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高精度自动测量控制技术
应用概况
在钢结构施工中, 全站仪将测量从传统的二维测量提升到三维测量的高度, 使测量效率大为提高。全站仪使用时需计算大量的坐标, 坐标的正确和精度直接关系到测量结果的准确度; 另外, 对于现场计算的坐标, 能否迅速的得出结果也会影响全站仪的使用效率, 因此准确、 快速的坐标计算也是全站仪使用中的关键一环。
现场测量员普遍采用可编程计算器帮助计算, 使用前需根据不同的计算器特性输入程序, 计算时根据不同的路段选择不同的程序输入参数, 逐个得到坐标或方位角, 还得重复校核。这对于大批量计算来说是一个不小的工程。现在, 电脑在施工单位已得到使用普及, 在工程量及数测量数据处理过程中, Office中EXCEL经常是测量技术人员利用的工具。利用电脑处理测量资料的经验结合EXCEL的强大功能, 利用EXCEL的逻辑语句编制了一个小的应用程序。能把测量人员从重复性的劳动中解脱出来。提高了工作效率,节省了时间,节约开支。
第一节 人员组织及设备配置
一、 人员组织
根据工作量和工作难度, 本工程拟安排:
主要测量人员2名, 负责工作安排, 设备管理, 现场安全管理; 测量配合人员2名, 负责对测量工作的配合。
二、 设备配置
所有进入施工现场的测量器具必须在鉴定证书有效期之内, 并在使用前将鉴定证书复印件报验给监理方( 业主) , 经过审核确认后方可使用;
测量设备如下:
编号
设备名称
精度指标
数量
用 途
备 注
1
全站仪
±2″,2mm±2ppm
2台
三维坐标测量
标配+棱镜组+反射片+弯管目镜
2
经纬仪
±2”
2台
垂直观测
标配
3
NA2水准仪
±2mm/km
2台
标高控制
标配+铟瓦尺
4
S3水准仪
±30mm/km
2台
标高测设
标配+铝合金塔尺
5
50m钢尺
±1mm
4把
施工放样
配弹簧拉力计

第二节 钢结构安装测量准备
一、 测量器具主要精度指标检查:
虽然所有仪器鉴定证书均在有效期范围之内, 但仪器使用过程中的环境、 运输过程、 操作手法、 人员更替等各种因素均会影响仪器误差指标的变化。因此, 在初次使用之前应对每个仪器的几项主要精度指标进行检查。
水准仪:
主要检查项目: 脚架螺丝检查拧紧、 圆水准器检查与调整, 符合水准气泡检查与调整( 仅限于S3水准仪) , 补偿器补偿范围检查( 仅限于自动安平水准仪) , i角误差。
经纬仪及全站仪:
主要检查项目: 脚架螺丝检查拧紧、 圆水准器检查与调整, 长水准管气泡检查与调整, 光学对中器或激光对电器检查, 2C互差检测, 竖盘指标差, 棱镜常数测定。
使用过程中重要检查项目:
在使用过程中, 应定期对仪器的重要检查项目进行检查。
水准仪至少每周进行一次i角误差的检查, 进行控制测量期间应每天至少检查一次i角误差。S3型水准仪确保i角误差保持在10”以内, NA2型水准仪确保i角误差保持在5”以内, 否则应进行调整, 必要时重新送检。
经纬仪至少每月观测一次2C互差, 并做好记录, 确保2C的变化值保持在13”以内。
全站仪除按经纬仪检查2C互差之外还应每月至少用二段法观测一次加常数, 确保加常数的变化值保持在±3mm之间。
二、 测量控制点复测:
与相关方办理有关测量的交接手续, 并现场指认测量控制点; 对交接的所有测量平面控制点和标高点进行复测; 复测结果无异议方可使用, 如有异议应及时报告给相关方。

三、 总体钢结构安装测量程序
钢结构施工测量始于预埋件安装, 不但施工测量时间跨度大, 而且在预埋件安装
到钢结构安装之间, 存在着轴线、 标高上很强的可塑性, 例如: 模板几何尺寸的变化
及建筑沉降等。针对这些情况, 考虑二次总体测量投放, 以提高钢结构安装精度。总 体钢结构安装测量程序见下图。
第一次施工测量
预埋件定位测量
预埋件安装
各单位安装测量
第二次施工测量
结构安装测量
验收
钢结构施工埋件
土建安装埋件
钢筋模板工程
过程检测
钢筋模板工程

