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控制测量在建筑中的作用
摘要
无论是测绘地形图或是施工放样，都不可避免地会产生误差，甚至还会产生错误。为了限制误差的传递，保证测区内一系列点位之间具有必要的精度，测量工作都必须遵循“从整体到局部、先控制后碎部、由高级到低级”的原则进行。首先在整个测区内，选择若干个起着整体控制作用的点1、2、3……，作为控制点，用较精密的仪器和方法，精确地测定各控制点的平面位置和高程位置的工作称为控制测量。

关键字; 控制测量 隧道 精确

Abstract

Topographic mapping, whether the construction or setting-out, will inevitably produce errors, or even generate an error. Error in order to limit the transmission to ensure that a series of points measured between the region with the necessary precision, survey work must be guided by "a whole to the part of the Department to control broken by the advanced low-level" principles. First measured in the whole area, select a number of plays a role in the overall control of the points 1,2,3 ... ..., as a control point, using more sophisticated equipment and methods, accurate determination of the control point location and elevation of the plane of the job position measurement known as the control.

Keyword; control precision measurement of the tunnel

目录

一 引言 4
二 洞内控制测量设计 5
2.1平面控制测量设计 5
2.2高程控制测量设计 6
三 洞内控制测量精度的估算 8
3.1平面控制测量精度的估算 8
3.2高程控制测量精度估算 9
四 提高洞内控制测量精度的几点建议 9
五 控制测量概述 10
5.1测量的原则 11
5.2控制测量 11
5.3控制网 11
5.4国家控制网 11
5.5平面控制测量 11
5.6高程控制测量 14
六 结论 16
致谢 19
参考文献 20

第一章 引言
　　对隧洞工程的开挖，在各种规范中的要求很多，精度也要求比较高，特别是对有些管道及特种工程的隧洞。对施工单位而言，洞内控制测量精度的高低就直接影响到贯通的精度，为保证隧洞在允许精度内贯通，我们首先要对洞内控制测量进行设计，在未贯通前对已施测的测量成果要进行相应的精度估算，为保证相应的控制测量精度还要采取相应的测量方案，下面就这几方面进行相应的探析。

第二章 洞内控制测量设计
　　2．1平面控制测量设计
　　洞内平面控制测量在未贯通前都是支导线。当接到隧洞工程开挖任务时，首先要根据洞室相向或单向开挖长度及设计贯通精度要求，对洞内导线进行设计，估算预期的误差、确定导线施测的等级，以保证洞室开挖轴线的正确，即贯通精度，更为合理、经济的选择测量设备及测量方案。
　　根据隧洞设计开挖图，按一定比例尺在CAD或图纸上绘出隧洞开挖平面图及贯通面位置，充分考虑开挖施工时洞内的测量环境（如通视条件及出渣等对测量的影响）、以及测量精度的提高，合理的选出导线点位置，并展于图上。
　　支导线的终点是支导线精度的最弱点，横向贯通中误差是由导线测角误差及导线边长误差所引起，而横向贯通中误差主要影响隧洞的贯通精度，下面主要分析横向贯通中误差。
　　根据误差传播定律，导线测角及测边是相互独立的两个量，则可得导线测角中误差所引起的横向贯通中误差myβ为：
　　myβ = ±mβρ∑RC2 2.1.1
　　式中： mβ—导线测角中误差，S；
　　　　　 ∑RC—观测角度的导线点到贯通面的垂直距离平方的总和，m2。
　　导线测边误差所引起的横向贯通中误差为mys：
　　mys = ±mss∑Dy2 2.1.2
　　式中： mss—导线边长相对中误差， mm；
　　　　　 ∑Dy—各导线边在贯通面上的投影长度平方和的总和，m2。
　　那么，导线测量误差在贯通面上所引起的横向贯通中误差my为：
　　　　　 my=±myβ2＋mys 2 2.1.3
　　该式是隧洞工程横向贯通中误差常用的估算公式。
　　在绘制好的略图上量取各个导线点到贯通面的距离Rx和各导线边在贯通面上的投影长度Dx，再根据本工程项目所投入的仪器设备精度确定测角中误差mβ和测量边长的精度ms/s，代入2.1.3式中计算，当my小于隧洞横向贯通中误差允许值时则可进行，否则应选择合符精度要求的仪器设备或调整线路及测量方案等重新计算，直至满足贯通精度要求。2.1.3式也可根据本单位的仪器设备及技术水平，假设其中的一个mβ或ms/s值来求另外一个参数。
　　根据选定的mβ和ms/s值来确定导线测量的等级，并严格按确定的等级技术要求进行施测，来指导隧洞的开面位置开挖。
　　2．2高程控制测量设计
　　隧洞洞内高程的控制测量精度直接影响的是竖向贯通中误差，通常是根据水准测量或三角高程测量误差引起的竖向贯通中误差来确定高程控制测量的等级。
　　mh=±m△L 2.2.1
　　式中：  mh--竖向贯通中误差；
　　　　　　L—洞内高程测量路线的全长，m；
　　　　　　m△--按测段往返测的高差不符值计算的每公里高差中数的偶然中误差，mm；
　　由2.1.1式得：
　　　　　　m△=mh L 2.2.2
　　式中L可根据图上拟定的路线量取或取3～5倍洞轴线的长度。
　　确定水准路线方案后，在表1中查取大于或等于根据2.2.2式计算出m△的数值，选取相应的高程控制测量等级。
　　确定高程测量的等级后，选取方便施测、经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准测量、三角高程测量，严格按相应的技术要求进行施测。
　　以上探析的洞内控制测量设计计算方法适应于相向开挖长度为8km以内的隧洞开挖，也可作为相向开挖长度超过8km洞内平面控制测量的专门技术设计，但为保证设计贯通精度要求，洞内导线还应进行提高精度的特别技术设计，如采用陀螺经纬仪加测方位角，检测测角中的粗差及控制测角误差的累积；选取合理的导线路线方案；改善测量环境等等测量设备及方法。
对于在8km以内的隧洞勘测设计院提供了专用首级控制网时，则施工单位不用单独进行洞内控制测量的设计，采用低于首级控制网一等级的技术要求进行施测即可。

