2精密工程測(cè)量控制網(wǎng)解析

1GaoSuGongLu精密工程測(cè)量SACE2§2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則§2.2周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志§2.3幾種典型的周密工程測(cè)量把握網(wǎng)2周密工程測(cè)量把握網(wǎng)3周密工程把握網(wǎng)的作用是在工程施工前(設(shè)計(jì)階段)、施工中(施工階段)以及施工后(竣工運(yùn)營階段)的各個(gè)不同的階段對(duì)被測(cè)量(放樣)點(diǎn)、線和面供給牢靠的測(cè)量基準(zhǔn)。為了按設(shè)計(jì)所要求的精度在大范圍內(nèi)將大型周密工程建筑及其構(gòu)件和設(shè)備統(tǒng)一在一個(gè)工藝流程之中并測(cè)設(shè)到設(shè)計(jì)位置，同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)展調(diào)校、檢核測(cè)量、竣工測(cè)量以及運(yùn)營期間的變形監(jiān)測(cè)，必需建立測(cè)量把握網(wǎng)。2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則4先進(jìn)展網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),通常要同時(shí)涉及到精度、牢靠性和靈敏度指標(biāo);要求盡可能地進(jìn)展多余觀測(cè),以增加網(wǎng)的內(nèi)部牢靠性;對(duì)于承受GPS布網(wǎng),留意地面觀測(cè)條件,并且承受周密星歷解算基線;盡量不承受單純的GPS網(wǎng),將GPS網(wǎng)與邊角網(wǎng)同時(shí)聯(lián)合解算是一個(gè)不錯(cuò)的選擇周密工程測(cè)量把握網(wǎng)在很多方面有別于國家大地測(cè)量和常規(guī)工程測(cè)量把握網(wǎng)。首先表現(xiàn)在把握網(wǎng)的設(shè)計(jì)上需要定期對(duì)網(wǎng)進(jìn)展檢測(cè)，以考察所埋設(shè)的有可能發(fā)生變動(dòng)的把握點(diǎn)是否穩(wěn)定。2.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則52.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則分類周密工程測(cè)量把握網(wǎng)可以分為施工測(cè)量把握網(wǎng)、安裝測(cè)量把握網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)。施工測(cè)量把握網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布網(wǎng)原則與一般的工測(cè)專用把握網(wǎng)相像，但通常布設(shè)成邊角網(wǎng)、GPS網(wǎng)，具有充分的多余觀測(cè)和足夠好的圖形強(qiáng)度。如高能粒子的地面把握網(wǎng)，高速磁浮鐵路的把握網(wǎng)等。對(duì)把握網(wǎng)承受周密的光學(xué)或電子經(jīng)緯儀測(cè)角，用高精度的光電測(cè)距儀測(cè)距。安裝測(cè)量把握網(wǎng)與一般施工安裝測(cè)量把握網(wǎng)既有一樣之處，又有很多不同的特點(diǎn)。建立這類把握網(wǎng)既要承受大地測(cè)量的方法和儀器，又要承受機(jī)械制造和計(jì)量學(xué)的方法和儀器。62.1周密工程把握網(wǎng)的布設(shè)原則原則把握網(wǎng)的大小、圖形主要取決于工程的外形、規(guī)模和施工方法，以確保工程施工和變形監(jiān)的需要周密工程把握網(wǎng)是為工程效勞的，必要具備必要的精度把握網(wǎng)投影面的選擇應(yīng)滿足把握點(diǎn)坐標(biāo)反算要求把握點(diǎn)點(diǎn)位設(shè)置要穩(wěn)定牢靠每一個(gè)把握點(diǎn)至少能與一個(gè)以上的把握點(diǎn)通視要建立強(qiáng)制歸心裝置充分利用高精度的測(cè)量儀器把握網(wǎng)點(diǎn)位的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮工程的需要和使用便利72.2周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志周密工程測(cè)量中承受的各種測(cè)量標(biāo)志，大致可分為平面點(diǎn)、高程點(diǎn)、平面一高程點(diǎn)(簡稱平高點(diǎn))。按其用途它們可以是施工安裝測(cè)量把握網(wǎng)的把握點(diǎn)、用以表示設(shè)備物理或幾何軸線的設(shè)備點(diǎn)、變形觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)。各種標(biāo)志的作用不同，其相應(yīng)的構(gòu)造和特點(diǎn)亦不一樣。各類測(cè)量把握點(diǎn)不僅是施工、安裝測(cè)量的依據(jù)，而且也是區(qū)域性地殼形變、建筑物及其根底變形觀測(cè)、設(shè)備定位調(diào)校的依據(jù)。由于設(shè)備定位的高精度，對(duì)其穩(wěn)定性也提出了相應(yīng)的高要求。為保證把握點(diǎn)的穩(wěn)定性，對(duì)它們的標(biāo)石埋設(shè)深度、標(biāo)志本身的構(gòu)造也提出了相應(yīng)的要求。8影響深埋標(biāo)志穩(wěn)定性的主要因素包括如下三方面:根底荷載的變化、地層溫度的變化和地下水位的變化。①根底荷載的變化的影響依據(jù)土力學(xué)學(xué)問，由于荷載的變化而引起把握點(diǎn)的沉陷量可以用下式進(jìn)展近似估算：式中：n—計(jì)算沉陷時(shí)的分層數(shù)；Pi—作用于對(duì)應(yīng)土層的附加壓力〔可按Pi=0.2P0i計(jì)算，P0i為相應(yīng)層的自然壓力〕；Ei—該土層的彈性摸量；Hi—該土層的厚度；βi—與孔隙比和壓應(yīng)力有關(guān)的修正系數(shù)，可由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析求得。2.2周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志9②地層溫度變化的影響地層溫度變化對(duì)把握點(diǎn)穩(wěn)定性的影響可以依據(jù)地層內(nèi)的熱力狀態(tài)來確定。一般認(rèn)為，各深度層的溫度變化周期是不變的，且溫度變化的幅度隨深度的增加而減弱。在自然條件下，地層溫度變化的幅度可用下式進(jìn)展近似計(jì)算：

