工程测量学课程设计-大桥施工控制网优化技术设计.doc

工程测量学课程设计报告大桥施工控制网优化技术设计学院：环境与测绘学院 班级： 测绘 姓名： 学 号： 环境与测绘学院目 录桥梁施工控制网的建立及桥台、桥墩放样方案设计11 课程设计目的与背景12 工程概况12.1大桥概况12.2已有测绘成果23 相关作业依据与要求23.1相关测量规范23.2等级、精度要求24 桥梁施工控制网的布设方案44.1 桥梁施工控制网布设方法54.2 桥梁施工控制网布设的特殊要求64.3桥轴线必要精度75 桥梁施工控制网的优化设计85.1首级平面控制网优化设计95.1.1首级控制网布设方案一95.1.2首级控制网布设方案二145.1.3首级控制网布设方案三185.1.4三种方案比较226次级控制网优化设计226.1次级控制网布设方案一226.2次级控制网布设方案二266.3次级控制网布设方案三276.4三种方案比较287 高程控制网优化设计287.1观测与计算297.2高程控制网布设方案一327.3高程控制网布设方案二367.4 精度对比388 桥墩放样方案388.1 桥墩中心放样方法388. 1.1桥墩中心放样方案一398.1.2桥墩中心放样方案二428.2精度对比459 课程设计总结45桥梁施工控制网的建立及桥台、桥墩放样方案设计1 课程设计目的与背景在桥梁工程施工阶段，测量工作的任务是直接为施工服务。测量放样的前提除了要有内业计算资料外，还要满足施工放样精度要求，控制点密度适当，图形结构良好的施工控制网更是必不可少，而且施工控制网的布设形式和精度等级更直接影响桥墩放样点位的精度，从而更构成了桥梁建设成败的一个关键因素。因此如何更科学地设计与布设一个既经济又合理的桥梁施工控制网显得极为重要。进行工程测量课程设计，目的在于巩固和深化课堂教学内容，培养学生实际动手操作能力和分析问题解决问题能力。通过工程测量实习，使学生进一步加强对工程测量内容的理解，掌握工程控制网设计及精度估算、线路工程测量及建筑物控制网建立的方法；根据具体的工程要求，能编写出测量技术方案。2 工程概况2.1大桥概况如图2-1所示，某地区大桥位于某条江上,桥梁全长约1000m,桥面总宽18m,结构形式为(30+540+30)m普通钢筋混凝土双悬臂加挂梁结构。桥的横断面由8根变截面T型梁组成。图2-1 大桥概况图2.2已有测绘成果（1）桥址及周边1：500地形图；（2）桥两岸有国家二等水准点各两个；（3）桥两岸有国家三角测量控制点各两个（可满足桥梁控制及施工测量要求）。表2-1 桥梁两侧控制点坐标 （单位：米） 点 号 X Y Z A19562.544 19562.544 19562.544 89500.90731.116 B20479.54489745.91941.226 C19620.27886873.09936.278 D21291.80186689.39544.1783 相关作业依据与要求3.1相关测量规范1.工程测量规范（GB500262007）2.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）3.公路工程质量检验评定标准（JTJ071-9）4.国家一二等水准测量规范(GB12897-91)5.公路勘测规范(JTJ061-99)6.全球定位系统(GPS)测量规范(GB/18314-2009)7.DZS2自动安平水准仪使用说明书（北京博飞）8.Leica TC1500用户手册(瑞士徕卡)3.2等级、精度要求桥梁施工平面控制网的建立，应符合下列规定：1 桥梁施工平面控制网，宜布设成自由网，并根据线路测量控制点定位。2 控制网可采用GPS 网、三角形网和导线网等形式。3 控制网的边长，宜为主桥轴线长度的0.5-1.5倍。4 当控制网跨越江河时，每岸不少于3 点，其中轴线上每岸宜布设2点。