第三章 洞内控制测量精度的估算
　　3．1平面控制测量精度的估算
　　考虑到洞内导线按设计等级施测后，因洞内通视条件的限制及施工等多方面的影响，而造成未能按设计路线进行施测，针对这种情况，则要根据已施测的成果对该导线进行精度估算。
　　对直伸型隧洞，则采用直伸支导线终点的点位误差作为洞内横向贯通中误差：
　　MBz=±mSβ2n＋(mβρL) 2 n+1.53 
　　式中：  n—导线边数；
　　　　　　mβ—测角中误差，s；
　　　　　　mss--测边相对中误差；
　　　　　　L—导线全长,km；
　　非直伸型隧洞用非直伸支导线终点的点位误差作为横向贯通中误差：
　　MBf=±mSβ2n＋(mβρL) 2 ∑Dy2 
　　式中：  n—导线边数据 
　　 　　　 mβ—测角中误差，s；
　　　　　　mss--测边相对中误差；
　　　　　　L—导线全长,km；
　　　　　　∑Dy2 –导线重心到各导线点距离的平方和（导线重心为导线各点坐标X、Y值的平均值），m2；
　　对还未施测的导线点位仍以设计拟定的点位计算出各相应数值，只要MBz, MBf值不大于洞内设计横向贯通中误差就可。
　　3．2高程控制测量精度估算
　　根据2.2.1式计算高程传递终点的精度，该式中m△为：
　　m△=±14n[△△R] 
　　式中：　△—测段往返测高差不符值；
　　　　　　R—测段的长度；
　　　　　　n—测段数；
　　该种高程控制测量精度的估算方法适用于水准测量及三角高程测量。

第四章 提高洞内控制测量精度的几点建议
　　4.1严格按设计的控制测量等级相关技术要求进行施测，施测中尽量采用三联脚架法，但要注意各基座与棱镜及仪器有无隙动、气泡有无偏离、对中偏离是否较大等等，如有上述情况则要对仪器进行检修校正，找出问题所在；
　　4.2隧洞每开挖到一定长度时要及时增设基本导线点，指导开挖的临时点要控制在2~3个以内，且要进行经常性的检测其正确性，确保洞室开挖的正确；
　　4.3隧洞每开挖到一定阶段或一定长段时要及时对导线进行检测、复测及精度估算，对因其它原因而改变设计路线方案时要对精度进行估算；
　　4.4导线要尽可能布设成似等边直伸型导线，在测量环境允许范围内尽可能的选长边；
　　4.5要严格进行边长的投影计算，正确计算各点平面坐标；
　　4.6三角高程测量时，要严格按操作程序进行，如垂直角的观测要同测距在同一次照准时完成，对于三角高程等级在三等或高于三等时则要采取一些提高精度的措施进行施测，如隔点设站法、提高对中精度等等；
　　4.7对贯通面较多的隧洞，要考虑到隧洞全部贯通后的轴线情况，对洞内有砼衬砌时，还要对相向挖的两条导线进行附合，并进行贯通误差分配或平差处理，保证洞内砼衬砌形体的正确。