式中：a—深度為H處的溫度變化幅度；A—大氣溫度的年變化幅度；T—溫度變化的周期，以秒為單位；K—地層土壤〔或巖石〕的導(dǎo)熱系數(shù)；H—深度。10③地下水位的變化的影響地下水位的變化往往使土壤的物理狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，在水位下降時(shí)，土壤被密實(shí)；水位上升時(shí)，土壤將被擴(kuò)松。而地下水位的變化引起把握點(diǎn)在垂直方向上變化的近似值△S可由下式計(jì)算：

式中：h—地下水位的變化值；△P—水位變化而引起的壓力變化值當(dāng)h=1.0m時(shí)，△P約為0.1kg/cm2；E—土層的彈性摸量。11

(1)倒錘構(gòu)造的深埋平面標(biāo)志如右圖，主要構(gòu)造有十字標(biāo)志、錨塊、浮筒、浮子、不銹鋼絲、疼惜管等組成。我國北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程，〔BEPC〕的建設(shè)中承受了這種倒錘作為地面首級(jí)把握網(wǎng)點(diǎn)。在CERN質(zhì)子工程的建設(shè)中，也曾承受類似構(gòu)造的倒錘作為爭(zhēng)論各不同深度地層穩(wěn)定性的把握點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)。下面結(jié)合不同用途和類型，列舉幾種在周密工程測(cè)量中常見的主要標(biāo)志。周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志12〔2〕將固定在底層的把握點(diǎn)標(biāo)志中心利用光線投射到標(biāo)志頂面上來，以代替倒錘標(biāo)志中的倒錘線。見圖周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志13〔3〕雙金屬桿標(biāo)主要作為水準(zhǔn)測(cè)量的把握點(diǎn)。制作時(shí)一般承受鋼管和鋁管，由于兩種金屬的熱膨脹系數(shù)不同〔差異較大〕，依據(jù)溫度變化對(duì)兩種金屬管長度產(chǎn)生不同影響，可求得標(biāo)志頭由于管長變化后得高程。周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志14設(shè)兩種金屬得熱膨脹系數(shù)分別為α1、α2兩管初始長度為l0,當(dāng)溫度變化△t后，兩管的長度變化量分別為：

其差值為：該值可由兩管頂部的標(biāo)尺測(cè)得。將以上公式變化得：

所以，可依據(jù)兩管的長度變化量隨時(shí)計(jì)算出標(biāo)志的高度變化量。

周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志15由此可以看出。利用深埋雙金屬標(biāo)不需要測(cè)定溫度〔也不宜測(cè)定〕，僅依據(jù)兩標(biāo)志頭的高差變化量δ即可求出鋼管和鋁管標(biāo)志頭高程的改正數(shù)。在掩蓋層較厚的地區(qū)，雙金屬管的長度將隨著埋設(shè)深度的增加而增加，由于自重的影響，不僅增加了根底的負(fù)荷，而且也將使金屬管產(chǎn)生不規(guī)章的彎曲而引起附加變形。為了抑制這種缺點(diǎn)，可將雙金屬桿標(biāo)改為雙金屬絲標(biāo)，這種標(biāo)志同樣利用了雙金屬桿標(biāo)的根本原理抑制了溫度變化對(duì)標(biāo)點(diǎn)高程的影響，僅對(duì)其構(gòu)造進(jìn)展了改進(jìn)。周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志16如以以下圖：利用杠桿千分表可以指示出因溫度變化而引起兩鋼絲的伸長差值。為觀測(cè)需要可以在不同高度層設(shè)置微型水準(zhǔn)尺。