表3-1平面控制测量等级 等 级公路路线控制测量桥梁桥位控制测量隧道洞外控制测量二等三角5000m特大桥6000m特长隧道三等三角、导线20005000m特大桥40006000m特长隧道四等三角、导线10002000m特大桥20004000m特长隧道一级小三角、导线高速公路、一级公路5001000m特大桥10002000m中长隧道二级小三角、导线二级及二级以下公路500m大中桥1000m隧道三级导线三级及三级以下公路表3-2桥梁施工控制网等级的选择桥长L(m)跨越的宽度l（m）平面控制网的等级高程控制网的等级L5000l1000二等或三等二等2000L5000500l500三等或四等三等500L2000200l500四等或一级四等L500l200一级四等或五等注：1 L 为桥的总长 2 l 为跨越的宽度指桥梁所跨越的江、河、峡谷的宽度。表3-3水准测量的主要技术要求等级每千米高差中误差（mm）路线长度（km）水准仪型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地（mm）山地（mm）二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4L三等650DS1因瓦往返各一次往一次12L4nDS3双面往返各一次四等1016DS3双面往返各一次往一次20L6n五等15-DS3双面往返各一次往一次30L-注：1.成带节点的水准网时，节点之间或节点与已知点之间的路线长度，不应大于表中规定的0.7倍。2.L为往返段附合或闭合环的水准路线长度，km。n为测站数。表3-4主要测量仪器表序号名称制造单位规格型号标称精度单位数量1全站仪莱卡TC1500及TC802测角2.0、测距（2mm+2ppmD）。套13水准仪苏州DSZ2自动安平水准仪往返1km误差为1.5。台1徕卡NA728自动安平水准仪往返1km误差为1.5。台4铟钢尺苏州及徕卡2m把25塔尺南方测绘5m把27对讲机MOTOROLAGP88s台5及与全站仪配套的对点器、反射镜。4 桥梁施工控制网的布设方案桥梁施工平面控制网的图形常见的有图1 所示的四种, 其中12 为桥轴线。图1( a) 为菱形网, 适合江中有岛时采用；图1( b) 、( c) 为双三角形网和单大地四边形网, 主要用于大、中桥的控制；图1(d)(e)为大地四边形加三角形网和双大地四边形网, 主要用于大桥和特大桥的控制。 大型桥梁总与两岸连接线(引桥)相衔接。鉴于通航的要求，大型桥梁的桥面高远远大于两岸的地面标高。因此，主桥面两端的引桥常长达数百米或数公里。从主桥和引桥放样的一体化考虑，以上网形不满足于施工控制的需求，拟应在桥轴线两端延长线上选两点构成图f所示网形。该控制网基本满足工程施工放样的需要，而且结构强度好，点位精度均匀，可靠性大，便于放样墩台中心及桥梁上部构件，有利于提高控制点精度和放样精度，也能对所达到的桥轴线横向精度作出切合实际的评定。4.1 桥梁施工控制网布设方法目前大型桥梁施工控制网的建立方法主要有两种：一种是传统的三角网的方法，另一种是利用GPS技术建立。这两种方法在许多大型工程项目中都得到了成功的应用，但各有特色。 传统的三角网建网方法有许多优越性，如：观测量直观可靠，数据处理方法简单，有一整套成熟的建网技术和观测程序，测量精度比较容易控制，工程经验也较多等等。但该方法作业速度比较慢、测量的周期相对较长，人力物力的投入也比较大，在观测上受气象条件影响较大，在成果质量上受人的因素影响较大。所以人员因素和工作效率就成为传统三角网的致命弱点，尤其在当前的市场经济条件下，工程项目周期都比较紧张，留给测量作业的时间更是少之又少，外业测量时间相当紧迫，并且大型桥梁施工控制网都是长距离跨江或跨河，对气象条件要求较高，每天可观测的时间又有限，因此客观上在精度能够满足需要的情况下应该尽量避免使用该方法。利用GPS技术建立控制网，恰恰弥补了常规传统三角网方法建网的不足，在减轻劳动强度、优化设计控制网的几何图形以及降低观测中气象条件的要求等方面具有明显的优势，并且可以在较短时间内以较少人力消耗来完成外业观测工作，观测基本上不受天气条件的限制，内、外业紧密结合，可以迅速提交测量成果。