4-7 特殊工程的施工测量.doc

4-7 特殊工程的施工测量
4-7-1 钢结构工程中的施工测量
随着改革开放，经济发展，我国在建筑行业发展也是较快的，打破了过去常用的砖木结构、混凝土结构的格局，目前也有大批采用钢结构来建造。如北京的京广大厦，上海的新锦江宾馆、上海的国际贸易中心、上海的瑞金宾馆，深圳的深圳发展中心等。
1．平面控制
建立施工控制网对高层钢结构施工是极为重要的。控制网离施工现场不能太近，应考虑到钢柱的定位、检查、校正。
2．标高控制
高层钢结构工程标高极为重要，根据城市II等水准点建立独立的以III等要求的水准网，以便在施工过程中直接应用，在支承标高块引测时必须对水准点进行检查，III等水准精度要求以±（mm），n为测站数。
3．定位轴线检查
定位轴线从基础施工起就应引起重视，必须在定位轴线前做好控制点，待基础浇筑混凝土后再根据控制点将定位轴线引到柱基钢筋混凝土底板面上，然后预检定位轴线是否同原定位重合、闭合，每根定位线总尺寸误差值是否超过控制数，纵横网轴线是否垂直、平行。预检应由业主、土建、安装三方联合进行，对检查数据要统一认可鉴证。
4．柱间距检查
柱间距检查是在定位轴线认可的前提下进行，采用检定钢尺实测柱间距。柱间距离偏差值应严格控制在±3mm范围内，绝不能超过±5mm。柱间距超过±5mm，则必须调整定位轴线。原因是定位轴线的交点是柱基点，钢柱竖向间距以此为准，框架钢梁的连接螺孔的直径一般比高强螺栓直径大1.5~2.0mm，如柱距过大或过小，直接影响整个竖向框架梁的安装连接和钢柱的垂直，安装中还会有安装误差。在上面检查柱间距时，必须注意安全。
5．单独柱基中心检查
检查单独柱基的中心线同定位线之间的误差，调整柱基中心线使其同定位轴线重合，然后以柱基中心线为依据，检查地脚螺栓的预埋位置。
6．标高实测
以III等水准点的标高为依据，对钢柱柱基表面进行标高实测，将测得的标高偏差用平面图表示之，作为临时支承标高块调整的依据。
7．轴线位移校正
任何一节框架钢柱的校正，均以下节钢柱顶部的实际中心线为准，安装钢柱的底部对准下钢柱的中心线即可。由此可见，实测位移是极为重要的，根据实测位移量以实际情况加以调整。调整位称时特别注意钢柱的扭转，钢柱扭转对框架安装很不利，应引起重视。
4-7-2 电视塔施工中的施工测量
1．平面控制
惯用方法是先做外控制。外控制必须根据城市等级控制点引测，以保证电视塔正确位置。城市控制点一般均不便量距，设立在高大建筑物屋顶上，为此，引测时必须使用精密经纬仪测角、光电测距仪测距，具体精度要求设计院会提出对电视塔的平面位置的误差，以及垂直度的偏差值。设计院提出的要求是总的误差和精度要求，而测量单位必须考虑测量有误差存在，施工同样也会存在误差，为此测量单位只能用1/2的误差。如平面位置要求正确2cm，测量误差只能在1cm之内，垂直偏差允许5cm，测量只能以2.5cm来考虑。根据这样的要求，首先提出施测方案，施测方案必须经建设单位、施工单位及有关部门同意方可实施。
2．标高控制
电视塔施工过程中标高是极为重要的，首先根据城市II等水准点，建立独立的III等水准网，以便在施工过程中直接应用。III等级水准精度±3（mm），n为测站数。
3．内控制
当电视塔施工到一定高度，外控制已无法控制，此时必须建立一套内控制，用内控制作向上传递。用激光的方法垂直向上传递，或应用铅垂仪直接投点，向上传递则视具体施工条件而定。如北京电视塔、天津电视塔均用激光仪作向上垂直传递，上海电视塔（东方明珠）应用Wild ZH天顶垂准仪作向上垂直传递。
4．沉降观测
在电视塔施工过程中必须重视沉降观测。在基础施工时，特别从底板开始必须进行沉降观测，以便及时了解是否有不均匀沉降。在施工过程中，也就是电视塔不断上升过程中，沉降观测显得格外重要，如有不均匀沉降，施工单位应及时采取相应措施。
5．竣工后的测量工作
（1）实测电视塔的平面位置，即测电视塔的桅杆中心。实测结果与设计坐标相比可得出实际的精度。
（2）实测电视塔的垂直偏差。
（3）长期沉降观测：电视塔竣工后必须坚持长期沉降观测，第一年每月一次，第二年每季度一次，第三年半年一次。如基本稳定可结束沉降观测，以后是否每年一次，或继续观测下去，请示建设单位或有关单位确定
4-7-3 上海电视塔（东方明珠）施工测量实例
1．概况
上海广播电视塔总高度为468m，建筑总面积为6.3万m2，其中高空建筑面积达2万m2。电视塔由地下室、塔座、塔身、下球体、上球体、太空舱及天线等七个部分组成，如图4-216所示。