第五章控制测量概述 
5.1测量的原则：测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。
这里的“整体”是指控制测量(control survey)，其含义为控制测量应按由高等级到低等级逐级加密进行，直至最低等级的图根控制测量(mapping control survey)，再在图根控制点上安置仪器进行碎部测量或测设工作。 
5.2控制测量：以较高的精度测定地面少数与整体有关点的相对位置。（x、y、H），为地形测量和工程测量提供依据和精度的工作。
控制测量分类：包括平面控制测量和高程控制测量，称测定点位的(x,y)坐标为平面控制测量，测定点位的H坐标为高程控制测量。

5.3控制网：在测区内选定若干控制点而构成一定的几何图形。
5.4国家控制网：在全国范围内建立的控制网。
它是全国各种比例尺测图的基本控制，也为研究地球的形状和大小，了解地壳水平形变和垂直形变的大小及趋势，为地震预测提供形变信息等服务。
国家控制网是用精密测量仪器和方法依照《国家三角测量和精密导线测量规范》、《全球定位系统(GPS)测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》及《国家三、四等水准测量规范》按一、二、三、四等四个等级、由高级到低级逐级加密点位建立的。
5.5平面控制测量
（1）国家平面控制测量
我国的国家平面控制网(horizontal control network)是采用逐级控制、分级布设的原则，分一、二、三、四等方法建立起来的。
经典方法主要由三角测量(triangulation)法、导线测量(traverse survey)法。
另外，还有卫星大地测量，如GPS卫星定位。
一等三角锁(triangulation chain)沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200～250公里，构成许多锁环。构成国家平面控制网的骨干。一等三角锁内由近于等边的三角形组成，边长为20～30公里。
二等三角测量有两种布网形式，一种是由纵横交叉的两条二等基本锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分，这4个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案；另一种是在一等锁环内布设全面二等三角网(triangulation network)，称全面布网方案。二等基本锁的边长为20～25公里，二等网的平均边长为13公里。
一等锁的两端和二等网的中间，都要测定起算边长、天文经纬度和方位角。
国家一、二等网合称为天文大地网(astro-geodetic network)。我国天文大地网于1951年开始布设，1961年基本完成，1975年修补测工作全部结束，全网约有5万个大地点。
三、四等三角网为在二等三角网内的进一步加密。（加密形式为插点或插网）
（2）小地区控制网：面积10平方公里以下，尽量与国家和城市控制联测，亦可建立独立的控制网，在平面控制中采用直角坐标系，高程控制中采用黄海高程系统或1985国家高程系统。。

（3）公路工程平面控制网：常规方法为三角测量或导线测量等，另外，现在逐渐采用三边测量和GPS测量。
平面控制测量等级    表7—1
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）
-
2000~5000 m特大桥
4000~6000 m特长隧道
四等三角（导线）
-
1000~2000 m特大桥
2000~4000 m特长隧道
一级小三角（导线）
高速公路、一级公路
500~1000 m特大桥
1000~2000 m长中隧道
二级小三角（导线）
二级及二级以下公路
＜500 m大中桥
＜1000隧道
三级导线
三级及三级以下公路
-

例如：苏通大桥主桥拟采用主跨1088米双塔双索面钢箱梁斜拉桥，比日本多多罗大桥和法国诺曼底大桥长出200米左右，比目前香港计划建设的昂船州大桥(1018米)长70米，建成后，将成为世界上最大跨度的斜拉桥。桥梁类型：斜拉桥　　  所在地：江苏南通-苏州 主跨：1088　米 建成时间：计划2008 　桥梁特色：跨江大桥工程：总长8206米，其中主桥采用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的七跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，为世界第一大跨径斜拉桥；专用航道桥采用140+268+140二548米的钢连续梁桥，为同类桥梁工程世界第二。采用一等三角锁进行平面控制。
（4）图根控制网：为直接测图而建立的控制网，其控制点称图根点。
测区面积与首级控制网之间的关系：
测区面积（平方公里）
首级控制
图根控制
1~15
一级小三角或导线
两级图根
0.5~2
二级小三角或导线
两级图根
0.5以下
图根控制