但是并不是所有桥梁工程都可以采用GPS技术建立测量控制网，比如在卫星接受信号较弱的工程或对控制网点位精度有特殊要求的工程就难以采用。4.2 桥梁施工控制网布设的特殊要求桥梁控制网布网时除了考虑有利的网形以及一般工程控制网的基本要求以外，还需注意以下几点：1、为了使控制网与桥轴线联系起来，应在河流两岸的桥轴线上各设立一个控制点，即将桥轴线作为控制网的一条边，控制点与桥台设计位置不应太远，以方便桥墩台的测设及保证两桥墩台间距离的精度要求。同时，测设桥墩台时，尽量在桥轴线上的控制点上安置仪器进行测量，以减少垂直予桥轴线方向的误差。2、桥梁三角网的边长与河宽有关，一般在0.51.5倍河宽范围内变动。由于三角网边长较短，一般直接丈量三角网的边长作为基线。为了提高三角网韵精度，使其有较多的检核条件，通常丈量两条基线，两岸各设一条。如因地形限制也可将两条基线布设在同一岸上，基线长度一般约等于两桥台间距离(或河宽)的0.7倍。另外，当地形条件许可时，应使基线长度为基线尺长的整数倍，这样可以避免用短尺丈量余长。此外，宜在基线上多设几个节点，埋设标石，便于交会近岸桥墩。以上为用因瓦基线尺丈量基线的情况。如果采用电子全站仪测量，基线的布置就非常灵活。3、根据桥轴线的不同精度要求，确定控制网的测边、测角精度，并进而确定选用合适精度的测量仪器、测回数及读数精度。4、对三角网而言，由于平差计算时只改正角度而不改正基线，即基线的误差与角度的误差相比可以忽略不计。所以为了保证桥轴线有足够的精度，基线的精度要比轴线的精度高出23倍。对边角网和测边网而言，由于测定的边长不受角度影响而产生误差积累，测边的精度要求不象基线要求的那么高，只要相当于桥轴线的精度即可。 5、在大型桥梁建设中，由于工期较长，为了保证在施工过程中尺长标准的统一，一般都应在施工现场建立比尺长，以便于及时对测距工具进行检查核准。6、 布网时应对桥轴线精度、墩台测设、图形强度、点位保存、施工方便等因素进行综合分析考虑。施工时，由于考虑不周或其他原因，控制点位不能满足测设要求，而不得不对控制网进行加密的情况，在桥梁工程建设中也时有发生。因此，在桥梁控制网布网时，必须充分考虑这些特殊要求。4.3桥轴线必要精度桥梁施工中对测量放样精度要求主要体现在相邻桥墩的相对精度要求。目前桥墩放样通常采用全站仪在施工控制点上采用极坐标法直接放出位置，规范要求的桥墩位置允许偏差值可作为桥梁控制网设计精度确定的基础。桥梁施工测量，控制点点位精度必须达到或超过放样所需的精度。由于控制点离墩台位置较远（特别是水中墩），放样又在有施工干扰时进行，不大可能增加测量次数来提高精度。因此，控制点误差对放样所引起的误差来说，应小到可以忽略不计的程度。根据“使控制点误差对放样点位不发生显著影响”的原则，即要求控制点误差影响仅占总误差的十分之一。就此对控制网的点位精度分析如下：设M为放样后所得的点位总误差； 为控制点误差所引起的点位误差； 为放样过程中所产生的点位误差；则M=将上式展开为级数，并略去高次项，得 使控制点本身误差影响仅占总误差的10%，上式括号中第二项应为0.1，即可得出：=0.2两式联立求解，即得：由以上公式可知，当控制点所引起的误差为总误差的0.4倍时它使放样点的总误差仅增加10%，这一影响可忽略不计。因此在确定了所需放样点的的总误差后，就可以用(4)式来确定所需施工控制网的精度。由此可见，当控制点误差所引起的放样误差为总误差的0.4倍时，则控制点误差对放样点位不发生显著影响（仅使总误差增加1/10）。同理可求知：。由以上公式可知，当控制点所引起的误差为总误差的0.4倍时它使放样点的总误差仅增加10%，这一影响可忽略不计。因此在确定了所需放样点的的总误差后，就可以用(4)式来确定所需施工控制网的精度。现在，我们以规范规定的桥墩中心误差为20mm作为确定施工控制网的精度。根据(4)式有：M1 0.4M = 0.420mm = 8mm按此计算，对于1400米长的桥梁，三角网沿桥梁轴线方向的基线精度为8mm/1400m= 1 / 175000。