图4-216 上海电视塔各部分组成
电视塔地下二层深为-12m，局部达-19.5m。从地面至286m为三筒框架主塔体，由三个直径为9m的直筒体组成。三个直筒从285m处过渡为单筒体至350m，单筒体从310m以上由8m收分至7m，350m至486m为钢桅杆天线。
在主塔体68~118m，设有直径为50m的钢结构下球体，其顶标高为118m，在250~295m，设有直径为45m的钢结构上球体，其顶标高为295m，在单筒体334~350m之间设有直径为16m的钢结构太空舱，顶标高为350m。单筒体顶面正中有一个4.2m的正方形空洞，钢桅杆天线就嵌固在空洞中。天线全长118m，截面自3.8m×3.8m收缩至0.7m×0.7m。
主塔体三个直筒体呈三角形布置，全高286m间有七道6m高、1.6m宽的混凝土连梁，连梁与三个直筒体的交接处分叉成Y形，在上、下球体中间各有一高40m~50m的中心筒体。三个直径为7m的斜筒体与水平面交角成60°，其下端支承于基础上，上端交汇于中心筒体上。
2．制定施测方案
上海电视塔构筑物的施工和安装中，工程测量精度是保证电视塔施工质量和安全的重要内容，因而，设计和施工精度要求也相当高，尤其是塔身垂直度偏差小于50mm。
在制定技术方案之初，调研对国内有关工程进行了调研，这些工程的共同特点就是采用激光垂准仪作垂直控制，它的最大优点是直观性强，测量人员当场就可读得垂直偏差值。然而，如果被测物体高度过高，激光的光斑就大，并会产生飘移，因而难以对中，必将影响精确度。
上海电视塔其高度为468m，如果用激光仪作垂直控制，难以保证其小于50mm的精度要求，通过综合分析，决定采用Wild ZH天顶垂准仪作垂准测量和Wild T2经纬仪（附弯管）作垂准检查。
上海电视塔施工测量的难度不仅在于其超高，而且由于塔的特殊造型，使得三个直筒体之间不能互相通视，因此，我们将电视塔的施工测量分为平面控制和垂直测量两大部分。
平面控制测量主要是在建筑场地上建立必要精度的轴线控制网，以建立塔筒中心及放样施工所需的轴线；二是布设筒体测量基准点，通过在塔、直筒及斜筒中心埋设基准控制点，组成精密的筒体控制网，并在-0.05m结构平台上布设一个小控制网，这样就可以解决塔筒中心点不能通视的问题。由于这个控制网精度相当高，而且点位稳固，可使垂准测量精度得到保证，同时也可保证塔、塔中心的平台高度从±0.00m~98m~118m~263m~285m，直筒中心平台高度从±0.00m~98m~161m~285m。
垂直测量的方案，是测点布置在塔体筒内，并沿高程分别布置在-12.00m、150m高程上。150m高程断面，测站工作平台搭设利用筒体壁、剪力墙、电梯井墙壁，人行梯道为基础，预埋铁件搭设工作平台和测站。
3．建立外控制
（1）施工平面控制网的建立
在施工场地上平面控制布设米字形轴线网（由上海测绘处提供），三条轴线相交于塔的中心。5号轴线（朝向南京路外滩原二喷水池中心）与正北方向的夹角为96°36'15"。现以这点城市坐标及此夹角作广播电视塔米字形轴线和桩位中心放样的依据。米字形轴线如图4-217所示：在施工地下室时，轴线上的点位离塔中心较远，看不到基坑下部位。后在基坑周边轴线方向上加密S'40，W'40，S91和N'32等点，作为测设地下室塔筒中心及各层轴线的依据。

