铁路客运专线长大桥梁的施工测量控制.docx

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铁路客运专线长大桥梁的施工测量控制

铁路客运专线特大桥梁的施工测量

1概述

本文以郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥DK376+970～DK391+500段14.53km桥梁的施工测量为例进行阐述。

1.1工程简介

郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥东起新华山车站，西至新临潼车站，全长近80km。

DK376+970～DK391+500段为其中一部分。

该段位于山冲积扇区，四周地形起伏不大，南高北低，跨径为：

32m、24m简支箱梁和2处（32+48+32）m连续梁。

圆端型桥墩、矩形桥墩，高5-11.5m。

二阶承台，分别为2.5m、1.0m。

C30钻孔桩基础，桩长47-59m，桩径1.25m，每个桥墩8根桩，梅花形布置，连续梁两个桥墩和两个桥台9根桩，KTPZ系列盆式支座。

连续梁箱梁采用无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁（双线）；其余采用无碴轨道混凝土简支箱梁。

本段经行于渭河冲击平原东南部，南倚秦岭，北临黄河及其支流渭河，总体地势由南向北呈阶梯状降低，西略高于东。

线路经过地区大致可分为三个地貌单元：

黄土台塬区、山前（塬前）洪积扇区、河流冲击平原区。

这些地貌单元总体上呈东西向延伸，南北向交替、条带状展布。

本区属暖温带半湿润大陆性季风气候。

四季分明，春秋适宜，夏热多雨，冬寒干燥。

年平均气温13.2℃～13.7℃,最冷月平均气温-1.2℃～-0.5℃，最热月平均气温26.1℃～27.3℃，极端最高气温43.0℃，极端最低气温-19.4℃，年平均降水量500.5～608.9mm，年最大蒸发量1337.8～1872.6mm，最大冻结深度0.28m。

主要技术指标：

设计活载：

“ZK活载”，设计洪水频率：

1∕100，正线数目：

一次双线，速度目标值：

350㎞∕ｈ，线间距：

ｄ=5.0ｍ，本桥位于R=10000m和8000m的曲线计直线上

2施工测量

2.1施工控制测量

2.1.1要素控制

影响测量精度质量的因素主要有人员、器具、方法、操作和程序管理等5个方面。

人员要持证上岗，使用经检定和校检的测量器具，测量方法要科学、合理，操作规范，按程序进行管理，对各要素进行预控。

2.1.2准备控制

做好测量前的各项准备，是测量质量的基本保证。

应认真审核设计施工图和有关资料，按选定的测量方法进行内业计算；测量计算做到依据正确，方法科学，计算有序，步步校核，结果可靠；外业观测成果是计算工作的依据，计算成果要经两人独立核算后方可实施；测量前应检校现场控制桩和水准点，保证位置、高程准确；测设前应检校测量仪器和用具。

2.1.3过程控制

要确保测量工作在受控状态下进行。

定位、放线工作须执行经自检、互检合格后，将成果资料送报有关主管部门验线的工作制度。

实测时要做好原始记录。

对测量记录的要求是原始真实，数字正确，内容完整，字体工整。

记录人员应随时校对观测所得数据是否正确。

按企业《过程控制程序》《不合格品的控制程序》和《检验测量和试验设备控制程序》等文件执行。

2.1.4检验控制

检查验收测量成果时应先内业后外业现场，验收的精度应符合规范标准要求。

必须独立验线。

检查验收部位应是关键环节与最薄弱部位。

2.1.5测量使用仪器

序号

名称

规格

数量

备注

1

经纬仪（配三角架，左右移动平台）

T2

各1

精度2

2

全站仪（配三角架）

GTS-311

各1

2mm+2ppm

3

水准仪（配三角架，精密分划板）

NA2GPM3

各1

0.1mm

4

光学对点器（配三角架，带标牌）

GTS-311配套设备

各1

5

磁力表座

2

6

划线针

2

7

冲头

2

8

钢卷尺

5m/50m

4/1

9

记号笔

4

红、黑

10

塔尺

5m

1

2.1.6劳动组织

序号

名称

人数

技术要求

备注

1

工程师

2

2

测量工程师

3

3

辅助工

6

熟练

合计

11

2.2复核测量

在工程的施工过程中，常常涉及到高程测量。

传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。

两种方法虽然各有特色，但都存在着不足。

水准测量是一种直接测高法，测定高差的精度是较高的，但水准测量受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。

