15第十五章管道工程测量邓.docx
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15第十五章管道工程测量邓
第十五章管道工程测量
第一节概述
管道工程属地下工程。
在城镇和工矿企业中，地下管道工程包括给水、排水、暖气、煤气、电缆、输油管等等。
这些管道大多修建在建筑密集的城建区和矿区，纵横交错，上下穿插，有时在很狭窄的地段，常敷设多种管道。
管道工程测量的任务，是严格按照图纸上的设计位置，正确地将管道测设于地面，便于施工人员随时掌握管道的走向和坡度。
管道工程测量的主要工作包括踏勘选线，中线测量、纵横断面测量、管道施工测量和竣工测量，本章仅介绍传统测量方法，数字地图在管道工程中的应用见十四章第七节。
第二节管道中线测量
根据地下管道的规划设计、图上定线，结合现场勘察，可以在地形图上初步确定管道的位置。
管道的起点、终点和转折点称为主点。
管道中线测量的任务包括两个方面：
一是将图上确定的主点测设于地面；二是沿管道中线方向进行中线测设。
由于管线的转折方向都用弯管来控制，所以管道工程测量中一般都不测设圆曲线。
一、主点的测设
将图上设计好的主点位置测设于地面，通常包括两方面的工作：
主点测设数据的准备和现场测设。
主点的测设数据可根据现场的实际情况（如控制点的分布等）、管道的类型和精度要求的不同而采用解析法或图解法求得。
依据测设数据在现场测设主点，可应用第九章所叙述的极坐标法、角度交会法、直角坐标法和距离交会等方法进行。
为防止出现差错，各主点在实地测设以后，需用相应的方法进行校核。
1、解析法
当管道附近布设有控制点，且规划设计图上已给出了管道主点的坐标时，可用解析法来求测设数据。
，
如图15—1所示。
管道附近已布设有导线点1、2、3……等点，各导线点的坐标是已知的，管道起点、转折点和管道终点的设计坐标可从规划设计图上求得。
图15—1解析法确定主点
由导线点测设各主点的测设数据可以根据坐标进行反算。
例如管道起点与转折点l是用极坐标法放样的，其测设数据为β1、D1、β2、D2；转折点2是由导线点2、3利用角度交会法进行的，其测设数据为交会角β3、β4，并丈量导线点2和转折点2的距离与坐标计算的距离D3校核；管道终点是由导线点3、4利用角度交会法测设的，由于在规划设计图上用图解法可求得原有建筑物墙角A、B至管道终点的距离，故用距离交会法可以校核管道终点的位置。
2、图解法
当管道规划设计图的比例尺较大，且管道主点附近有可靠的地物时，则可用图解法计算测设数据。
如图15—2（a）所示，1、2为原有管道检查井位置，A、B、C……等点是规划图上设计的管道各主点。
测设以前，先在大比例尺规划设计图上用图解法求得测设数据Dl、D2、D3、D4、D5和D6等距离。
管道起点A的测设是由检查井1沿原有管道12的方向，丈量长度Dl得A点，并量取长度D2进行校核；转折点B是用长度D3、D4以距离交会法测设的，转折点B之所以用距离交会法，是因为D3、D4的长度未超过一个尺段；管道转折点C根据图上图解的长度D5、D6以直角坐标法测设，并以长度D7进行校核。
（a）
（b）
图15—2图解法确定主点图15—3里程桩手薄
二、中线测量
将管道的起点、转折点和终点等主点测设于地面，仅表示了管道的走向，为便于计算管道的长度和绘制纵断面图，须通过量距和测角把管道中心线的平面位置在地面上用一系列木桩表示，这项工作称为中线测量。
从管道的起点开始，每隔某一整数距离在管道的中心线上打一个标明里程的柱，称为里程桩。
根据不同管线的要求，里程桩之间的距离。
可以为20m、30m，但最长不超过50m，距离的丈量一般使用钢尺；在精度要求不高时，也可用皮尺。
如每隔50m打一个里程桩，则管道起点桩的里程（又称桩号）为0＋000；第二个桩的桩号为0十050，即表示该桩离起点的距离为0公里又050米。
各桩离管道起点的里程，即桩号，用红油漆写在木桩的侧面。
当管道穿越铁路、公路、原有管道等重要地物或管道转折处、或遇地形坡度变化处，需增设加桩。