图4-217 米字形轴线网
（2）筒体测量基准点的平面布设
由于地下室基础承台上无法设置基准控制点，因此将其点投测至-6.05m平台面上，在塔、直筒及斜筒中心埋设基准控制点。
于是形成了由7个控制点组成一个精密筒体控制网，如图4-218所示。在基础出土后，为了便于测量而将三个直筒中心及塔中心测站，分别精确设在+0.550m平台和-1.450m中心平台上，然后根据这四个中心点加密成一个平台小控制网。

图4-218 -6.050平台面塔筒中心点布置图
（3）平台小控制网的布设
根据场地的有利条件，在-0.050m结构平台上布设一个中点六边形小控制网，见图4-219，这网使塔筒四个中心点不能通视问题得到解决。在①、⑤、⑨轴上的网点通过直筒门洞互相通视，其直线中点即筒中心点。直接检查塔、筒中心点位置。通过精密测量，这个网的精度相当高，网的点位精度≤2mm，使垂准测量精度能得到保证。同时此网点位相当稳固，产生相对位移可能性很小。使用其点位可测设塔筒周边轴线及裙房7.5°轴线，还能直接测量筒体的偏扭。

图4-219 中点六边形小控制网
（4）测量平台的设置
为了保证塔筒中心基准线的铅垂性，使固定在底面上的基准点垂直轴投影点最大限度接近施工区，为此在基准线上选择测量平台，测量平台标高如下：
塔中心测量平台标高从±0.00m~＋98m~＋118m~＋263m~＋285m。
直筒中心测量平台标高从±0.00m~＋98m~＋161m~＋285m。
4．建立内控制
直筒体内建立四个中心基准点，直筒体施测方法，直筒体测量困难不小：其难点是四个中心基准点互不通视，不易自检，后投到钢平台上时其四点才能检查正确与否。投点时测量孔径应保持畅通，并选择有利时间，才能保证工作顺利进行。
5．天顶投点法
（1）测站位置设置：直筒体测站位置设在筒中心＋0.550m平台处，标板浇捣在平台上，中心留有通光小圆孔。塔中心设在塔座底部-1.450m处，标板与直筒体同。
（2）精密测量方法
在底部塔筒中心基准点上，分别安置Wild ZH天顶垂准仪将四个中心点投至施工平台面上（24.0m以下为临时平台，24.0m以上为自升式整体钢平台）。
投点的立面示意图，如图4-220所示。

图4-220 投点立面示意
1）投点方法
放置仪器，对中，整平，水平度盘指向0°（塔中心或轴线方向），通知上方，准备投测。作业步骤如下：
①指挥上方，使标志中心初步移在镜里十字丝交点附近，要小于5mm（图4-221a）。
②仪器镜面上另放一块精密补偿镜，旋转补偿镜，使标志中心折射在十字丝纵丝上（图4-221b）。
③仪器旋转180°，使标志中心不折射在十字丝纵线上，离开纵线一小段距离a，指挥上方向纵线方向移动a/2的距离（图4-221c）。
④再旋转移动镜面，使标志中心折射在下纵丝上，再回复位置视标志中心是否折射在纵丝上（图4-221d），如还有一微小距离，按上述调整方法，使点调至纵丝上为止。
⑤仪器水平旋转90°与270°位置按上述方法测量，使标志中心移至在横丝上（图4-221e）。
⑥检查投点位置正否、旋转四方，如点都折射在十字丝线上（图4-221f），那点才算投正。
点投好后，通知上方，固定标志。

