地铁控制测量技术.ppt

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1、地铁工程控制测量,一、地面平面控制测量 地面平面控制测量是城市轨道交通工程所有测量的基础和依据，是城市轨道交通工程全线线路与结构贯通的保障。在土建施工开挖前测量完毕。地面平面控制网具有精度高、边长较短、使用频繁等特点。（一）地面平面控制网的基本特点 城市轨道交通工程应结合拟建线路情况，进行专项平面控制网布设，且与城市原有坐标系统一致，并在工程开始前完成，其基本特点如下：一）平面控制网的大小、形状、点位分布应满足轨道交通工程施工的需要，可以根据城市轨道交通总体规划布设全面网，也可以为某条线路布设单独的线状控制网。,二）城市轨道交通工程地面平面控制网在城市一、二等控制网的基础上建立，通常分两个等级

2、布设，即一等卫星定位控制网(以下简称GPS网)和二等精密导线(锁、网)两个等级。GPS网点数较少，起到整体骨架的作用，是后续测量的基础，而导线(锁、网)则在GPS网的基础上布设成附合导线、闭合导线或多个结点的导线网。边长较短，可直接为地面施工测量服务，对地下施工起到向地下传递坐标、方向的作用。三）地面平面控制网不但是隧道横向贯通的基础，还是安装测量控制网、变形监测网的基础。可为工程设计提供大比例尺地形图测绘、施工放样、轨道铺设、断面测量、建设期间变形监测以及运营后的结构变形监测服务。,四）由于城市轨道交通工程建设周期较长，工程建设期间平面控制点难免发生变化，因此需要在一定的周期内对地面平面控制

3、网进行检测，评价原网稳定状况和可靠程度，确保地面平面控制网满足工程建设需要。,（二）地面平面控制网的测量步骤 地面平面控制网的测量步骤与城市建设的平面控制网一样，通常需要经过以下工作步骤：一）收集资料。根据拟建线路的设计资料(尤其是车站位置、竖井位置和线路走向、不同线路交叉情况等)，收集和了解沿线现有城市首级控制网、轨道交通控制网以及岩土工程条件等资料。二）现场踏勘。在拟建线路附近普查现有首级平面控制点的保存情况与车站、车辆段以及沿线周围建(构)筑物情况和拟埋设控制点的位置条件情况等。三）选点。根据控制网布设原则以及观测条件进行选点，值得注意的是GPS点和精密导线点的选点可以同时进行。四）埋石

4、。根据控制点的位置条件，选择埋设不同类型的标石。五）控制网观测。按照平面控制网等级和技术要求进行GPS测量和精密导线测量。六）数据平差等。,（三）一等卫星定位控制网测量一）控制网的选点和埋石1 GPS控制网点位的选择 首先收集城市轨道交通线路沿线附近标石。稳定、完好的城市原有控制点纳入GPS控制网中，以便于确定GPS网的基准。同时通过原有控制点在GPS网中的坐标的较差，衡量GPS控制网的精度。控制点应选在利于长久保存、施测方便的地方，离开线路中心线或车站等构筑物外缘的距离不宜小于50m。控制点上应视野开阔，避开多路径效应影响，被测卫星的地平高度角应大于15。远离无线电发射装置和高压输电线，其间

5、距分别不小于200m和50m。建筑物上的控制点应选在便于联测的楼顶承重墙上面。,GPS控制点的位置要便于进行下一级二等精密导线点的扩层，由于城市轨道交通线路贯穿城市繁华地段，交通运输极其繁忙，地面点位不易保存，二等精密导线点大都选在楼顶上，因此GPS点应尽量与相邻二等精密导线点通视，且尽量选在车站或施工竖井附近，以便利用。每个GPS点至少要有两个通视方向，相邻GPS点间距离不低于500m。2 GPS控制点的标志与埋设 为使点位长期保存，以便利用GPS测量成果进行二等精密导线测量以及复测，GPS点均应埋设具有中心标志的永久性标石。标石分为基本标石、岩石标石和楼顶标石三种。,建筑物楼顶标石可现场浇

6、筑，标石下层钢筋插入楼顶平面混凝土中，标石应固结在楼顶板平台上，标石规格和形式见图 为了减少多次观测对房屋顶部防水层的影响，同时减少每次观测的对中误差，在埋设GPS控制点时大都同时埋设具有强制对中标志的墩标。若控制点埋于地下，可以根据工程建设区域的地质状况选择埋设适宜的基本标石或岩石标石，标石规格和形式分别 见图,楼顶控制点标石埋设图 土中基本标石埋设图 1土；2捣固之土石层岩石标石埋设图 1石块；2保护盖,二）GPS控制网布设方案及优化1GPS控制网的布设原则 GPS控制网内应重合35个原有城市二等控制点或在城市里的国家一、二等控制点，并尽量保证分布均匀。同时考虑到城市轨道交通总体规划建设，