埋件隐蔽验收
土建安装埋件复测
砼养护
各单位组装测量
过程监测

四、 布网方案设计
根据现场情况尽量选择在场地周边布置6到8个一级施工控制网点, 控制点位置宜选择通视情况良好, 土质稳定区域埋设。网形宜选用闭合导线。导线边长控制在80到300米之间。如下图:

测量控制点( 余同)

首 级 平 面 控 制 点 点 位 选 择 示 意 图

控制网的布设含平面控制网和高程控制网两部分。平面及高程控制网的布设均在
该工程原测设的永久性标桩上进行, 即上述测量标志为该工程的首级控制。
1、 平面测量控制网布设
(1) 参加业主或者监理组织的施工测量控制点的现场点位和有关资料的交接。
(2) 检测土建单位提供的测量控制点的精度, 点位数应满足以下要求: 平面控制点至少三个, 高程控制点至少两个, 并将检测数据及时绘制成测量成果, 上报监理。
(3) 依据土建单位提供的测量控制点在图上进行控制点的加密布置设计。
(4) 根据监理确定或同意的控制点的加密布置设计方案, 进行测量控制点的定位。
(5) 联测起算依据点, 将平差结果上报监理。
(6)根据监理反馈的信息, 将测量控制点归化, 至设计位置。
(7) 定期组织复测测量控制点, 并进行必要的归化改正。至少每3个月复测一次控制点, 发现有变化及时修正数据。如遇意外情况, 如车辆与控制点碰撞, 在控制点附近挖土等, 必须重新复测后方可使用该控制点。
测量主要方法:
根据现场实际情况, 控制网的网型适宜选择闭合导线; 如下图:

首级控制网闭合导线示意图

利用全站仪配合单棱镜组进行导线测量;
根据测量采集数据进行平差, 计算出控制点坐标, 导线网精度指标按照一级导线要求控制如下:
等级
边长
测距中误差mm
测角中误差”
全长相对闭合差
一级
80到300米
15
5
1/30000
角度观测精度要求如下:
测回数
照准误差
半测回归零差
2C变化差
同一方向不同测回夹角误差
3
≤3”
≤8”
≤13”
≤9”
距离观测5次, 偶然误差≤3mm。
2、 高程测量控制网布设
(1)在施工前期, 平面测量控制点可兼作高程控制点。 因此即选用闭合水准路线, 路线图如下:

首级控制网闭合水准路线示意图

(2) 水准控制测量作业应用NA2型水准仪+测微器, 三丝法、 中丝测微器读数法进行往返测量, 水准尺选用铟瓦尺, 并在控制点间控制测量站为偶数, 以消除”零点差”的影响, 观测秩序为”后–前-前-后。
( 3) 采用II等水准方法、 III等水准精度要求、 闭合水准路线确定各高程点的高
程。
〔4〉高程测量控制网的技术要求:
测量 作业项目
限差项目
限差要求
备注
水准高程
前后视距允差
1m