如图15—3增设桩号为0＋172加桩，是因为管线在此处的地面坡度有变化。
管道在转折点处要改变方向，改变后的方向与管道原方向之间的夹角称为转角。
如图15—2（b）所示，A为管道起点，B、C、D……，等为转折点，亦即相邻两直线的交点。
转角α右表示管线在B处向右偏转，α左表示管线在C处向左偏转，β1表示管线在各转折点处的右角。
测角时，用测回法测量转折点右角β1，以计算各转角α，如图15—2（b），管道在B处向右偏转时
α右=180°—β1
当管道在C处向左偏转时
α左=β2—180°
沿管线量距的同时，还要在现场绘出管线两侧的地物和地貌，以供断面图的绘制和设计管道之用，这种图称为里程桩手薄。
如图15—4所示，图中直线表示管道的中心线，直线上的黑点表示里程桩的位置，黑点旁分别注上各桩的桩号，0＋172和0＋311表示地面坡度变化处的加桩，同时，0＋311处也是管线的转折点，转向后的管线仍以原直线画之，箭头表明管线从0＋311m以后的走向，30°表示管线的偏角，箭头画在中心线的左侧，说明左偏，反之为右偏。
加桩0＋470表示有一道路穿越该处。
第三节管道纵横断面测量
一、管道纵断面测量
管道纵断面测量又称管道水准测量。
它的目的是：
测定中线上各中桩的地面高程，绘制中线纵断面图，用以反映管道纵向地面起伏的情况，作为设计管道坡度和计算中桩填挖高度的依据。
管道水准测量分两步进行：
首先沿管道方向布设水准点，作为高程控制点，测定这些高程控制点的方法，称为基平测量；然后根据各高程控制点，分段进行中桩水准测量，称为中平测量。
1．基平测量
基平测量也称为高程控制测量。
其高程控制点分为永久性和临时性两种。
永久性水准点一般每隔25～30km布设一点；在管道的起点、终点、以及需长期观测高程的地方，均应布设。
临时性水准点的布设密度视具体情况而定，在较短管道上，一般每隔300～500m布设一个；在山区，每隔0.5～1km布设一个；在平原地区，每隔1～2km布设一个。
高程控制点应与附近国家水准点相连，形成一条附合的水准路线。
水准点高程的测定，应采用四等水准测量或全站仪三角高程测量的方法进行观测和计算。
2．中平测量
中平测量即为纵断面水准测量。
一般是以相邻两水准点为一测段，从一水准点开始，逐点施测中桩的地面高程，附合于下一个水准点上。
相邻两水准点间形成一条附合水准路线。
测量时，采用视线高法。
如图15—4所示，从水准点BMl为已知高程，依次逐点测出管道各中桩0+000、0+050、0+100…等的高程，然后附合到相邻一个水准点BM2，以校核该段观测成果是否符合要求。
中桩水准测量一般采用等外水准测量的精度要求，其闭合差不得超过±10
（n为测站数）或±40
mm（L为千米数）。
若闭合差超过容许误差，则该段必须重测。
图15-4视线高法
管道纵断面水准测量的观测结果分别记入表15—1中。
表中“前视读数”栏内分为“中间点”和“转点”。
由于转点起着传递高程的作用，因此，转点要放尺垫，读至毫米；中间点直接将水准尺立在紧靠桩边的地面上，读至厘米即可。
每一站的计算按式（15－1）、式（15－2）、式（15－3）进行：
视线高程=后视点高程+后视读数，即
（15—1）
测点高程=视线高程－前视读数，即
（15－2）
计算校核：
∑后视读数一∑转点的前视读数=终点的计算高程一起点高程，即
（15－3）
表15－1管道纵断面水准测量记录
测点
后视读数（m）
视线高差（m）
前视读数（m）
测点高程（m）
备注
中间点
转点
BM1
2.191
14.505
12.314
已知高程
0+000
1.62
12.89
0+050
1.90
12.61
0+100
0.62
13.89
0+108
1.03
13.48
0+120
0.91
13.60
TP1
2.162
15.661
1.006
13.499
0+140
0.50
15.16
0+160
0.52
15.14
0+180
0.82
14.84
0+200
1.20
14.46
0+221
1.01
14.65
0+240
1.06
14.60
TP2