7、多线路分期建设情况，在城市轨道交通线路交会处和前后期衔接处应布设2个以上的重合点。在隧道口、竖井、车站和车辆段附近应布设12个控制点，相邻控制点应有两个以上方向通视，其他位置的控制点间应至少有一个方向通视。,控制网中应有一定数量的GPS点与水准点重合，同时应考虑在少量相邻点间进行电磁波测距用以检查GPS测量成果。对于所有选定的点位均以边连接方式按照静态相对定位原理布网，由于相邻点的相对点位中误差要求精度高，所以在控制网的布设时，相邻的短边控制点间保证同步观测。GPS控制网必须由非同步独立观测构成闭合环或附合路线，每个闭合环或附合路线中的边数应符合规范规定。,2 GPS控制网的优化设计 为了确保

8、GPS控制网的精度满足规范要求，在GPS控制网布设时有必要进行优化设计。主要内容为以下几种：（1）零类设计：即控制网的基准设计，是对一个已知图形结构和观测方案的GPS向量网确定最优坐标系统的优化设计。（2）一类设计：即控制网图形设计，是在确定网的精度和观测方案情况下，得到最佳点位的优化设计。（3）二类设计：即观测方案的最佳选择，主要包括时段设计、交通路线、观测时间等。,三）GPS控制网观测1制定观测计划 外业观测，又称数据采集。由于涉及多台接收机同步观测，所以在观测工作实施前，依据GPS网的布设方案、投入观测的接收机数量、可见性预报情况、观测时段长度、交通运输和通信条件，选择最佳的观测时段、进

9、行科学调度。（1）GPS卫星的可见性预报GPS卫星的空间几何分布对定位精度具有重要影响，所以在选择最佳观测时段，制定观测计划时，查看当日的GPS卫星数以及相应的PDOP值的变化情况。确保任何地区全天任何时间均能至少观测到5颗卫星，但最佳观测时段还是选择在PDOP小于6的时间范围内。（2）作业调度表 根据最优化的原则，应综合考虑GPS网的布设方案、卫星的可见性预报、网的连接方式、各时段观测时间和交通情况，合理调配各接收机，进行科学调度。作业调度表包括观测时段号、测站名称和接收机号等内容。,2接收设备的检验 在控制测量作业前，需对GPS接收机和天线等设备进行全面检验。接收机在一般检视和通电检验后，

10、还应进行GPS接收机内部噪声水平的测试、接收机天线平均相位中心稳定性检验和GPS接收机不同测程精度指标的测试.由于埋设的标石大都没有强制对中装置，因此，为了提高对中精度，还需检验基座圆水准器和光学对中器是否准确。3接收机参数设置 同步观测的接收机，相应的参数设置要保持一致。其参数主要包括数据采样率和卫星高度角，通常在观测前，将各接收机统一进行参数设置，即数据采样率为l0s，卫星高度角15。,（2）开机观测 天线架设完成后，经检查接收机与电源、接收机与天线间的连接情况无误后，按作业调度表规定的时间开机作业，并逐项填写外业观测手簿。但观测期间，操作员应注意以下几方面：1）必须在接收机有关指示灯与仪

11、表正常时，进行测站、时段信息输入；2）注意查看接收卫星数、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质以及电源情况等；3）不得随意关机并重新启动，不准改动卫星高度角的限值，不准改变数据采样间隔和仪器高等信息。（3）GPS外业测量手簿 测量手簿应全面记录测站的相关信息，应该现场填写，并有可追溯性，以便内业计算时使用。手簿中应记录测站名称(测站号)、观测时段号、观测日期、观测者、测站类别(新选点、原等级控制点或水准点)、观测起止时间、接收机编号、对应天线号以及天线高三次量取值和量取方式等。（4）数据存储,（三）二等精密导线测量一）二等精密导线网的精度要求和布设方案1二等精密导线的精度要求根