视距累积允差
3m

最大视距
50m

基辅读数较差
0,2mm

水准闭合差
≤12√—— Lmm

五、 测量准备
本工程为空间结构体系, 变形及空间安装精度控制相当困难, 施工测量是安装精 度控制的一个重要的手段。充分做好施工测量前的准备工作, 不但能使开工前的测量 工作顺利进行, 而且对整个施工过程中的测量工作都有重要影响。准备工作的主要内 容如下:
1、 了解设计意图、 学习与校核图纸
经过设计交底, 了解工程全貌和主要设计意图, 对测量放线工作要着重了解工程 现场情况和定位条件, 主要建筑物的相互关系和轴线尺寸, 地上地下标高, 以及设计 方对测量的精度要求等。
2、 了解现场情况与施工安排
了解现场情况, 应先从设计总平面图上了解现场的原地形情况, 以及建筑物的设 计布局和场地竣工后的情况。
了解施工现场布置和施工进度, 因为施工现场的布置直接关系到测量控制点的布 局和保留, 而施工进度的安排, 直接关系到测量放线的先后次序与时间要求。
3、 仪器、 钢尺的检定、 检校与器材的准备
所有用于现场测量放线的测量设备及工具均应有相应检定资质的单位出具的检 定合格报告方能在工地使用。
4、 测量资料复测
待土建基础交出测量资料及现场实地交接工作完成后, 即可按资料和规程进行基 础各项数据的复测工作, 将其复测结果认真填写后, 交技术人员及监理工程师。
具体复测内容如下:
①对现场提供现存基准点和测量点的标高和坐标进行复测, 如果现场所提供的 资料有问题, 则要在提供资料后及时以书面形式向监理工程师反映;
②首先根据控制网检查预埋件的定位情况;
③各轴线、 列线是否与设计图纸一致;
④各行距、 列距是否符合设计要求;
⑤与钢结构关联的混凝土结构顶平面标高。
现场测量作业的主要内容
⑴
控制网的布设;
⑵
预埋件的安装测量;
⑶
钢结构拼装胎架和临时支撑架的安装测量;
⑷
分段吊装桁架地面拼装测量;

分段桁架安装测量;
⑷
安装施工过程的定位和监测;
⑵
各部分桁架竖向位移的测量;
⑶

第三节 钢结构现场施工测量方案
一、 预埋件安装测量
本工程预埋件的安装测量是上部钢结构安装的基础, 直接影响到上部结构的安装精度。
根据所建立的平面控制网和高程控制网, 检查上工序提交的混凝土柱测量资料和锚固件的测量资料。测量资料应包括柱中心线定位及标高测设图、 竣工后中心线及标高实测资料和沉降、 位移观测资料三部分。柱顶埋件中心线偏差为±5mm, 整体水平度小于1mm。
所有上部钢结构安装前利用已建立的平面和高程控制网对支座的位置、 标高、 水平度以及预埋支座的位置进行复测, 并提交测量成果, 若不符合下表规定, 则应釆取 相应的措施, 如制定纠偏方案、 设计变更等。
项 目
允许偏差〔mm〕
支承面
位置
15. 0
顶面标高
-3.0
顶面水平度
1/1000
预埋螺栓
位置
2.0
顶面标高
0—+20.0

二、 拼装测量
桁架拼装测量要点有:
(1) 获得该区域每榀拼装桁架单元的三维坐标, 并填写在预先设计好的表格上;
(2) 根据轴线尺寸关系先用经纬仪将上下弦位置放样在地面上;
(3) 在地面架设经纬仪, 将地面控制线投影到拼装胎架上;
(4) 轴列线分别用上述方法进行投影;
(5) 用水准仪将标高引测到拼装胎架固定的适当部位;
(6) 桁架拼接测量控制的好坏, 直接关系到网架结构的安装精度, 因此桁架对接拼装点及轴线交接点, 用水准仪测量临时支座顶面标高及桁架下弦的标高, 使其标高与屋架设计图纸上的标高一致;
(7) 桁架拼装完后, 用全站仪再对桁架进行的复测, 比较实测坐标( 三维) 与设计坐标的差值, 根据X、 Y坐标的差值调桁架的平面位置, 根据Z坐标的差值调整屋架的标高位置, 重复进行测量、 比较、 调整工作, 直至将桁架调整到设计位置。
配合拼装工作的测量时, 在拼装场地内任意适当位置架设好全站仪, 先按事先计算好的坐标, 直接用全站仪测设出胎具位置, 待胎具摆放好之后, 用水准仪测量并调整胎具支座的标高。调整合适后即可开始将构件逐一吊装上胎具。精调胎具尺寸时, 全站仪从旁配合, 使用mini棱镜作为反射目标, 同步进行测量, 测量出的数据, 指导拼装工人改正构件位置状态, 直至每个测量点位均与事先计算出的坐标相差不超过3mm, 即可固定焊接。如图所示:

拼装测量模拟示意图
三、 吊装测量
吊装桁架和柱子时, 利用经纬仪和全站仪架设在加密的轴线点上配合吊装调整直至调整到误差5mm以内。具体如下:
1、 垂直钢柱和临时支撑架测量:
标高控制采用水准仪测设垫板标高控制, 垫板标高控制在【0,-3mm】, 钢柱安装完成后还要检查钢柱上事先从柱顶节点返下来的标高点标高, 控制在【-3, +3mm】。
垂直度观测采用经纬仪在成90度2个方向进行观测。首先仰视支撑架顶端的中心点, 然后在俯视支撑架底部中心点, 若不重合, 则投设出一点, 量取该点至支撑架中心标志的距离, 即是支撑的垂直偏差值。支撑架垂直允许偏差: 根据规范规定, 当支撑架高≤5mm时为±5mm; 当支撑架高5〜10m时, 为±10mm, 当支撑架高超过10m时, 则为支撑高的1/1000, 但不得大于20mm。( 可根据设计要求达到更高的精度〉。如下图:

垂直度观测示意图
2、 曲骨柱测量:
曲骨柱测量分为法线方向中心控制、 切线方向中心控制和节点标高控制。
法线方向观测: 将经纬仪或全站仪架设在曲骨柱指向各区中心的连线上, 以曲骨柱地胶处的位移偏差控制线定方向, 然后逐步向柱顶端扫视观测, 方法同钢柱垂直度测量。柱身中间范围至少测量一点, 且中间点的垂直度偏差必须小于柱顶端观测点的偏差, 以免拱形部位的垂直度偏差超标。仰角过大时可使用弯管目镜配合。如下图:

法线方向垂直度观测示意图
切线方向观测: 首先计算出靠近柱顶某处节点投影到地面的坐标, 将经纬仪架设在该点的切线上, 进行垂直度观测。方法与钢柱垂直度观测相同。
标高观测由于人员无法手持反射棱镜抵达, 可在该标记点事先粘贴反射片或利用全站仪无棱镜测距功能测量该点标高。考虑到精度要求, 用全站仪测量标高必须采用全站仪边角后方交会获得全站仪标高定位或将全站仪第三点设立测站经过高差换算的方法测量标高, 而不能使用传统三角高程的方法。如下图:

切线方向垂直度观测示意图
四、 桁架节点坐标测量和桁架变形的测量
桁架吊装垂直度的控制釆用吊线锤和仪器相结合的方法检查。每个桁架单元拼装、 吊装完毕并及时用支撑杆件连接好后, 应当在确定的每天的同一时间测量测设点的网架桁架控制节点变形数据作为控制数据的依据, 必要时应作适当修整, 具体操作 方法如下:
(1)以一个典型单元的桁架的变形观测为例;

(2)设置竖向位移观测点, 每一跨桁架上设置五个观测点, 其中下弦中央设置一点, 下弦中央两边的两个六等分点各设置一点, 钢柱的中点位置设置一个观测点。
(3)考虑到网架杆件可能会阻挡视线, 可采用边角后方交会设立测站, 即全站仪选取适当位置, 联测2个以上控制点即可完成测站定位和定向。
(4)仪器照准观测点上设置的反射片中心, 用内置测量程序进行测量, 获得该点中心的三维坐标( X,Y,Z) 。
(5)比较相同部位不同时间的中心标高值, 即为该部位钢桁架的挠度值。 比较相同部位不同时间的平面坐标( X,Y) 即为该点位移值。
五、 桁架高空安装测量
主桁架的吊装、 对接, 环桁架落位都必须采取测量跟踪控制, 安装的过程中的测量点、 放样点、 定位点均使用三维坐标, 这些数据的采集使用了计算机辅助建模, 由三维实体模型中获得。同时各种测量数据的处理也施工测量辅助软件进行, 有效降低了偶然误差的发生, 增加工作下效率。 其测量要点有:
(1)获得该区域钢网架的三维坐标, 并填写在预先设计好的表格上;
(2)根据轴线尺寸关系先用经纬仪将上下弦位置放样在土建结构上;
(3)用在地面架设经纬仪, 将地面控制线投影到胎架( 或已完结构) 上;
(4)轴列线分别用上述方法进行投影;
(5)用水准仪将标高引测到胎架( 或已完结构) 的适当部位;
(6)测量定位时, 对司镜人员无法抵达的位置, 充分利用全站仪的无棱镜反射功能, 其它位置则采用迷你小棱镜配合全站仪共同使用。
六、 验线工作
验线工作是发现测量放线错误和检查测量放线精度是否合格的必不可少的工序, 以达到以预防为主的目的。验线工作应遵守以下几项基本原则:
(1)验线工作要主动。从审核测量放线方案开始, 在各主要施工阶段前, 均应对施工测量工作提出预防性的要求, 以认真做到防范于未然。