 图根点的密度：取决于测图比例尺和地物、地貌的复杂程度，平坦地区图根点密度可参考下表，困难地区、山区可适当增加。
比例尺
1：2000
1：1000
1：500
点数/平方公里
15
50
150
5.6高程控制测量
（1）高程控制测量的方法主要有：水准测量(leveling)；三角高程测量(trigonometric leveling)。
平原地区，可采用GPS水准测量进行四等水准测量。在地形复杂或地质构造复杂的地区，采用GPS水准时，需要进行高程异常改正。
（2）国家水准网：在全国领土范围内，由一系列按国家统一规范测定高程的水准点构成的网。
水准点上设有固定标志，以便长期保存，为国家各项建设和科学研究提供高程资料。
国家水准网按逐级控制、分级布设的原则分为一、二、三、四等，其中一、二等水准测量称为精密水准测量(precise leveling)。
一等水准是国家高程控制的骨干，沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。一等水准路线全长为93000多公里，包括100个闭合环，环的周长为800~1500公里。
二等水准是国家高程控制网的全面基础，一般沿铁路、公路和河流布设。二等水准环线布设在一等水准环内，每个环的周长为300~700公里，全长为137000多公里，包括822个闭合环。沿一、二等水准路线还要进行重力测量，提供重力改正数据。
一、二等水准环线要定期复测，检查水准点的高程变化供研究地壳垂直运动用。
三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用。三等环不超过300公里；四等水准一般布设为附合在高等级水准点上的附合路线，其长度不超过80公里。
全国各地地面点的高程，不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。
（3）工程高程控制网：一般在国家高级水准点的基础上建立三、四等水准路线或水准网。
  公路及构造物水准测量等级
测量项目
等级
水准路线最大长度（km）
4000m以上特长隧道、2000m以上特长隧道
三等
50
高速公路、一级公路、1000~2000m特大桥、2000~4000m长隧道
四等
16
二级及二级以下公路、1000m以下桥梁、2000m以下隧道
五等
10