12、据精度分析及误差配赋理论，在一等卫星定位网精度满足要求条件下，点位中误差在20mm以内，能够保证地面控制测量对横向误差的影响值在25mm以内的要求。二等精密导线测量的主要技术要求见表,2二等精密导线的布设方法 二等精密导线沿城市轨道交通线路方向布设，根据导线点与首级GPS点的空间分布，通常布设成多条附合导线、闭合导线或多个结点的导线网。二）导线点的选埋1二等精密导线点的选点要求 无论采用何种施工方法，在城市轨道交通施工测量时使用最多的还是二等精密导线点，所以二等精密导线点的选点一定要保证易于观测、便于施工使用、易于保存而且稳定。具体而言，选点时要注意以下几点：（1）为施测方便，在车站、洞口附近

13、，宜多布设导线点，且保证能够至少两个方向通视。为了减少地面导线测量的误差影响，最好确保二等精密导线点能够与洞口通视。（2）相邻导线边长不宜相差过大，个别短边的边长不应短于100m。位置应选在因城市轨道交通工程施工产生变形区域以外的地方，距城市轨道交通路线和车站构筑物的距离应大于30m。,（3）导线点最好选在楼顶，也可埋于地面，但地面上的导线点位应避开地下构筑物如地下管线等，楼顶上的导线点宜选在靠近并能俯视城市轨道交通线路、车站、车辆段的一侧。（4）相邻导线点间以及导线点与其附合的GPS点之间的垂直角不应大于30，视线离障碍物的距离应不受旁折光的影响。(5)综合考虑城市轨道交通线路总体规划，在城

14、市轨道交通线路相交叉的地方及前、后两期工程衔接的地方应布设适量的共用导线点。,3精密导线观测 导线测量通常利用全站仪观测，分为水平角测量和边长测量。全站仪本身的误差主要有以下几种：测距的加常数、乘常数误差；测距的周期误差；相幅误差；相位不均匀误差；竖轴倾斜误差；横轴倾斜误差；视准轴误差；补偿器误差；度盘偏心误差；度盘刻划误差；竖盘指标差；望远镜调焦误差等，所以最好要使用具有“电子补偿”功能的全站仪，并保证在观测时应处于检定周期之内，在观测前进行相关项目的检验。,二等精密导线标石埋设图(mm)1盖；2砖；3素土；4标石；5冻土线；6混凝土,(1)平角观测GPS点上或导线结点上观测 由于二等精密导

15、线附合在GPS点上，在附合导线两端的GPS点上观测时，应联测其他可通视的GPS点，采用方向观测法，方向数不多于3个时可不归零，夹角的平均观测值与GPS坐标反算夹角之差应小于6，在导线结点上观测时采用方向观测法，测回间需要变换度盘。导线点上观测当观测仅有两个方向时，导线点上水平角观测按左、右角观测，左右角平均值之和与360的较差应小于4。当水平角遇到长短边需要调焦时，应采用盘左长边(短边)调焦，盘右长边(短边)不调焦，盘右短边(长边)调焦，盘左短边(长边)不调焦的观测顺序进行观测。,(2)边长测量 每条导线边均进行往返测量：I级全站仪应往返观测各二个测回，级全站仪应往返观测各三个测回。每测回间应

16、重新照准目标，每测回应四次读数，各项技术要求见表,4二等精密导线网平差根据城市原有控制网的基准面进行相应高程归化和(或)投影改化。具体进行何种归化或投影，以城市轨道交通建设的施工图设计所采用的坐标基准面而定。四）地面平面控制网的检测与处理1地面控制网检测的必要性城市轨道交通修建过程工期比较长，在长时间中，由于城市地面沉降和建设的影响，控制点将会产生位移和沉降。如不及时进行检测就不能掌握控制点变形状况，将对工程质量造成严重隐患。,2平面控制网的检测与评价(1)GPS网测量方案的审核 1）检查两期GPS网是否有重合点 2）检测坐标系统与城市控制网是否一致 3）检查GPS点相对于车站、竖井的位置是否

17、恰当(2)GPS检测网与原测网结果精度分析与评价 1）两期GPS网测量结果较差的限差 2）检测结果的分析和评价(3)导线网检测与评价 1）导线网测量方案的审核2）两期导线测量结果较差的限差,三、地面高程控制测量（一）地面高程控制网布设原则 水准点应选在施工场地变形区外稳固的地方，有条件应埋设基岩水准点。水准点离开车站和线路的距离应不少于40m，一般水准点和深桩水准点应根据每个城市情况，桩底应埋设在稳定的持力层上。水准点应选在便于寻找、保存和引测的地方。一）城市轨道交通一等水准网布网原则 一等水准网是基础网，一般按照工程线路布设成附合、闭合路线或者结点网。水准网起算点一般不少于3个，且应是城市一