0.9M=18mm。当然，确定桥梁施工控制网的精度还很多，比如按拼装误差来确定。为安全起见，可通过对比取其中精度较高的一种作为控制网的精度要求。在钢梁架设过程中，它的最后长度误差来源于杆件加工装配时的误差和安装支座的误差。 钢桁梁节间长度制造容许误差为2mm；两节间拼装孔距误差为0.5mm；每一节间的制造和拼装误差为 （一般取2 mm）对n节间拼装的一跨或一联桁式钢梁，长度误差包括拼装误差 DL和支座安装容许误差 d（7mm） 。本桥由7个节间拼装的桁式钢梁构成一跨或一联。长度拼装误差L=每跨（联）钢梁安装后的容许误差为：长度拼装误差按规范取为:L/5000在布设控制网时应对起算点复测，以检查起算点的精度是否满足要求。有两种情形：1.满足精度要求：在此情形下只需在起算点间加密。2.不满足精度要求：则只能布置自由网，只使用一个起算点的坐标和两起算点确定的方向。5 桥梁施工控制网的优化设计对桥梁施工平面控制网的基本要求是:1、精确性；2、可靠性；3、经济性；4、可检测性。根据这些基本要求, 通常把施工平面控制网的优化设计分成四类设计, 称为零、一、二、三类设计。四类设计是根据参数法平差原理, 以哪些作为已知参数, 以哪些作为未知参数来划分的。为观测值的权矩阵, 决定于观测纲要。为未知数的协因数阵, 如果把作为已知参数, 则（或）称为准则矩阵, 即控制网所预定的全面的精度要求, 一般情况下对控制网的精度要求仅限于准则矩阵中的主要元素, 称为纯量精度标准, 这些标准有:A标准-以的迹为最小:D标准一以的行列式值为最小；E标准一以的最大特征值为最小。设计阶段的划分见表1. 表1工程控制网优化设计的分类分 类固定参数待定参数含 义零类设计（ZOD） A,PQxx基准设计一类设计（FOD） P,QxxA图形设计二类设计（SOD） A,QxxP观测精度设计三类设计（THOD）Qxx，部分A和P部分A和P已有网的改进表中Qxx为高斯马尔可夫模型（L,Ax，02p-1）中坐标向量的协因数阵零类设计（ZOD）为基准设计，是在网形与观测精度一定的情况下，坐标系和基准（已知点、已知方位角）的选取和确定问题。坐标向量协因数阵与网的基准有关。5.1首级平面控制网优化设计5.1.1首级控制网布设方案一在AUTOCAD中设计网型，为边角网。两个已知控制点：A,B,C,D及6个未知控制点： 1, 2, 3, 4, 5, 6。把AUTOCAD所编辑控制网在控制测量优化设计与平差软件中打开时一直出现问题，所以直接在控制测量优化设计与平差软件中设计。首先输入已知点及未知点坐标，如图5-1所示:图5-1 首级平面控制网设计单击“计算方案”由于全站仪莱卡TC1500及TC802的标称精度为：角2.0、测（2mm+2ppmD）。所以在设置计算方案的对话框中的测角中误差应设为2；测距定权公式中A=2，B=2。如图5-2所示。图5-2 计算方案在观测数据的下拉栏中单击“添加测站”，在A控制点上架站并输入前视站点及后视站点，如图5-3所示。图5-3 添加测站A图单击“加站”，B,C,D,1，2，3，4，5同理依次作为测站点，并输入前视站点及后视站点。最终网型如图5-4。单击“计算”。可得到相关优化数据。单击“网形与精度统计”可得到网形与精度统计表，其他的优化数据同理可得。图5-4 最终平面控制网型网型及精度统计表见图5-5图5-5 网型及精度统计表优化设计模拟控制点成果表见图5-6图5-6 优化设计模拟控制点成果表优化设计模拟数据精度表见图5-7图5-7 优化设计模拟数据精度表点位误差表见图5-8图5-8 点位误差表点间差表见图5-9图5-9 点间差表控制网图见图5-10图5-10 控制网图数据分析：由控制网的图形可知，0102为桥轴线。