規(guī)則又很復(fù)雜。某水電站設(shè)計(jì)水位630m，壩頂高程640.5m，最大壩高232.5m，水庫(kù)總庫(kù)容64.65億m3，電站裝機(jī)容量3000MW，多年平均發(fā)電量96.67KW.h。樞紐主要建筑物由大壩、水電站廠房、通航建筑物和壩基防滲工程組成。壩址區(qū)河谷狹窄，岸坡陡峻，高差在400m左右。一、平面施工控制網(wǎng)平面控制網(wǎng)建立的要求：控制網(wǎng)必須覆蓋建筑物施工范圍，能滿(mǎn)足建筑物的施工要求；控制點(diǎn)盡量避開(kāi)施工的影響，且通視良好；便于在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密低等級(jí)控制點(diǎn)，方便施工放樣；控制網(wǎng)點(diǎn)在被毀壞后，能方便恢復(fù)；保證控制點(diǎn)的精度能滿(mǎn)足要求。根據(jù)建網(wǎng)要求和工程范圍、規(guī)模以及現(xiàn)場(chǎng)察勘點(diǎn)位選定情況，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，該施工控制網(wǎng)確定為邊角網(wǎng)，由11個(gè)點(diǎn)組成，如圖5-9，標(biāo)石類(lèi)型為普通鋼筋混凝土觀測(cè)墩。在選定的點(diǎn)位上，挖盡覆蓋層，去掉強(qiáng)風(fēng)化層，待觀測(cè)墩基坑挖好后，在基巖中嵌入4根12的鋼筋，扎成骨架，使觀測(cè)墩與基礎(chǔ)牢固結(jié)合。在控制網(wǎng)的施測(cè)過(guò)程中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)量工作。為了減少旁折光和地面折光的影響，選擇在成像清晰，目標(biāo)穩(wěn)定的有利時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)；采用T3光學(xué)經(jīng)緯儀按全圓觀測(cè)法，觀測(cè)12測(cè)回，分兩個(gè)光段即分別在上午和下午兩個(gè)時(shí)間段完成。平差計(jì)算前，先將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理，外業(yè)觀測(cè)的距離經(jīng)過(guò)儀器加乘常數(shù)、氣象及球氣差改正，邊長(zhǎng)投影到640m高程面上，以01為起算點(diǎn)，壩軸線01-02的方向?yàn)槠鹚惴较蜻M(jìn)行平差計(jì)算，從而計(jì)算出各點(diǎn)的平面坐標(biāo)成果。該控制網(wǎng)經(jīng)平差后的測(cè)角中誤差為，最弱點(diǎn)位中誤差為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的精度要求。二、高程施工控制網(wǎng)根據(jù)工程建筑物分布的范圍和高程控制網(wǎng)的特點(diǎn)及施工區(qū)交通情況，高程控制網(wǎng)設(shè)計(jì)為精密水準(zhǔn)網(wǎng)，由10個(gè)點(diǎn)組成，分布在江河兩岸，其中4點(diǎn)為水準(zhǔn)基點(diǎn)，其余6點(diǎn)（01、02、06、08、09、10）全部設(shè)置在平面控制網(wǎng)觀測(cè)墩上。根據(jù)《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》要求，對(duì)于混凝土建筑物，高程控制設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足最末級(jí)高程控制點(diǎn)相對(duì)首級(jí)高程控制點(diǎn)的高程中誤差，不大于10mm。水準(zhǔn)測(cè)量采用LeicaNA2+GPM3水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，在施測(cè)過(guò)程中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)量工作，水準(zhǔn)觀測(cè)在標(biāo)尺成像清晰、穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，每一測(cè)段往返測(cè)，測(cè)站數(shù)均為偶數(shù)，水準(zhǔn)路線由一個(gè)閉合環(huán)組成，路線長(zhǎng)度23公里，閉合差為4.11mm。平差后的每公里中誤差為，最弱點(diǎn)的高程中誤差為，滿(mǎn)足高程誤差小于的精度要求?！?-4-4工業(yè)廠區(qū)施工控制網(wǎng)的布設(shè)對(duì)于工業(yè)建設(shè)來(lái)說(shuō)，由于建筑場(chǎng)地上工程建筑物的種類(lèi)很多，施工的精度要求也各不相同，有的要求很低，有的則很高。例如，連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的中心線橫向偏差要求不超過(guò)1mm；鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房鋼柱中心線間的距離偏差要求不超過(guò)2mm；管線道路的施工限差相對(duì)而言要求較低。建筑施工控制網(wǎng)的精度究竟應(yīng)該如何確定呢？如果按照工程建筑物的局部精度來(lái)確定施工控制網(wǎng)的精度，勢(shì)必將整個(gè)施工控制網(wǎng)的精度提得很高，這就會(huì)給測(cè)量工作造成很大困難，花費(fèi)大量的人力和物力。我國(guó)的工程測(cè)量工作者在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出，廠區(qū)施工控制網(wǎng)的主要任務(wù)是用來(lái)放樣各系統(tǒng)工程的中心線和各系統(tǒng)工程之間的連接建筑物的，例如放樣廠房的中心線，高爐和焦?fàn)t的中心線、皮帶通廊、鐵路和管道等。