18、等水准点。每个一等水准点应远离受施工影响的变形区。当工程处于地面沉降区域时，在首级水准观测前，应首先考虑保证起算点已知高程的现势性。宜每隔3km埋设1个水准点。,二）城市轨道交通二等水准网布网原则 二等水准网是起算于一等水准网的高程控制网，主要为施工服务，其网形主要取决于城市轨道交通工程的线路形状，一般每个车站、竖井及车辆段附近应布设水准点，点数不应少于2个。二等水准网应布设为结点网或附合路线。二等导线网中的各点有条件时，都应纳入二等水准网测量中。（二）水准标石类型与埋设水准标石是长期保存测量成果的固定标志，水准标石确定了点的高程，因而稳定非常重要的。由于对观测结果有限差的要求，人们往往比较重

19、视观测结果，却常常忽略：标石的稳定性问题。如果标石埋设质量不好，容易产生垂直位移或倾斜，即使水准观测质量再好，其最后成果也是不可靠的，因此务必重视水准标石的埋设质量。,1水准标石类型 城市轨道交通工程中的水准点标石可分为混凝土水准标石、墙脚水准标志、基岩水准标石和深桩水准标石4种。2水准标石的埋设 混凝土水准标石要埋设在冻土线以下30cm，埋设时需特别注意埋设地点地质条件，了解地下水位的深度，地下有无空洞和流砂等。要确保标石埋设在土质坚实稳定的地层。墙角水准标志应选择在永久性或半永久性坚固的建筑物或构筑物基础上埋设。考虑到水准尺的长度，埋设时注意远离建筑物的外檐和外部窗台等影响水准尺竖立的障碍

20、物。,埋设基岩水准标石时应注意埋在真正的基岩上，不允许埋在较大的孤石上。为了施工方便，可以尽量选在基岩露头的地方，遇有风化层时，必须将风化层凿剥除去。埋设基岩水准标石一般应有地质人员参加或以地质资料作依据，必要时需事先进行地质钻探。基岩水准标石必须是混凝土制成，使其与基岩牢固相接。深桩水准标石埋设时应注意收集地质资料作为依据，深桩应埋设在稳定的持力层内。水准点埋设完成后，应进行外部整饰并应现场绘制水准点点之记。,（三）地面高程控制测量施测一）地面高程控制测量的技术要求地面高程控制测量的主要技术要求应符合表的规定。,二）地面高程控制测量施测 1一般要求 水准观测应待埋设的水准标石稳定后再进行。水

21、准测量所使用的仪器和水准尺测前应送检定单位进行全面检验，检定周期为1年。水准仪视准轴与水准管轴的夹角称为i角，作业开始的第一周内应每天测定1次i角，稳定后可隔半月测定1次。城市轨道交通一、二等水准测量作业工程中水准仪的i角应小于15。2观测方法 一、二等水准测量的观测方法应符合下列规定：（1)往测 奇数站上：后一前一前一后；偶数站上：前一后一后一前。（2)返测 奇数站上：前一后一后一前；偶数站上：后一前一前一后。,（3)若使用数字水准仪与条码尺，应将有关参数、限差预先输入，并按自动观测模式顺序操作。一、二等水准每一测段的往测和返测，宜分别在上午、下午进行，也可在夜间观测。（4)、由往测转向返测

22、时，两根标尺必须互换位置，并应重新整置仪器。3观测质量控制 水准测量观测的视线长度、视距差、视线高度和水准测量测站观测限差应符合表9-11和表9-12的规定。,5外业操作的注意事项（1）仪器的检查：每天工作开始前要对水准标尺圆水准器的正确性进行检查和校正，防止因运输或其他原因致使圆水准器的正确位置发生偏离，从而使测量结果产生误差。作业开始的第一周内每天对i角的检查，最好在不同的气温下进行，查看变化规律。（2）保持前后视等距。（3）严格按照奇偶站观测顺序观测。（4）保证每个测段的测站数为偶数。为了消除两根标尺的零点高度不等差，每个测段的测站数为偶数。往测转返测时，两根标尺要互换位置，同时前后视的读数顺序也作相应改变。（5）预先安置尺桩或尺台。用于作为转点尺承的尺桩或尺台，要求在观测前预先安置好。为防止往返测的高差中数产生偏差，每测段的往测与返测应使用同一类型的转点尺承和安置方法。,