由优化设计模拟数据精度表可知表5-1 桥轴线精度表测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差120.622.881/ 39万桥轴线边长相对中误差为：1/39万远远小于容许的全桥轴线长的相对中误差：1 / 125000，最大平面点位（6点）中误差为5.44mm小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行一类设计（FOD图形设计），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-方案二；及二类设计（SOD）为观测精度设计，是在网形与坐标向量协因数阵一定的情况下，改变观测精度-方案三。5.1.2首级控制网布设方案二在测站数及测角，量边精度等其他条件不变的情况下，改变1, 2, 3, 4, 5, 6未知控制点的位置。改变各边的边长。如图所示：图5-11 最终平面控制网型同理点击“计算”可得首级控制网的优化数据。网型及精度统计表见图5-12图5-12 网型及精度统计表优化设计模拟控制点成果表见图5-13图5-13 优化设计模拟控制点成果表优化设计模拟数据精度表见图5-14图5-14 优化设计模拟数据精度表点位误差表见图5-15图5-15 点位误差表点间差表见图5-16图5-16 点间差表控制网图见图5-17图5-17 控制网图数据分析：由控制网的图形可知，0102为桥轴线。由优化设计模拟数据精度表可知表5-2 桥轴线精度表测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差120.572.771/ 39万桥轴线边长相对中误差为：1/39万远远小于容许的全桥轴线长的相对中误差：1 / 125000，最大平面点位（6点）中误差为5.28mm小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行一类设计（FOD图形设计），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-方案二；及二类设计（SOD）为观测精度设计，是在网形与坐标向量协因数阵一定的情况下，改变观测精度-方案三。5.1.3首级控制网布设方案三方案三在方案二的基础上，减少了测3-2，5-2，1-4方向，使工作量减少。如图所示：图5-18 最终平面控制网型同理点击“计算”可得首级控制网的优化数据。网型及精度统计表见图5-19图5-19 网型及精度统计表优化设计模拟控制点成果表见图5-20图5-20 优化设计模拟控制点成果表优化设计模拟数据精度表见图5-21图5-21 优化设计模拟数据精度表点位误差表见图5-22图5-22 点位误差表点间差表见图5-23图5-23点间差表控制网图见图5-24图5-24 控制网图数据分析：由控制网的图形可知，0102为桥轴线。由优化设计模拟数据精度表可知表5-3 桥轴线精度表测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差120.663.001/ 36万桥轴线边长相对中误差为：1/36万远远小于容许的全桥轴线长的相对中误差：1 / 125000，最大平面点位（5点）中误差为5.38mm小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行一类设计（FOD图形设计），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-方案二；及二类设计（SOD）为观测精度设计，是在网形与坐标向量协因数阵一定的情况下，改变观测精度-方案三。5.1.4三种方案比较以上三种方案均满足施工控制网的要求，其中方案二的精度最高，方案三的精度最低。三个方案均符合精度要求。根据费用准则可选择第三个方案，及满足了桥梁施工控制网的精度要求，又减少了工作量，降低了费用。使用第二个方案，在首级控制网中进行插点，布设次级控制网。6次级控制网优化设计为了满足施工中放样每个桥墩的需要，在首级网下需要加设一定数量的插点或插网，构第二级控制。由于放样桥墩的精度要求较高，故第二级控制网的精度应不低于首级网次级控制网（插点或插网）可直接放样桥墩，并布置在距桥墩较近的岸边以便较好的交会图形。