1.421
15.561
1.521
14.140
0+260
1.48
14.08
0+280
1.55
14.01
0+300
1.56
14.00
0+320
1.57
13.99
0+335
1.77
13.79
0+350
1.97
13.59
TP3
1.724
15.897
1.388
14.173
0+384
1.58
14.32
0+391
1.53
14.37
0+400
1.57
14.33
BM2
1.281
14.616
（14.618）
∑
7.498
5.196
校核计算
3．纵断面图的绘制
管道纵断面图是反映中线方向地面起伏情况、设计纵坡大小、填挖高度等重要资料的线状图。
纵断面图一般绘在印有厘米和毫米的方格纸上或利用专门的软件绘制。
以道路中桩的里程为横坐标，以高程为纵坐标。
为了在图中能明显地表示出地面起伏的变化，一般高程比例尺（纵向比例尺）是距离比例尺（横向比例尺）的10～20倍。
为了节省纸张和便于阅读，高程一般不从零开始，而是选择一个能使绘出的地面线处在图上适当位置的高程作为起点。
如图15—5中的高程是以10m为起点。
在图15—5的上半部，细线表示管道中线的实际地面线，是根据桩距和中桩高程按比例绘制的；粗线是设计纵坡线，是按设计要求绘制的。
此外，还要绘制：
（1）桩号和地面高程，其数据在纵断面水准测量记录表中获得。
桩号栏中，从左至右按距离比例尺注入各中桩的桩号；在地面高程一栏中，注上对应于各桩号的地面高程。
并在纵断面图上按各中桩的地面高程依次绘出其相应的位置，用细直线连接相邻各点，即得地面线。
（2）坡度与距离栏中，注明的是设计值，用符号“／、＼、一”分别表示上坡、下坡和平坡，坡度线上方注明坡度值，以百分率表示，下方注明坡长，不同的坡段以竖线隔开。
（3）设计高程栏中：
设计高程＝起点高程一设计坡度×起点到该点的距离
（4）填挖高程栏中：
填挖高度＝地面高程一设计高程。
图15-5纵断面图
二、管道横断面测量
横断面测量的目的是在各中桩处测出垂直于管道中线方向的地面起伏情况，绘制横断面图是管道设计时计算土方量和施工时确定断面填挖边界的依据。
横断面测量的宽度应根据工程具体要求而定，一般在中线左、右两侧各测10～50m。
左、右侧规定是：
面向管道的前进方向，左手为左侧，右手为右侧。
横断面的方向可以用十字形方向架或全站仪确定。
直线段横断面的方向与管道中线相垂直，横断面测量的精度要求较低，一般高程测至厘米，距离测至分米。
1．横断面测量的方法
（1）水准仪皮尺法。
适用范围：
地面平坦，且横断面较宽的地段。
施测方法：
如图15-6所示，水准仪安置后，以中桩地面高程点为后视，中桩两侧横断面方向的地形特征点为前视，分别读出水准尺读数（至厘米位）；再用皮尺分别量出各特征点至中桩的平距，读数至分米。
并将观测数据记入表15—2中。
表中每一个分式代表横断面上一个测点，分子系各测点的前视读数，分母表示各测点相对于中桩的水平距离。
图15-6水准仪皮尺法
表15-2横断面测量记录表（水准仪皮尺法）
（2）全站仪法。
适用范围：
任何地段，尤其是地形复杂、横坡较陡的地段，采用此法非常方便。
施测方法：
将全站仪安置于中桩上，量取仪器高至中桩地面，用全站仪测出横断面上各特征点至中桩的水平距离和高差。
（3）花杆皮尺法。
适用范围：
精度较低、地形起伏多变的低等级管道工程。
施测方法：
如图15—7所示，将一根花杆立于中桩地面上，另一根花杆立于横断面方向的某特征点上，拉平皮尺量出中桩至该点的距离；读出皮尺截于花杆的高度，即为两点间的高差，上坡为+、下坡为一。
同法连续测出相邻两点间的平距和高差，直至达到所需测量宽度为止。
测量数据记入表15—3中。
表中所记数据为相邻两点间的水平距离和高差，其中水平距离记在横线以下，高差记在横线以上。
图15-7花杆皮尺法
表15—3横断面测量记录表（花杆皮尺法）
左侧
中桩号
右侧
0+000
2．横断面图的绘制
根据横断面测量数据，可在毫米方格纸上或专用软件上绘出各桩号的横断面。