三角高程测量是一种间接测高法，它不受地形起伏的限制，且施测速度较快。

在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用。

但精度较低，且每次测量都得量取仪器高，棱镜高。

麻烦而且增加了误差来源。

关键词：

新三角高程测量法测量

在工程的施工过程中，常常涉及到高程测量。

传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。

两种方法虽然各有特色，但都存在着不足。

水准测量是一种直接测高法，测定高差的精度是较高的，但水准测量受地形起伏的限制，外业工作量大，施测速度较慢。

三角高程测量是一种间接测高法，它不受地形起伏的限制，且施测速度较快。

在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用。

但精度较低，且每次测量都得量取仪器高，棱镜高。

麻烦而且增加了误差来源。

随着全站仪的广泛使用，使用跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越普及，使用传统的三角高程测量方法已经显示出了他的局限性。

经过长期摸索，总结出一种新的方法进行三角高程测量。

这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点，又减少了三角高程的误差来源，同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。

使三角高程测量精度进一步提高，施测速度更快。

2.2.1三角高程测量的传统方法

如图一所示，设A，B为地面上高度不同的两点。

已知A点高程HA，只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。

图  一

图中：

D为A、B两点间的水平距离

а为在A点观测B点时的垂直角

i为测站点的仪器高，t为棱镜高

HA为A点高程，HB为B点高程。

V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差（V=Dtanа）

首先我们假设A，B两点相距不太远，可以将水准面看成水准面，也不考虑大气折光的影响。

为了确定高差hAB，可在A点架设全站仪，在B点竖立跟踪杆，观测垂直角а，并直接量取仪器高i和棱镜高t，若A，B两点间的水平距离为D，则hAB=V+i-t

故     HB=HA+Dtanа+i-t       

（1）

这就是三角高程测量的基本公式，但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。

因此，只有当A，B两点间的距离很短时，才比较准确。

当A，B两点距离较远时，就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。

这里不叙述如何进行球差和气差的改正，只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。

我们从传统的三角高程测量方法中我们可以看出，它具备以下两个特点：

1、全站仪必须架设在已知高程点上

2要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高。

2.2.2三角高程测量的新方法

如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点，而不是将它置在已知高程点上，同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下，利用三角高程测量原理测出待测点的高程，那么施测的速度将更快。

如图一，假设B点的高程已知，A点的高程为未知，这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。

首先由

（1）式可知:

HA=HB-（Dtanа+i-t）  

（2）

上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外，i,t都是未知的。

但有一点可以确定即仪器一旦置好，i值也将随之不变，同时选取跟踪杆作为反射棱镜，假定t值也固定不变。

从

（2）可知：

HA+i-t=HB-Dtanа=W  （3）

由（3）可知，基于上面的假设，HA+i-t在任一测站上也是固定不变的.而且可以计算出它的值W。

这一新方法的操作过程如下:

1、仪器任一置点，但所选点位要求能和已知高程点通视。

2、用仪器照准已知高程点，测出V的值，并算出W的值。

（此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程，仪器高，棱镜高均为任一值。

施测前不必设定。

）

3、将仪器测站点高程重新设定为W，仪器高和棱镜高设为0即可。

4、照准待测点测出其高程。

下面从理论上分析一下这种方法是否正确。

结合

（1），（3）

HB′=W+D′tanа′    （4）

HB′为待测点的高程

W为测站中设定的测站点高程′为测站点到待测点的水平距离

а′为测站点到待测点的观测垂直角

从（4）可知,不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。

将（3）代入（4）可知：

HB′=HA+i-t+D′tanа′     （5）

按三角高程测量原理可知

HB′=W+D′tanа′+i′-t′    （6）

将（3）代入（6）可知：

HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′（7）

这里i′,t′为0,所以:

HB′=HA+i-t+D′tanа′      （8）

由（5）,（8）可知,两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。

也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。

综上所述：

将全站仪任一置点，同时不量取仪器高，棱镜高。

仍然可以测出待测点的高程。

测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高，因为它减少了误差来源。

整个过程不必用钢尺量取仪器高，棱镜高，也就减少了这方面造成的误差。

同时需要指出的是，在实际测量中，棱镜高还可以根据实际情况改变，只要记录下相对于初值t增大或减小的数值，就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程。

2.2.3设计资料

设计院交桩资料中交了五个交点坐标、四个C级控制网点、十一个水准基点及三条曲线的半径、转角、缓和曲线长，其他曲线要素及坐标均由施工单位根据交桩资料推算得出，数据见附表1、附表2及附表3。

附表1直线、曲线及转角表

工程名称：

　郑西客运专线ZXZQ05标

测量单位：

中铁二十三局第二项目部

日期：

2006.09.06

交点

名

交点桩号

转角及第

半径Rs

切线长T1

ZH桩号

HY或ZY桩

QZ或HH桩

YH或YZ桩

HZ桩号

间距、直段

及坐标

一二缓长

R、Re

T2及全长

及坐标

号及坐标

号及坐标

号及坐标

及坐标

长与方位

JD8H

K373+699.122

2448.762

3824233.396

410.552

493949.4972

2483000.9

JD9

K376+147.884

244301.7

2038.210

K374+109.674

K374+679.674

K376+120.257

K377+560.839

K378+130.839

3851.136

3823335.931

570.000

8000

2038.210

3824082.9297

3823880.3499

3823525.0105

3823425.0950

3823450.3245

450.658

491671.122

570.000

4021.165

493567.5116

493034.7595

491640.6969

490205.5338

489636.1246

2731302.6

JD10

K379+943.766

-130518.7

1362.269

K378+581.497

K379+011.497

K379+938.687

K380+865.878

K381+295.878

6616.027

3823552.074

430.000

10000

1362.269

3823475.6174

3823496.6731

3823485.8240

3823389.2130

3823318.5361

4563.675

487826.056

430.000

2714.381

489186.1774

488756.7020

487829.9071

486908.0976

486483.9548

2600743.9

JD11

K386+549.637

52622.5

690.084

K385+859.553

K386+289.553

K386+549.246

K386+808.940

K387+238.940

7273.330

3822417.868

430.000

10000

690.084

3822536.1712

3822465.4943

3822429.8228

3822400.8426

3822364.5464

6583.246

481307.974

430.000

1379.387

481987.8415

481563.6986

481306.4741

481048.4100

480619.9535

2653406.4

JD12

K393+822.186

3821855.870

474056.389

注:

表中黑体字部分为设计交桩资料，其他为施工单位推算数据。

2.2.4复核采用仪器及观测条件

导线复测观测仪器：

渭南渭河特大桥DK376+970～DK391+500段导线复测采用索佳SET230RK、尼康DTM550全站仪进行，精度均为2″级。

附表2水准基点表

工程名称：

郑西客运专线新XX1标段

水准点号

高程（m）

位置

水准点位置描述及材料

附注

里程

距中线（m）

左

右

DBM218

351.205

DK375+131

136.0

台头村路边

新设

DBM219

344.928

DK376+995

138.0

方山河河堤坡脚高压线下

新设

DBM220

339.795

DK378+356

144.0

南关村东丁字口路边

新设

DBM221

348.179

DK379+636

82.0

田边小路

新设

DBM222

347.575

DK381+230

64.0

水泥路东侧

新设

DBM223

340.545

DK383+366

220.0

谭头堡路边

=BM28BM33C12

DBM224

340.353

DK385+768

194.0

水城通里仁路东侧距围墙5m

=DBM224

DBM225

339.571

DK387+100

32.0

县道319五公里铺至庄头拐角处

新设

DBM226

338.682

DK388+830

6.0

杨村东端小路北侧

=DBM226

DBM227

339.944

DK390+756

206.0

县级公路边距房角4m

=BM217BM38GPS38

IDBM228

343.906

DIK392+890000

100

宜合堡村村边拐角上

新设

附表3C级网控制点表

工程名称：

郑西客运专线ZXZQ05标段

点号

X坐标

Y坐标

GPS037

3822847.045

476936.671

GPS038

3822298.451

477093.968

C11

3823375.764

484727.495

C12

3823179.986

484406.751

SET230RK全站仪测距部分：

补偿器补偿范围均为＞3′00″，视准轴误差测定c=-0.92″，竖盘指标差测定i=-0.33″，一测回水平方向标准偏差±0.50″；测角部分：

周期误差振幅A=0.18mm，周期误差初相角φ=144°15′27″，加常数C=0.94mm，乘常数R=-6.49mm/km，固定误差a=1.08mm，比例误差b=0.16mm/km。

尼康DTM550全站仪测距部分：

补偿器补偿范围均为＞3′27″，视准轴误差测定c=0.88″，竖盘指标差测定i=5.86″，一测回水平方向标准偏差±0.20″；测角部分：

周期误差振幅A=0.47mm，周期误差初相角φ=178.68°，加常数C=-0.40mm，乘常数R=-6.90mm/km，固定误差a=1.31mm，比例误差b=0.81mm/km。

高程复测观测仪器：

索佳C32Ⅱ、C30Ⅱ自动安平水准仪,C32Ⅱ望远镜视准线安平精度0.28″、调焦运行误差0.2mm、自动安平补偿误差0.1″；C30Ⅱ望远镜视准线安平精度0.07″、调焦运行误差0.3mm、自动安平补偿误差0.4″。

观测条件：

①要求在晴天、无雾、无雨、风力小于四级的情况下进行测量作业；

②平角观测宜在日间进行，且要求通视条件良好呈像清晰稳定，避免日晒仪器。

③在测量过程中注意查看气泡居中情况，如在观测过程中发现气泡偏离中心时应随时校正使之居中后继续进行。

2.2.5复测方法及结果

导线复测按四等导线进行，每一站点要求观测六个测回，测角中误差限差为2.5″、半测回归零差限差为8″、2C较差限差13″、同一方向各测回间较差限差9″、测距中误差5mm、测角中误差2.5″、相邻点位坐标中误差10mm、导线全长相对中误差1/40000、方位角闭合差限差±5√n（导线环或导线段的测角中误差应按下式mβ=√[1/N（fβ2/n）]计算，其中fβ为导线环或导线段的角度闭合差、N为导线环或导线段的个数）。

高程复测按四等水准进行，测量精度为：

每千米水准测量偶然中误差M△≤5.0mm、每千米水准测量全中误差MW≤10.0mm、检测已测段高差之差30√L、往返测不符值20√L、附合路线或环线闭合差20√L、左右路线高差不符值14√L。