图4-221
2）投测精度检查
投测在平台面上四个中心点，在塔中心安置经纬仪测角，并量测至直筒中心边长检查。视夹角及边长是否满足精度要求。
精度要求：夹角误差 120°为1'
边长误差 9.238m为3mm。
同时检查三个外方向间夹角，夹角误差小于10"。用一个外方向定向（如青海路电视塔尖）。
检查在限差之内，就标志点位。在施工平台面上侧设施工轴线，方向标志设在预埋好的木块上，或套板上及钢平台面上。
3）照准标志
采用两种标志，一是不锈钢十字刻度标板，交点有一个5mm圆孔，另一是滑动标志。
在＋200m以上投点时，接收标志采用滑动标志。
滑动标志的特点：快速和容易标定。
①设置方法：在钢平台塔筒中心预埋滑动标志装置如图4-222（a）所示，标志坐标对准十字轴线。
②材料：用一块质硬光滑木板，其尺寸为300mm×300mm×18mm。中间留有180mm×100mm长方形孔洞，搁置在预先埋好在平台上二根互相平行的角钢滑槽中，木板上钉有二根滑尺，投点时用刻划2cm透明有机玻璃板如图4-222b所示，插在滑尺中。
③移动方法根据下方指挥，先将木板顺Y轴方向左（或右），使标志中心移在X轴线上，然后再移动玻璃板（木板不动），使标志中心移在Y轴线上，这样点位就定好，经过检查无误后，就用螺栓固定木板。

图4-222
4）使用仪器和工具
使用精密Wild ZH天顶垂准仪，附加精密补偿镜，使投点精确对中目标。
（3）单筒体的垂直测量
单筒体测量的原则：控制筒中心线，防止偏扭。在＋285m~＋310m处不设钢平台，故测量时另搭设测量平台。在＋310m以上筒体安装钢平台，测量即在平台上进行。
1）＋285m~＋310m段间测量方法
原钢平台停留在＋285.081m处，用混凝土与筒体浇在一起，不再提升。在＋285m处中筒平台之中心点，作为投测单筒体之垂准基点。
在＋287.655m和＋294.420m（中心标高）有二道钢环梁安装，需提供安装轴线及标高。故在钢平台上先搭设简易测量平台至＋287m。
测量平台搭设需与筒体脚手架脱离，单独设置900mm×900mm见方，四周每隔1~8m高度，用φ48钢管与混凝土面顶紧，平台上部用钢管与钢环梁支架电焊连接，保证其平台稳固（图4-223）。测量方法：将中心投测至＋287m平台上，校核后，依次测设①、③、⑤、……、轴等轴线于下钢环梁的支架上，并在轴线上量出设计半径距离。
另在＋286m红三角标高标志引测标高，设在外筒壁上，做好标志。上述轴线半径、标高提供安装下钢环梁用。测量平台继续塔设至＋294m处，此时平台高达9m左右，考虑其稳固性，再利用下环梁支架搭设斜撑，用于固定测量平台。采用同样方法，投测中心点至十294m平台上，测量所需轴线方向、半径和标高，供安装上环梁用。

图4-223
2）＋310m~＋350m段间测量方法
＋310m以上单筒体采用钢平台施工系统，故中心点投测在小钢平台上，测量方法与直筒体方法相同。
3）单筒体中心点投测的检查
投测在施工平台面上的中心点，本身无法检查。除了检查外方向外，另架设T2经纬仪（配有弯管）测天顶角一测回进行检查。算出中心点的坐标增量OX和AY，并计算点位偏移值。如检查误差在±3mm内不予纠正。
（4）斜筒体测量
斜筒采用劲性骨架形式，而劲性骨架的成型安装，又转化为控制骨架的中心。所以最可靠、合理的方法是建立斜筒内部控制测站，测设斜筒中心轴线。
1）大斜筒的测量方法
测站设置和测量方法：
测站设置：在地下室-6.050m层面洞中心上搭设观测墩，见图4-224，位置在①⑤⑨轴上，距塔中心56.234m，经-0.050m、-6.050m二平台量至定点。二次定点误差小于±2mm。