除上述把握點(diǎn)標(biāo)志外，另外還有如基巖標(biāo)、山峒標(biāo)等高程標(biāo)志.周密工程把握點(diǎn)的測(cè)量標(biāo)志172.3幾種典型的周密工程把握網(wǎng)—施工把握網(wǎng)一、概述以高能物理粒子工程的地面把握網(wǎng)為例。高能物理粒子工程一般都位于地下隧道內(nèi)，地下隧道中測(cè)量工作主要包括：—用經(jīng)緯儀和陀螺經(jīng)緯儀導(dǎo)線進(jìn)展隧道定向；—建立安裝測(cè)量把握網(wǎng)；—安裝電磁鐵及附屬設(shè)備；—確定把握網(wǎng)點(diǎn)及設(shè)置在設(shè)備上的標(biāo)志點(diǎn)在各期的變形量，用以進(jìn)展設(shè)備的調(diào)校。以上的測(cè)量工作都是以地面把握網(wǎng)為根底的。1819二、地下隧道地面把握網(wǎng)布設(shè)的主要特點(diǎn)1、地面把握網(wǎng)的作用是指導(dǎo)地下隧道開挖，建立地下安裝測(cè)量把握網(wǎng)，并對(duì)其進(jìn)展定期檢核。2、把握點(diǎn)的觀測(cè)墩要埋設(shè)對(duì)于儀器、覘牌及反射鏡都通用的強(qiáng)制對(duì)中裝置；3、要對(duì)所選的儀器進(jìn)展檢驗(yàn)核試驗(yàn)爭(zhēng)論，以確定其精度；4、承受模擬法進(jìn)展設(shè)計(jì)網(wǎng)的診斷核優(yōu)化設(shè)計(jì)；5、比較實(shí)測(cè)平差結(jié)果核模擬計(jì)算結(jié)果；6、將地面把握網(wǎng)的坐標(biāo)傳遞到隧道內(nèi)，并計(jì)算投點(diǎn)精度。—施工把握網(wǎng)20三、歐洲原子核爭(zhēng)論中心〔CERN〕的大型環(huán)形質(zhì)子同步工程〔SPS〕的布網(wǎng)SPS的地面把握網(wǎng)如以下圖，SPS的圓環(huán)直徑約為2.2km，圓環(huán)分為6段，在地面上設(shè)立301～306共6個(gè)把握點(diǎn)，通過6個(gè)豎井傳遞坐標(biāo)。—施工把握網(wǎng)21把握網(wǎng)要與原先為把握穿插存儲(chǔ)環(huán)工程〔IBR〕所建立的網(wǎng)相連接。由于受地形起伏、通視以及自然疼惜等因素的限制，在豎井四周設(shè)立了臨時(shí)把握點(diǎn)來放樣豎井點(diǎn)。地面把握網(wǎng)承受T3經(jīng)緯儀測(cè)角地面把握網(wǎng)承受T3經(jīng)緯儀測(cè)角，用MA100和Geodolite兩種電磁波測(cè)距儀測(cè)距，對(duì)測(cè)距儀在500m和1500m的基線場(chǎng)進(jìn)展檢定，并作了大量試驗(yàn)測(cè)量，最終確定出它們的精度為：MA100——0.5mm＋1.1PPmGeodolite——0.3mm＋1.2PPm—施工把握網(wǎng)22在隧道開挖和襯砌不同階段進(jìn)展了把握網(wǎng)的多期觀測(cè)，承受間接平差得最大點(diǎn)位誤差橢圓的長半軸不超過1.8mm。由最終一次測(cè)量所得的這一精度為±1.3mm。將豎井點(diǎn)坐標(biāo)投影到隧道內(nèi)時(shí)，投點(diǎn)深度為23m到62m。承受垂線法、垂直投影望遠(yuǎn)鏡和周密投點(diǎn)儀(WildGlQ)三種方法和儀器，實(shí)踐閱歷說明，包括聯(lián)系測(cè)量在內(nèi)，投點(diǎn)精度在1mm以內(nèi)，洞內(nèi)把握點(diǎn)的精度由地面把握點(diǎn)的精度和投點(diǎn)精度計(jì)算，平均點(diǎn)位中誤差為±1.3mm。SPS的隧道全長約6911m，從六個(gè)豎井同時(shí)進(jìn)開放挖，承受陀螺經(jīng)緯儀導(dǎo)線，每32m埋設(shè)一測(cè)量標(biāo)志，用銦瓦線尺量距，計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)，用激光定向儀指導(dǎo)開挖方向，隧道貫穿后用測(cè)角導(dǎo)線進(jìn)展檢核。