6.1次级控制网布设方案一在AUTOCAD中设计网型，为边角网。六个已知控制点：1,2,3,4,5,6，六个已知控制点为首级控制网点。及八个未知控制点：G1，G2,G3,G4, G5，G6,G7, G8, 。在3点架站后视1点作为基准方向，前视G1点。在G1点加站后视1点作为基准方向，前视G2点在1点架站后视G2点作为基准方向，前视G3点在5点架站后视G4点作为基准方向，前视1点。布设成一个附合导线，1点作为中间转点。河对岸的次级附合导线同理。在河的两端布设加密控制点，以便在前方交会测设墩台中心点的坐标时使交会角接近。如图6-1。图6-1 次级控制网型图由于放样桥墩的精度要求较高，次级控制网的精度应不低于首级网。次级控制网测量时进行两测回，测角中误差应为=1.41。单击“计算方案”所以在设置计算方案的对话框中的测角中误差应设为1.41；测距定权公式中A=2，B=2。图6-2 设计方案图同前，点击“计算”可得次级控制网的优化数据。网型及精度统计表见图6-3图6-3 网型及精度统计表优化设计模拟控制点成果表见图6-4图6-4 优化设计模拟控制点成果表优化设计模拟数据精度表见图6-5图6-5 优化设计模拟数据精度表点位误差表见图6-6图6-6 点位误差表点间差表见图6-7图6-7点间差表控制网图见图6-8图6-8 控制网图数据分析： 最大点位误差 (包括首级控制点的点位误差)。最大平面点位（G2点）中误差为小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少未知控制点或减少测回数。6.2次级控制网布设方案二在次级控制网布设方案一的基础上，减少测回数，变为一测回。测角中误差应设置为。图6-9 设计方案图同前，点击“计算”可得次级控制网的优化数据。点位误差表见图6-10图6-10 点位误差表数据分析： 最大点位误差 (包括首级控制点的点位误差)。最大平面点位（G2点）中误差为小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少未知控制点或减少测回数。6.3次级控制网布设方案三在次级控制网布设方案一的基础上，减少加密控制点个数。由八个加密控制点减为四个。控制网设计图如图6-11。图6-11 次级控制网设计方案图同前，点击“计算”可得次级控制网的优化数据。点位误差表见图6-12图6-12 点位误差表数据分析： 最大点位误差 (包括首级控制点的点位误差)。最大平面点位（G2点）中误差为小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少未知控制点或减少测回数。6.4三种方案比较以上三种方案均满足施工控制网的要求，三种方案加密控制网点位误差基本相同。其中方案3的精度最高，且工作量较少。7 高程控制网优化设计高程控制网作用：统一本桥高程基准面；在桥址附近设立基本高程控制点和施工高程控制点，以满足施工中高程放样和监测桥梁墩台垂直变形的需要。 建立高程控制网方法： 水准测量，三角高程测量，GPS水准测量。注：1.各水准点应沿桥轴线两侧以400m左右的间距均匀布设，并构成连续水准环。水准点应与相邻的线路水准点联测，以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接。 2.从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。此时，可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法。（3）为了更好地消除仪器角的误差影响和折光影响，最好用两架同型号的仪器在两岸同时进行观测。传统跨河方法的场地一般布设成平行四边形、等腰梯形或大地四边形，GPS跨河法的应布设为直线型跨河场地的布设中需要充分考虑有利于减弱大气折光、电磁场及其他障碍物对测量精度的影响，并主要到不同方法对选点的特殊要求。