对于山区或困难地区，还可以采用三角高程测量的方法建立高程控制。

结论
房建施工前为什么要作控制测量？
三角测量作业分选定点位、造标埋石、水平角观测、成果计算等。点位一般应选在展望良好、易于扩展的有利位置，使构成三角形的相邻点间互相通视。在选定的点位上建造觇标，供观测照准和升高仪器，同时埋设标石作为三角点的永久性标志。标石中心点是三角点的实际点位。水平角观测是三角测量的关键性工作，观测选在通视良好、目标清晰稳定的有利时间进行。
三角测量除测水平角外，还要选择一些三角形的边作为起始边，测量其长度和方位角。起始边的长度过去用基线尺丈量，20世纪50年代后用电磁波测距仪直接测量。起始边的方位角用天文测量方法测定。从一起始点和起始边出发，利用观测的角度值，逐一推算各边的长度和方位角，再进一步推算各三角形顶点在大地坐标系中的水平位置。
2在地面上选择一条适宜的路线，在其中的一些点上设置测站，采取测边和测角方式来测定这些点的水平位置的方法。它是几何大地测量学中建立国家大地控制网的主要方法之一，也是为地形测图、城市测量和各种工程测量建立控制点的常用方法。
为导线测量选择的测量路线称为导线。它应当尽可能直伸，但由于地形限制，导线一般成一条折线。导线上设置测站的点称为导线点。测量每相邻两点间的距离，并在每一点上观测相邻两边之间的夹角，从一起始点坐标和方位角出发，利用测量的距离和角度，便可依次推算各导线点的水平位置。
为建立国家大地网以及某些城市测量和工程测量所实施的导线测量，称为精密导线测量。其等级和精度要求与三角测量相同。这些等级以下的导线测量，分为经纬仪导线测量、视距导线测量和视差导线测量，其精度、使用的仪器和测量方法各不相同。
传统的精密导线测量 用基线尺在地面上直接丈量每相邻两点间的距离。由于距离测量的精度高，导线中不存在尺度误差积累；而方位误差积累则比三角测量严重。因此，导线上每隔一定距离要测定天文经纬度和方位角。由于导线以单线扩展，无其他几何校核，故必须闭合成环,或布设在高级控制点之间。当测区较大时,则构成导线网。
在一般地区，由于地面不平，难于用基线尺直接丈量距离，故传统的精密导线测量不及三角测量优越。但在平坦的森林地区，为了实施三角测量，必须建造过高的测量觇标，又为了清除通视障碍，还要砍伐树木，这样将使作业进展迟缓，用费较大。若改用导线测量，沿道路、林区分界地带或河流推进，利用平坦地势丈量距离，则可降低觇标高度，减少辅助工作，达到较好的经济效果。英国曾在非洲赤道附近平坦的森林地区，广泛采用传统的精密导线测量以代替三角测量。除了这些特殊地区之外，传统的精密导线测量则很少应用。
电磁波导线测量 自电磁波测距仪于20世纪50年代出现后，导线测量受到了重视。用电磁波测距仪测定距离，所受地形限制较小，作业迅速，精度随着仪器的不断改进而越来越高。因此，电磁波导线测量得到日益广泛的应用，有逐渐取代三角测量之势。60年代初，中国利用电磁波测距仪在自然条件极其困难的青藏高原实施了精密导线测量，构成了包括10个闭合环的导线网。
美国从60年代初开始，用高精度电磁波测距仪实施了横贯大陆的高精度导线测量，现在已经完成，全长达22000公里。导线上每条边的方位角都直接观测,因而不存在尺度误差和方位误差的积累。高精度导线测量的质量优于一等三角测量，称为零等控制测量。美国正以这种高精度导线为骨干，重新处理原有的三角测量，提高其精度。
1979年由于三波长电磁波测距仪的出现，测距精度接近千万分之一，电磁波导线测量可以用来建立更高级的大地测量控制。
目前有些电磁波测距仪已同测角仪器合为一体，并带有计算装置，成为多功能的测量仪器，称为全站式电子速测仪。利用这种仪器布设导线，经济效益极高。
经纬仪导线测量 用于建立四等以下的测量控制。传统的经纬仪导线测量是用因瓦尺或钢卷尺直接丈量距离，用经纬仪观测角度。这种导线是各种比例尺，特别是大比例尺测图所必须的。在勘测铁路、公路和运河时，必须沿其轴线布设主干经纬仪导线。城市测量中，由于建筑群形成荫蔽地区，必须沿街道布设短边经纬仪导线。随着电磁波测距技术的发展，目前大都用电磁波测距仪布设经纬仪导线，传统的经纬仪导线的应用越来越少。
视差导线测量和视距导线测量 完全采用光学方法，用视差法和视距法测量导线边长，不必用因瓦尺或钢卷尺丈量，因而比传统的经纬仪导线测量方便，且具有较高的灵活性，但精度较低。
导线测量和三角测量相比较，其优点是布设灵活，要求通视的方向少，边长直接测定，粗度均匀。缺点是控制面积小，缺乏有效可靠的检核方法。

致谢
我的论文终于定稿了，在辛苦了那么多个日夜以后，看着我的论文，心情颇为激动，表面上看来这只是我一个人在这几个月努力的成果，其实并不是这样，在我的背后有我整个组的鼎力支持，如果没有了他们的支持与鼓励，我不可能完成的那么顺利。这让我深深感受到了团队合作的力量。
能完成本次设计，更说明了我在大学中的成长。本课题在选题及研究过程中得到老师的悉心指导，为我毕业设计指明了方向。在设计过程中，老师多次为我指点迷津，询问设计进程，帮助我开拓研究思路，精心点拨，鼓励我去面对困难。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，更教会了我对待问题的态度，虽然时间短暂，却使我终生受益。
感谢西安思源学院和老师们对我四年细心的指导。在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。感谢学院的领导为我们提供了良好的研究环境。感谢毕业设计和我同组同学的指点。我的毕业设计能够顺利完成与他们的鼎力帮助是密不可分的。
最后，向所有在毕业设计过程中帮助过我的人表示最衷心的谢意！

参考文献
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