—施工把握網(wǎng)23安裝測(cè)量把握網(wǎng)直接用于設(shè)備的安裝，它即與施工測(cè)量把握網(wǎng)有直接聯(lián)系，又與工程運(yùn)營期間的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)有親切的關(guān)系，三種把握網(wǎng)必需有公共點(diǎn)。本節(jié)結(jié)合具體工程介紹安裝測(cè)量把握網(wǎng)的類型及特點(diǎn)。安裝測(cè)量把握網(wǎng)可分三種典型的布網(wǎng)方案：——直伸型把握網(wǎng)——中心輻射環(huán)形把握網(wǎng)——直伸環(huán)形把握網(wǎng)2.3幾種典型的周密工程把握網(wǎng)—安裝把握網(wǎng)24——安裝測(cè)量把握網(wǎng)直線型的周密工程很多，如大型導(dǎo)軌、高能粒子工程中的直線及科學(xué)試驗(yàn)廊道、高速磁浮鐵路工程等。為這類工程所進(jìn)展的周密基準(zhǔn)線測(cè)量構(gòu)成了周密工程測(cè)量的重要內(nèi)容。一、直伸型把握網(wǎng)用于直線型建筑物的放樣安裝以及檢核、監(jiān)測(cè)，這種網(wǎng)是最簡潔又最合理的布網(wǎng)形式。在工程測(cè)量學(xué)中，我們已經(jīng)接觸了不少關(guān)于道路、橋梁、大壩等工程的把握測(cè)量工作，在周密工程測(cè)量中所不同的是要求以更高的精度來放樣一條軸線，使安裝在直線上的工藝設(shè)備的橫向精度到達(dá)±0.02～0.5mm。25直伸型把握網(wǎng)的布設(shè)：直伸型把握網(wǎng)的布設(shè)特殊簡潔，一般由兩條平行的基準(zhǔn)線組成，其中一條為根本基準(zhǔn)線，一條為幫助基準(zhǔn)線〔見圖1〕。在基準(zhǔn)線上每隔確定的距離埋設(shè)標(biāo)石，兩條基準(zhǔn)線可以布設(shè)在同一高程面內(nèi)，也可以布設(shè)在不同高程的同一鉛垂面內(nèi)，根本基準(zhǔn)線或者位于設(shè)備中心線上或者與設(shè)備中心線平行。基準(zhǔn)線的兩個(gè)端點(diǎn)須是深埋的永久性固定點(diǎn)，否則應(yīng)保持與永久性固定點(diǎn)進(jìn)展聯(lián)測(cè)?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)26——安裝測(cè)量把握網(wǎng)除了由基準(zhǔn)線構(gòu)成的直伸型把握網(wǎng)外，還有直伸導(dǎo)線、直伸線型鎖等網(wǎng)型〔見圖2〕。27二、中心輻射環(huán)形把握網(wǎng)由單三角形構(gòu)成的中心環(huán)形網(wǎng)，如圖3為中心八邊形網(wǎng)，O為環(huán)形建筑物的中心并作為平差的基準(zhǔn)點(diǎn)，把握點(diǎn)均勻分布在半徑為R的圓周上，構(gòu)成正多邊形?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)28這種網(wǎng)形的幾何圖形簡潔，點(diǎn)位精度均勻。歐洲原子核爭(zhēng)論中心〔CERN〕的質(zhì)子同步〔SPS〕，德國漢堡德電子同步加速〔DESY〕，美國的巴塔維亞質(zhì)子以及前蘇聯(lián)的“PATTH-600”射電望遠(yuǎn)鏡、普爾科法射電望遠(yuǎn)鏡、埃列溫電子同步等大型周密工程，都承受了這種布網(wǎng)方案。——安裝測(cè)量把握網(wǎng)29——安裝測(cè)量把握網(wǎng)假設(shè)對(duì)把握網(wǎng)僅僅用銦瓦線尺量測(cè)徑向邊和環(huán)邊，那么，整個(gè)網(wǎng)只有一個(gè)多余觀測(cè)，構(gòu)成一個(gè)中心閉合條件：