1）应尽量避免顺光、逆光观测，选择背景开阔、亮度适中、周围无发热源的地方设置立尺点。2）必须保证观测视线距离水面及其他地面障碍物的高度，尽可能选在地势较高处进行跨河测量。3）应选择土质坚固的地面或基础稳定的水泥地设置仪器和标尺，保证观测期间仪器和标尺的稳定性。立尺点标志须稳固可靠，当仪器安置在土质地面时，应加设仪器脚桩。4）桥梁工程跨河水准测量应采用双线观测，并通过岸上水准联测形成跨河水准闭合环，以确保跨河水准测量成果的精度及可靠性。7.1观测与计算跨河水准观测作业前应按规范要求进行觇牌或标灯的设计制作、仪器检校，观测过程中必须严格遵守操作规程，采取有效措施，如选择有利观测时间、两岸远标尺同步观测(必须严格执行)、仪器标尺正确安置、觇牌准确对位并无滑移、尽可能地缩短一测回观测时间等等，以提高测量精度。观测成果应按规定要求进行限差验算和成果取舍，并评定测量精度。当跨越障碍的距离很大（500m以上甚至12km）时，光学测微器法的照准和读数精度就会受到限制，在这种情况下，必须采用其他方法来解决向对岸水准标尺的照准和读数问题。目前所采用的是“倾斜螺旋法”。图7-2 图7-3所谓倾斜螺旋法，就是用水准仪的倾斜螺旋使视线倾斜地照准对岸水准标尺（一般叫远尺）上特制觇板的标志线（用于倾斜螺旋法的觇板上有4条标志线），利用视线的倾角和标志线之间的已知距离来间接求出水平视线在对岸水准标尺上的精确读数。视线的倾角可用倾斜螺旋分划鼓的转动格数（指倾斜螺旋有分划鼓的仪器，如N3精密水准仪）或用水准器气泡偏离中央位置的格数（指水准器管面上有分划的仪器，如Ni 004精密水准仪）来确定。用于倾斜螺旋法的觇板，一般有4条标志线或两条标志线，觇板中央也有小窗口和觇板指标线，借觇板指标线可以读取水准标尺上的读数，如图2、图3所示。根据实验，当仪器距水准标尺为25m时，水准尺分划线宽以取1mm为宜。仿此，如果跨河宽度为，则觇板标志线的宽度 （7-1） 觇板上、下相距最远的两条标志线，也就是标志线1、4的中线之间的距离，以倾斜螺旋转动一周的范围（对N3水准仪而言约为100)或不大于气泡由水准管一端移至另一端的范围（对Ni 004水准仪而言约为110)为准，一般取80左右，故 （7-2）式中，为跨河距离。在图5-28中，觇板的2、3标志线可适当的对称安排。觇板的宽度一般取/5，跨河距离以m为单位，觇板宽度的单位为mm。倾斜螺旋法的基本原理是：通过观测对岸水准标尺上觇板的4条标志线，并根据倾斜螺旋的分划值来确定标志线之间所张的夹角，然后通过计算的方法求得相当于水平视线在对岸水准标尺上的读数，而本岸水平视线在水准标尺上的读数可用一般的方法读取。设在本岸水准标尺上的读数为，对岸水准标尺上相当于水平视线的读数为，则两岸立尺点间的高差为（-）。为了求得值，在远尺上安置觇板，以便对岸仪器照准，如图7-2所示。图7-4 图4中：为觇板标志线1、4间的距离；为觇板标志线2、3间的距离；为水准标尺零点至觇板标志线1的距离；为水准标尺零点至觇板标志线2的距离；为标志线1至仪器水平视线的距离；为标志线2至仪器水平视线的距离。、为仪器照准标志线1、2、3、4的方向线与水平视线的夹角。这些夹角的值根据仪器照准标志线1、2、3、4时倾斜螺旋读数与视线水平时倾斜螺旋读数之差（格数），乘以倾斜螺旋分划鼓的分划值而求得。图中为仪器至对岸水准标尺的距离。由于、都是小角，所以按图4可写出下列关系式由上两式可得 （7-3）同理，可得 （7-4）又知 （7-5）则取其平均数即为仪器水平视线在对岸水准标尺上的读数，即 （7-6） 值求出后，即可按一般方法计算两岸立尺点间的高差。设在本岸水准标尺（近尺）上读数为，则高差为 （7-7） 、，可在测前用一级线纹米尺精确测定； 和是由觇板指标线在水准标尺上的读数减去觇板标志线1、2的中线至觇板指标线的间距求得。一测回的观测工作和观测程序如下：（1）观测近尺，直接照准水准标尺分划，用光学测微器读数。进行两次照准并读数。（2）观测远尺，先转动光学测微器，使平行玻璃板置于垂直位置，并在观测过程中保持不动。