为了便于计算各横断面的面积和确定管道各桩号的边坡线，横断面的水平距离和高差比例尺一致，一般为1：
100或1：
200。
绘图时，先在图纸上标定好中桩位置，再由中桩开始，分左右两侧逐一按各特征点间的平距和高差点绘于图纸上，并用直线连接相邻各点，即得地面线，如图15-8所示。
然后，套绘设计的标准断面于图中。
图15-8横断面图
第三节管道施工测量
根据纵、横断面测绘成果及其它的有关资料，进行管道的技术设计，包括确定管道的坡度、计算各里程桩、加桩的埋设深度，即可进行管道的施工测量。
如经设计所确定的管道中线位置与管道中线测量所定的中线位置一致，而且原在地面上定出的管道起点、转折点、管道终点以及里程桩和加桩的位置无损坏、丢失，则在施工前，只需进行一次检查测量即可。
如管线位置有变化，则需要根据设计资料，在地面上重新定出各主点的位置，并进行中线测量，确定中线上里程桩、加桩的位置。
管道属地下工程，为了便于检修，设计时在管道中线的适当位置常设置检查井。
因此，在施工前，需根据设计资料用钢尺在管道中心线上定出检查井的位置，并用木桩标定。
由于管道施工过程中，原在中心线上所定出的中线桩、检查井的木桩都将被挖掉。
为了在施工过程中，能随时恢复中线桩和检查井的位置，可以在施工前设置中线控制桩和井位控制桩。
如图15—9所示，点1为管道的起点，3为转折点，它们均位于管道中线方向上，挖槽后，点位将不能保存。
为此，我们在点1、3的延长线两端，分别埋设两个中线控制桩，利用这四个中线控制桩，可以随时恢复管道中线的方向；2、4、5……等点是管道上各检查井的位置，为了能及时恢复它们的位置，可以在每个检查井处垂直于中线方向的两侧各设置两个井位控制桩。
中线控制桩、井位控制桩应设置在不受施工影响，且容易保存的地方。
为了引测的方便，中线控制桩离主点的距离、井位控制桩离中线的距离最好是一个整米数。
图15—9中线控制桩的测设
施工前，需根据管径大小，管道埋置深度和土质情况，决定挖槽宽度，并用石灰线在地面上标明管道开挖边界线，如图15—4中的虚线。
施工时，通常采用龙门板来控制管道的中线和高程，称为龙门板法。
下面我们结合实例来讲述它的具体作法。
如图15—10所示，龙门板由坡度板与坡度立板组成。
管道中线测量时，里程桩之间的距离一般较大，当进行管道施工时，需加密中线桩，即每隔10～20m设置一个龙门板。
管道的施工包括挖槽和埋设管道，相应的测量工作主要是管道中线的测设与高程的测设。
图15—10龙门板法
一、管道中线测设
当管槽挖到一定深度后，如图15—10所示，在槽顶上用钢尺丈量距离，每隔10m设置一个龙门板，将经纬仪安置在一端的中线控制桩上，瞄准另一端的中线控制桩，即得管道中心线方向，俯下望远镜，把管道中线投影到各坡度板及坡度立板上，并用小钉标明其位置，称中线钉，各坡度板上的中线钉的连线就是管道中心线的方向。
管道施工时，在各坡度板的中线钉上吊锤球线，即可将中线投影到管槽内，以控制管道中线与管道的埋设。
二、高程测设
为了控制管槽的开挖深度与管道的埋设，必须在龙门板上设置高程标志。
高程的测设包括坡度板板顶高程的测定与坡度钉的测设。
1、坡度板板顶高程测定
安置水准仪于管道中线的一侧，后视附近的水准点BM1，读取后视读数1.788m，求得视线高程为39.592m（表15—4），然后将水准尺立于各坡度板的板顶上，依次读得各前视读数，即可求得各坡度板板顶的高程。
2、坡度钉的测设
在每一坡度板上钉一坡度立板，使立板的一边正好对齐中线钉。
通过测出的各坡度板板顶高程，以及管道起点的管底设计高程、管道坡度和各坡度板之间的距离，可以计算出各坡度板处管底的设计高程。
坡度板板顶高程
表15—4板顶高程测定记录
板号
后视（m）
视线高程（m）
前视（m）
板顶高程（m）
备注
中间点
转点
BM1
1.788
39.592
37.804
0+000
1.028
38.564
0+010
1.136
38.456
0+020
1.227
38.365
0+030
1.279
38.313
0+040
1.395
38.197
0+050
1.488
38.104