郑西铁路客运专线采用《客运专线测量暂行规定》作为测量作业的依据。

在控制测量结果处理中，由于采用《道路测设大师》软件进行严密平差，这里不详细介绍误差的计算过程及计算公式。

比较结果见下表。

渭南渭河特大桥DK376+970～DK391+500段导线点

平差后与设计提供导线加密网比较结果

导线点

坐标比较结果

导线点

坐标比较结果

⊿x

⊿y

⊿x

⊿y

2D1

-13mm

-17mm

2D23

mm

mm

2D2

-7mm

-21mm

2D24

-1mm

+20mm

2D3

+10mm

-15mm

2D25

-3mm

+16mm

2D4

+8mm

-6mm

2D26

0mm

+12mm

2D5

+16mm

-1mm

2D27

-1mm

+8mm

2D6

mm

2D28

+4mm

-1mm

2D7

+11mm

+3mm

2D29

+19mm

-8mm

2D8

+9mm

+4mm

2D30

+21mm

+3mm

2D9

+22mm

0mm

2D31

+28mm

-7mm

2D10

mm

2D32

mm

mm

2D11

+21mm

-5mm

2D33

mm

mm

2D12

+16mm

+5mm

2D34

-6mm

-11mm

2D13

+19mm

-7mm

2D35

-22mm

-5mm

2D14

+9mm

-7mm

2D36

-10mm

-5mm

2D15

mm

-1mm

2D37

-10mm

-7mm

2D16

-4mm

+1mm

2D38

-7mm

-10mm

2D17

mm

mm

2D39

+8mm

-11mm

2D18

0mm

mm

2D40

+11mm

-13mm

2D19

-11mm

+4mm

2D41

-7mm

-6mm

2D20

+1mm

-2mm

2D42

+2mm

-5mm

2D21

mm

mm

2D43

+3mm

+6mm

2D22

　备注：

表中数值为实测值与设计提供值之差．

2.3控制测量

2.3.1控制点选择

按图对施工线路进行探查，熟悉沿线的地形地貌，然后在图纸上进行导线选线工作，选点工作完毕后进行现场核对、优化，使导线的线形及刚度符合测规要求。

2.3.2控制桩埋设

由于郑西铁路客运专线渭南渭河特大桥地处湿陷性黄土地段内，稳定性相对较差，对控制桩的稳定性要求很高，据调查渭南地区的冻结深度为0.3m，受其影响的最小深度为1.2m，故郑西客运专线所埋控制点的最小深度为1.5m。

要求挖上口直径为0.4m、下口直径为0.7m的锥形圆柱体基坑，在其中心处用长1.8mφ20螺纹钢筋，打入基坑底0.35m后用C30砼现浇，要求砼表面与钢筋顶面平齐，将砼表面抹平并在表面该出该点点号，待砼收缩完毕后用红油漆涂满点号的凹槽，以便于测量中认点，避免出现记录点号错误，砼收缩完毕后钢筋将露出砼表面1cm，在钢筋顶面用钢锯锯出3mm深的十字线。

2.3.3测设方法

分段测设，分段平差，每段距离2～4km，施工范围内共分7段。

现场以GPS037-GPS038为起始边，以C11-C12为终边，做四等导线控制测量。

作业结束后，对数据采用《道路测设大师》软件进行严密平差，平差结果符合四等导线测设要求，部分结果见下表。

导线严密平差计算表

（一）

名称：

郑西铁路客运专线ZXZQ05标段二公司管内导线平差第一段等级：

一级

点名

观测角度

（°'"）

角度改正

（"）

方位角

（°'"）

边长观测

值（m）

边长改正

数（mm）

边长平差

值（m）

坐标

X（m）

Y（m）

GPS37

3822847.045

476936.671

1640003

GPS38

1783104

5.28

3822298.451

477093.968

1623113

284.734

0.44

284.734

2D-43

1103938

3.62

3822026.865

477179.494

931054

343.534

-1.86

343.532

2D-42

1731922

2.50

3822007.798

477522.496

863019

380.608

-2.10

380.606

2D-41

1874027

1.48

3822030.998

477902.394

941047

364.948

-1.90

364.946

2D-40

1290031

0.25

3822004.399

478266.370

431119

497.577

-2.65

497.574

2D-39

785829

1.11

3822367.183

478606.910

3020949

385.137

1.10

385.138

D01

2093802

3.14

3822572.207

478280.878

33147

D02

3823002.559

478050.108

备注

角度闭和差Wa=-17.37"＜10√7=26.45"

W