(2) 验线的依据要原始、 正确、 有效, 设计图纸、 变更洽商和起测点位( 如红线桩、 水准点〉及其已知数据( 如坐标、 标高) 均要原始资料, 并要最后定安有效的和正确的。因为这些是测量放线的基本依据。若其中有错, 在测量放线中多是难以发现的, 其后果不堪设想。
(3) 验线用的仪器和钢尺必须按计量法有关规定进行检定和检校。
( 4) 验线的精度应符合规范要求。
( 5) 必须独立验线, 验线工作应尽量与放线工作不相关。
( 6) 验线部位要选择关键环节与最弱点位。
( 7) 必须要有合适的验线方法与误差处理的手段。

第四节 安装测量技术保证措施
针对本工程的结构特点, 制定专项测量技术培训, 落实主要钢构件的测量参数计 算。全部施工测量仪器设备进场之前要进行复验, 并缩短检测周期。
一、 测量控制网
测量控制网由测量基准点和各轴线主要投影点构成。场外、 场内应各有不少于三个能相互通视的测量基准点和二个高程水准点, 以便于相互校核。
a。测量基准点的功能是作为全站仪在施工过程中定位施测的基准, 应满足通视要求和具备定期复核精度条件, 须全过程保护或及时恢复。
b.各轴线主要投影点, 在吊装前即施测标识在砼结构上, 并需进行闭合测量, 满足精度要求。在此基础上, 根据施工要求, 增设若干辅助控制点, 便于构件安装时的定位。
二、 钢构件预检
分段制作的桁架散件运至现场前应预拼装并检验, 特别需控制主桁架支座间的跨度及相对尺寸, 以确保能安装到位和可靠搁置。拼装过程中应以砼结构测量数据作为 拼装的依据。轴线测量釆用J2经纬仪测量放线, 校核桁架上下弦。桁架的跨距、 间距、 对角线测量采用标准钢尺丈量( 必要时全站仪复核〉。桁架端部标高和起拱值的 测量采用全站仪和水准仪。

三、 校正与控制
根据本工程的安装工艺, 环桁架安装是搁置在临时支撑上的, 因此在环桁架安装前, 应根据设计图, 计算出桁架在临时支架搁置点处的三维坐标, 然后在楼面上测量找出临时支撑的平面位置, 再根据临时支撑在楼面上的底标高和桁架搁置点的标高, 确定临时支撑的长度, 这样只要保持临时支撑的垂直度, 桁架搁置到临时支撑上后, 它的平面位置和标高也就达到了设计要求。桁架的位置确定, 是靠控制临时支撑的平面位置和高度来保证。
钢网架全部安装完毕后, 在临时支撑拆除前, 应对整个结构的控制点作一次全面测量, 并作好记录。临时支撑拆除后, 再对整个结构的控制点作一次全面测量, 并作好记录。
四、 配合监理测量
鉴于本工程结构的特殊性, 不能等全部钢结构完成后, 再请监理来进行统一验收, 必须在每一个测量阶段都通知监理验收, 在取得监理验收合格后才能进行下道工序的施工。具体程序为: 测量基准点、 水准点必须经监理验收合格后才能使用; 桁架安装 到位经自检合格后, 及时通知监理验收; 支撑拆除前和拆除后应会同监理一起对整个结构的控制点作一次全面测量, 并作好记录, 结构的测量控制点应事先与设计、 监理确定
第五节 变形监测作业
平面水平位移的监测采用方向线法或极坐标法, 根据监理或建设单位的要求执行。
沉降观测按设计院提供的沉降观测标志埋设及观测要求进行, 由项目部定期观测。
沉降点点位的选择必须牢固可靠, 保证投产后能够继续使用。点位的埋设最好在 +0-500米处左右, 便于观测。