旋转倾斜螺旋，由觇板最低的标志线开始，从下至上用楔形丝依次精确照准标志线1、2、3、4，并分别读取倾斜螺旋分划鼓读数（对于Ni 004水准仪，读取水准气泡两端的读数），称为往测；然后，从上至下依相反次序用楔形丝照准标志线4、3、2、1，同样分别读取倾斜螺旋分划鼓读数，称为返测。必须指出，在往、返测照准4条标志线中间（往测时，照准标志线1、2之后；返测时，照准标志线4、3之后），还要旋转倾斜螺旋，使符合水准气泡精确符合两次（往、返测各两次）并进行倾斜螺旋读数，此读数就是当视线水平时倾斜螺旋分划鼓的读数。由往、返测合为一组观测，观测的组数随跨河视线长度和水准测量的等级不同而异。各组的观测方法相同。由（1）、（2）的观测组成上半测回。（3）上半测回结束后，立即搬迁水准标尺和水准仪至对岸进行下半测回观测。此时，观测本岸与对岸水准标尺的次序与上半测回相反，观测方法与上半测回相同。由上、下半测回组成一个测回。从前面所述的观测方法知道，近尺的读数是用光学测微器测定，而照准远尺的觇板标志线时，只是在倾斜螺旋分划鼓上进行读数，最后通过计算得到相当于视线水平时在水准标尺上的读数，并没有使用光学测微器。因此，必须在远尺读数中预先加上平行玻璃板在垂直位置时的光学测微器读数（对于N3为= 5mm），然后与近尺读数相减得到近、远尺立尺点的高差，即在岸时，由（-）所得的是立尺点对于立尺点的高差；在岸时由（-）所得的是立尺点对于立尺点的高差。它们的正负号相反，所以一测回的高差中数为用两台仪器在两岸同时观测的两个结果，称为一个“双测回”的观测成果，双测回的高差观测值H是取两台仪器所得高差的中数，即取全部双测回的高差中数，就是最后的高差观测值。7.2高程控制网布设方案一高程控制网网型图如图7-5。图7-5 高程控制网型图单击“计算方案”所以在设置计算方案的对话框中的单位权中误差应设为2；测距定权公式中A=2，B=2。图7-6 设计方案图同前，点击“计算”可得高程控制网的优化数据。网型及精度统计表见图7-7图7-7 网型及精度统计表优化设计模拟控制点成果表见图7-8图7-8 优化设计模拟控制点成果表点位误差表见图7-9图7-9 点位误差表点间差表见图7-10图7-10点间差表数据分析：由控制网的图形可知，由优化设计模拟数据精度表可知最大高程中误差mm2.18点名：6小于规范的要求最弱点的高程中误差应（mm）。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少水准点的个数。7.3高程控制网布设方案二在次级控制网布设方案一的基础上，减少水准点数(由20减为14)，网型如图7-11。测角中误差应设置为。以下为控制网优化设计数据。图7-11 网型设计图网型及精度统计表见图7-12图7-12 网型及精度统计表点位误差表见图7-13图7-13 点位误差表点间差表见图7-14图7-14点间差表数据分析：由控制网的图形可知，由优化设计模拟数据精度表可知最大高程中误差mm1.93点名：6小于规范的要求最弱点的高程中误差应（mm）。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少水准点的个数。7.4 精度对比以上两种方案均满足施工控制网的要求，两种方案加密控制网点位误差基本相同。其中方案2的精度相对高点。且方案2减少了水准点数，减少了工作量并降低了费用。故选用第2个方案。8 桥墩放样方案8.1 桥墩中心放样方法直线桥的墩，台中心都位于桥轴线的方向上。已知墩、台中心的设计里程及桥轴线起点的里程，相邻两点的里程相减即可求得它们之间的距离。测设墩、台中心的位置的方法：直接测距法或交会法。 （1）直接测距法：在桥轴线起点或终点架设仪器，并照准另一个端点。在桥轴线方向上设置反光镜，并前后移动，直至测出的距离与设计距离相符，则该点即为要测设的墩、台中心位置。为了减少移动反光镜的次数，在测出的距离与设计距离相差不多时，可用小钢尺测出其差数，以定出墩、台中心的位置。 （2）角度交会法 当桥墩位于水中，无法直接丈量距离及安置反光镜时，则采