通過(guò)對(duì)這些工程中心線的放樣，就將這些工程進(jìn)行了整體定位。廠區(qū)控制網(wǎng)的精度應(yīng)能保證這些工程之間相對(duì)位置誤差不超過(guò)連接建筑物的允許限差，至于各系統(tǒng)工程內(nèi)部精度要求很高的大量中心線的放樣工作，可單獨(dú)建立各系統(tǒng)工程的控制網(wǎng)，如廠房控制網(wǎng)、高爐和焦?fàn)t控制網(wǎng)、設(shè)備安裝專(zhuān)用控制網(wǎng)等。各系統(tǒng)的局部控制網(wǎng)不是強(qiáng)制地附合在廠區(qū)施工控制網(wǎng)上按所謂的由高級(jí)到低級(jí)、高級(jí)控制低級(jí)的原則加密得到的，而是根據(jù)廠區(qū)施工控制網(wǎng)放樣各系統(tǒng)工程的主要中心線（亦稱(chēng)主軸線），進(jìn)行工程的整體定位，然后以放樣的主軸線為基礎(chǔ)再建立工程的控制網(wǎng)。由以上的控制關(guān)系可以得出，廠區(qū)施工控制網(wǎng)的精度主要取決于各系統(tǒng)工程間連接建筑物施工的精度要求。因此，工程施工控制網(wǎng)間不存在一般測(cè)量控制網(wǎng)的精度梯度關(guān)系。對(duì)此，在布設(shè)建筑工地施工控制網(wǎng)時(shí)，采用分級(jí)布網(wǎng)的方案是比較合適的。也即首先建立布滿(mǎn)整個(gè)工地的廠區(qū)控制網(wǎng)，目的是放樣各個(gè)建筑物的主要軸線-。然后，為了進(jìn)行廠房或主要生產(chǎn)設(shè)備的細(xì)部放樣，再由廠區(qū)控制網(wǎng)所定出的各主軸線的基礎(chǔ)上，建立廠房矩形控制網(wǎng)或設(shè)備安裝控制網(wǎng)。在大型工業(yè)廠區(qū)建筑工程中，通常采用的廠區(qū)控制網(wǎng)的形式有：建筑方格網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)和GPS網(wǎng)等。建筑方格網(wǎng)是在50年代作為先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)從前蘇聯(lián)引進(jìn)我國(guó)的，其最大優(yōu)點(diǎn)是可采用直角坐標(biāo)法進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)放樣。在當(dāng)時(shí)由于經(jīng)緯儀和鋼尺是主要的測(cè)量工具，在大型廠區(qū)建立建筑方格網(wǎng)放樣，計(jì)算簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)，確實(shí)為施工放樣提供了很大的方便，起到了不可替代的作用。到了全站儀和GPS接收機(jī)已十分普及的今天，建筑方格網(wǎng)由于其圖形比較死板，點(diǎn)位不便于長(zhǎng)期保存，已逐漸淘汰。相比之下，導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)特別是GPS網(wǎng)有很大的靈活性，在選點(diǎn)時(shí)，完全可以根據(jù)場(chǎng)地情況和需要設(shè)定點(diǎn)位。有了全站儀，在一定范圍內(nèi)只要通視都能很容易地放樣出各細(xì)部點(diǎn)。一、平面施工控制網(wǎng)布置成正方形或矩形格網(wǎng)形式的施工控制網(wǎng)稱(chēng)為建筑方格網(wǎng)。在大型工業(yè)廠區(qū)如武漢鋼鐵公司、馬鞍山鋼鐵公司以及上海寶山鋼鐵公司，其施工控制網(wǎng)就是采用了建筑方格網(wǎng)的形式。建筑方格網(wǎng)的布置一般是根據(jù)建筑設(shè)計(jì)總平面圖并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)擬定。布網(wǎng)時(shí)應(yīng)首先選定方格網(wǎng)的主軸線，細(xì)部方格網(wǎng)是在一級(jí)建筑方格網(wǎng)的基礎(chǔ)上根據(jù)各系統(tǒng)工程建筑物施工放樣的需要分期加密布設(shè)的，其形狀和規(guī)格均不一樣，主要以各系統(tǒng)工程建筑物施工放樣應(yīng)用方便為原則。一般首級(jí)為基本網(wǎng)，可采用“＋”字形、“口”字形或“田”字形，然后再加密或擴(kuò)展方格網(wǎng)。如圖5-11所示的建筑方格網(wǎng)主軸線AOB三點(diǎn)通過(guò)采用極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)出其概略位置，以A、O、B表示（見(jiàn)圖5-12）。由于誤差的存在，A、O、B一般不在一條直線上，因此要在O點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀，測(cè)出

AOB，計(jì)算歸化值，使其調(diào)整到一直線上。如圖5-11，在放樣了主軸線AOB線后，儀器架于O點(diǎn)并轉(zhuǎn)90即可定出C、D。主軸線AOB、COD經(jīng)調(diào)整后，便可加密E、F、G、H各點(diǎn)。在A、C兩點(diǎn)架設(shè)經(jīng)緯儀，后視O點(diǎn)，分別測(cè)設(shè)90角，兩方向線之交點(diǎn)即為E點(diǎn)。實(shí)量AE、CE邊長(zhǎng)進(jìn)行檢核。用同樣方法可以交會(huì)F、H、G點(diǎn)。在建立了“田”字形方格網(wǎng)后，還需以此加密1～16各點(diǎn)。可在C點(diǎn)架設(shè)經(jīng)緯儀照準(zhǔn)E點(diǎn)，按設(shè)計(jì)要求沿視線精密量距，即可定出點(diǎn)1。圖中細(xì)部格網(wǎng)點(diǎn)，如1、2、3、5、7、8、9、1