其中n為輻射半徑條數(shù)，V為改正數(shù)，系數(shù)a和閉合差W為：

式中，θ為按邊長計(jì)算的中心角。平差后的邊長的精度提高甚微。設(shè)Si和Ri的量邊精度相等且為ms，當(dāng)n=8時(shí),，

30為了提高徑向邊長的精度和網(wǎng)的牢靠性，實(shí)行邊角同測(cè)的方法。在初期只對(duì)把握網(wǎng)進(jìn)展平差，然后由平差后的點(diǎn)用極坐標(biāo)法放樣和測(cè)量安置在電磁鐵嵌合軸套上的標(biāo)志。隨著儀器和方法的改進(jìn)，在后期對(duì)這種布網(wǎng)的觀測(cè)方案作了假設(shè)干改進(jìn)，從而提高了工藝設(shè)備在所要求方向上的精度?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)31三、直伸環(huán)形把握網(wǎng)與中心環(huán)形輻射把握網(wǎng)不同，該網(wǎng)不在環(huán)形建筑物的幾何中心設(shè)點(diǎn)，開挖徑向測(cè)量隧道直接量測(cè)徑向邊，而是直接圍繞環(huán)形建筑布設(shè)直伸環(huán)形把握網(wǎng)，這是現(xiàn)代大型環(huán)形工程最常承受的方案。這是由于環(huán)形的半徑愈大，開挖隧道的費(fèi)用則愈大。此外，由于測(cè)量方法和儀器的改進(jìn)，即使對(duì)于半徑較小的工程，承受這種布網(wǎng)方案同樣能到達(dá)所要求的精度。從構(gòu)圖來看，直伸環(huán)形把握網(wǎng)包括三種形式：即：測(cè)角直伸三角形環(huán)形網(wǎng)；測(cè)高直伸三角形環(huán)形網(wǎng)；大地四邊形環(huán)形網(wǎng)?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)32〔1〕在直伸三角形環(huán)形網(wǎng)中，環(huán)形隧道及構(gòu)網(wǎng)元素，如以以下圖所示：

r1、r2、r分別為隧道內(nèi)壁、外壁和平均半徑；b—隧道凈寬；δ—把握點(diǎn)及測(cè)量方向線離壁的距離；S1—等腰三角形的腰長；S2—等腰三角形的底邊長；h—等腰三角形底邊上的高?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)33半徑r、n，δ、b設(shè)計(jì)量，推算量S1、S2、h在對(duì)各幾何量進(jìn)展選擇或作方案設(shè)計(jì)時(shí)，由量可以依據(jù)以下公式計(jì)算其它的量：——安裝測(cè)量把握網(wǎng)34測(cè)量工程師在隧道尺寸設(shè)計(jì)中起重要作用，其中的一些幾何量是依據(jù)總體設(shè)計(jì)圖得到，對(duì)于壁距δ確實(shí)定和S1、S2的選擇，測(cè)量工程師要提出意見，一經(jīng)確定，則要依據(jù)三角形的高和邊長特地制作確定長度的銦瓦線尺和桿尺，同時(shí)還要考慮它們的鑒定設(shè)備?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)35〔2〕測(cè)角直伸三角網(wǎng)〔如以以下圖〕在環(huán)形網(wǎng)的每個(gè)三角形中，設(shè)觀測(cè)了三條邊和轉(zhuǎn)角A，測(cè)角中誤差為mβ，測(cè)邊中誤差為ms，三角形中存在一個(gè)圖形條件，通過平差可得轉(zhuǎn)角平差值。設(shè)m∠A=mβ=±1″.0ms1=±40μm,ms2=±60μm,∠A=170°，S1=24.4m可得：m∠A(平差)=±0.99mβ即測(cè)量底邊S2對(duì)提高轉(zhuǎn)角的精度幾乎不起作用。故這種環(huán)形網(wǎng)根本不承受。——安裝測(cè)量把握網(wǎng)36〔3〕測(cè)高直伸三角形環(huán)形網(wǎng)這種網(wǎng)是在每個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)上量測(cè)重疊三角形的兩條底邊、兩條腰和一個(gè)高。由于假設(shè)測(cè)量三角形的全部邊和角而不測(cè)高，不僅精度沒有前者高，而且由于調(diào)焦誤差及旁折光的影響，測(cè)角精度亦很難保證?！惭b測(cè)量把握網(wǎng)37下面爭(zhēng)論測(cè)高環(huán)形網(wǎng)的精度狀況設(shè)測(cè)邊、測(cè)高精度相等且為ms，解三角形，可由三邊