图4-224
劲性骨架安装完毕后，就施工钢筋混凝土。设计要求施工缝要垂直于斜筒中心线。为此在施工段的上口定出垂直于中心线的一个平面，两方面同时控制斜筒体模板施工，才能保证结构断面的正确。
2）小斜筒的测量方法
小斜筒测设是一个难题。小斜筒起始在第一道连梁K-1上，其底中点位置在①轴（或⑤⑨轴）方向上，标高为＋21.000m，距塔中心长度为5.419m。该处不能设置仪器，故在连梁挑出一钢架，设置观测墩，测设45°中心轴线，直至交于大斜筒上。测量方法如下：
①在-0.05m平台上，①轴（或⑤⑨轴）方向上，从塔中心独立量出两段距离A、B（大于5.419m）用垂准仪分别投测在上面临时搭设的架子上，得A'和B'点，见图4-225。检查A'B'与AB距离两者误差≤±2mm。然后从A'（或B'）量至测站，距离为d，即元素a＝A'－5.419－d则测站点位置为5.419m＋a，仪器视高为＋21.000m＋a。观测时，使仪器调至＋21.000＋a高度。其标高用水准测量方法引测到临近直筒体外筒壁上。用红三角标志，水平方向标志测设在环梁上。测量时使仪器定向、定高、定角（45°）指向中心线方向，投测方向与大斜筒相同。

图4-225
②在连梁立面上，测设投影面十字轴线和安装轴线。
（5）效果
1）主塔中心线垂直度偏差控制
塔中心线偏差检测从塔中心基准点，用T2经纬仪（装弯管），观测天顶角，传递四站（测量平台）至＋350m，顶面中心点测得点位偏差22mm。d＝247°27'42"（⑤轴偏TZ筒7°27'42"）。
①测量方法：用天顶角进行一测回测定，以⑨轴水平角0°旋转四方算得顶面中心点位偏差位置。
②天顶角观测记录 （检测）
观测记录及计算 （略）
测量方法：测站上安置T2经纬仪（配有弯管），水平方向照准塔中心标志，仪器高调至-4.400m水平切①轴板墙上标高标志仪器垂直度盘指向60°投测。照准标志，使其中心调在轴线上，投正后焊在构架上。
2）劲性骨架安装测量
校正φ6.6m大斜筒骨架时，机械施工公司结构安装处在节底（测站）安置经纬仪在定向、定高、定角度对准预先设置在骨架上下端面处的校正基尺进行测量，见图4-226。用此法校正，可有效地测出骨架的水平仰角、轴线偏位和截面的扭转等控制参量。

图4-226
3）筒体施工中模板断面控制
直筒体垂直度偏差控制：
测设直筒体外壁垂直度，每筒测设2点，位置在十字轴线端点处。测站设置离测点切线上85m~200m处，见图4-227。

图4-227
①观测方法
观测小角法，测出底部基点（标高＋120m）作为起算点（＋120m以下有排架）和上部各点直至标高＋287m中心线间各夹角α，并用测距仪测出测站至壁点间距离（S）。
②计算方法
偏差量Δl用下式计算
（4-114）
式中 △l——偏差量（mm）；
S——测站主观测点的距离（m）；
α——垂直方向偏差值；
206265——弧度的秒数。
③各筒测得垂直度偏差量
（略）。
6．精度
上海广播电视塔施工测量精度满足施工放样要求，特别是主塔中心垂直度，偏差小于设计5cm精度要求。直筒体外壁和顺框直。底部、中部至顶部大都偏差在1cm左右。
7．沉降观测
上海广播电视塔在底板施工时沿四周保护体上设立了沉降观测点，进行定时观测。上海电视塔施工超出±0.00时，又在墙体±0.00以上20~30cm设观测点，进行定时的观测，由于得到了大量的沉降观测数据，为顺利施工创造了条件。像这样重大的建（构）筑物应坚持长期沉降观测。