一、 观测周期
结构吊装完即需在设计位置焊接正式的沉降观测点, 观测周期一般为一个月, 可 根据现场工程的进展, 适当调整观测周期。若发现沉降异常, 或变形量较大, 则应缩 短观测周期, 以便掌握第一手资料, 分析沉降变化的原因。
二、 观测要求
在远离施工影响区域外, 选择一至二个永久水准点作高程起算点。在观测过程中 应保持视距不大于40米, 视线高度不小于0.5米, 水准路线长度不大于1. 6公里。 同时, 应坚持”三定”原则, 即定观测人员, 定水准仪和水准尺, 定测站数。
三、 资料整理
首次高程应在同期进行两次观测后确定。正式布设沉降点后, 应与基础上埋设的 临时观测点相互联测, 以保证沉降资料的完整性、 连续性。
观测记录应注明每次观测项目荷载增减情况。如发现突然上升或大量下沉现象,
应进行重复观测, 检测水准基点, 检查沉降点位, 加以佐实。及时绘制点位沉降曲线, 反馈沉降信息。
变形监测的数据应保证正确性、 准确性、 及时性、 连续性。

第六节 测量质量保证措施
1、 所有的测量器具和测量仪器, 按照ISO9002标准体系的要求, 经过国家技术监督局授权的计量检定单位进行检定、 校准, 并在有效使用期限以内使用, 在施工中所使用的仪器必须保证精度的要求。
2、 测量作业人员持证上岗, 测量技术人员具备中级职称以上的资质证书, 所有的测量人员具备大型体育场的施工测量经验。
3、 各控制点应分布均匀, 并定期进行复测, 以确保控制点的精度。

4、 施工中放样应有必要的检核, 执行测量任务单三级审核制度, 严格履行资料、 数据的复核、 校对程序, 保证测量数据的准确性。
5、 规范工序间的测量中间交接, 测量标志、 资料的交接, 我方在收到上道工序的测量成果后, 应在项目部测量管理人员的见证下检查成果, 检查符合精度要求后方可签收。
6、 根据施工区的地质情况、 通视情况对测量方法进行优化, 并尽量在外界条 件较好的情况下进行测量。
7、 隐蔽工程在隐蔽前, 做好隐蔽竣工测量。
8、 坚持班前交底制度。
第七节 工程测量质量管理措施
一、 测量质量控制关键路线
―设计、 勘察院的测量基准技术文件
―现场钢结构工程测量方案
―测量技术图纸确认
―施工测量、 隐蔽工程验收 施工测量、 安验收
二、 安装测量技术措施
〔1〕针对本工程的结构特点, 制定专项测量技术培训。
2) 落实主要钢构件的测量参数计算, 建立一套测量技术文件。
( 3) 全部施工测量仪器设备进场之前复验, 并缩短检测周期。

第八节 测量质量保证措施
1、 所有的测量器具和测量仪器, 按照ISO9002标准体系的要求, 经过国家技术监督局授权的计量检定单位进行检定、 校准, 并在有效使用期限以内使用, 在施工中所使用的仪器必须保证精度的要求。

2、 测量作业人员持证上岗, 测量技术人员具备中级职称以上的资质证书, 所 有的测量人员具备大型体育场的施工测量经验。
3、 各控制点应分布均匀, 并定期进行复测, 以确保控制点的精度。
4、 施工中放样应有必要的检核, 执行测量任务单三级审核制度, 严格履行资料、 数据的复核、 校对程序, 保证测量数据的准确性。
5、 规范工序间的测量中间交接, 测量标志、 资料的交接, 我方在收到上道工序的测量成果后, 应在项目部测量管理人员的见证下检查成果, 检查符合精度要求后方可签收。
6、 根据施工区的地质情况、 通视情况对测量方法进行优化, 并尽量在外界条 件较好的情况下进行测量。
7、 隐蔽工程在隐蔽前, 做好隐蔽竣工测量。
8、 坚持班前交底制度。
9、 针对本工程的结构特点, 制定专项测量技术培训。
10、 落实主要钢构件的测量参数计算, 建立一套测量技术文件。全部施工测量仪器设备进场之前复验, 并缩短检测周期。