…
…
…
0+100
1.647
39.348
37.701
0+110
1.729
37.069
…
…
…
与其相应管道处管底的设计高程之差，就是从板顶向下开挖到管底的深度（实际开挖深度还应加上管壁和垫层的厚度），通常称为下反数。
下反数往往不是整数而是零数，且各坡度板的下反数都不一致，因此，施工时以此数来检查各坡度板处的挖槽深度是很不方便的。
如果能使某一段管线内各坡度板的下反数为一预定的整分米数，这对施工时控制挖槽深度和埋设管道将方便得多，为此，应对各坡度板加一调整数，每一坡度板板顶应向下或向上量的调整数可按下式计算：
板顶高程调整数=选定的下反数—（板顶高程一管底高程）（15—4）
根据（15—4）式算得的调整数，便可在坡度立板上用小钉定出下反数的位置，这个钉称为坡度钉（图15—11）。
计算出的调整数有正负，负数表示应由板顶向下量取的调整数，正数为向上量取的调整数。
各坡度钉的连线即与设计管底坡度线相平行，且高差为选定的整数，这样，在某一段管道施工时，施工人员只需用一木杆，在木杆上标出选定的下反数的位置，便可随时检查管槽是否挖到管底的设计高程。
现结合表15—5说明坡度钉高程的计算方法。
表中第3栏系纵断面图上第一段的设计坡度，第4栏是根据管道起点的管底高程、坡度和距离计算的管底高程，第5栏系用水准仪测定的各板顶高程。
由表15—5第6栏可知，计算的下反数为一零数，且各值不等，现选定下反数为1.500m，根据（15—4）式即可算得各坡度板板顶高程的调整数。
以0＋000桩为例，其调整数为：
0＋000桩板顶高程调整数=1.500—（38.564—36.820）=－0.244m
如图15—11所示，由板顶用钢尺向下量取0.244m，钉以小钉，即得坡度钉的位置。
各坡度钉的高程按下式计算:
坡度钉高程=（管底设计高程）＋（选定的下反数）
例：
0＋000桩的坡度钉高程=36.820＋1.500＝38.320m
表15—5坡度钉高程计算表
板号
距离（m）
坡度
管底高程
（m）
板顶高程（m）
H板顶－H管底（m）
下反数（m）
调整数（m）
坡度钉高程（m）
0+000
8‰
36.820
38.564
1.744
1.500
-0.244
38.320
10
0+010
36.740
38.456
1.716
-0.216
38.240
10
0+020
36.660
38.365
1.705
-0.205
38.160
10
0+030
36.580
38.313
1.733
-0.233
38.080
10
0+040
36.500
38.197
1.697
-0.197
38.000
10
0+050
36.420
38.104
1.684
-0.184
37.920
…
龙门板上坡度钉的位置是管道施工时的高程标志，为防止出现错误，在坡度钉钉好后，应重新进行一次水准测量，测定各坡度钉的高程，以资校核，另在施工过程中，由于来往交通频繁，容易碰撞龙门板，特别是雨雪后，龙门板可能发生下沉现象，因此，需定期对坡度钉的高程进行检查。
需要指出的是，各段的下反数，并非常数，选用何值为好，应根据实际情况而定。
图15—11坡度钉高程计算
第五节管道竣工测量
管道施工过程中，由于各种原因（如地质条件）而修正原设计是常有的事。
因此，在管道竣工后，必须施测管道竣工图（包括竣工平面图和管道竣工断面图），以便全面反映管道施工后的成果，这些资料对检查管道的施工质量是否符合设计要求，对管道运行后的管理和维修工作以及对管道工程的扩建与改建是不可缺少的。
因为管道是地下工程，如果没有这些资料，将对今后的工作带来很大的困难，并浪费大量的人力、物力和时间。
竣工图的测绘必须在管道埋设后，回填土以前进行。
管道竣工图的测量主要包括以下工作：
（1）管道主点、检查井以及附属构筑物施工后的平面位置；
（2）管道主点处管底高程，检查井井顶与井底高程以及检查井井间的距离和管径；
（3）对于给水管道，还应测量阀门、消火栓以及排气装置等的平面位置和高程，并用规定的符号标明之。
图15—12为给水管道竣工平面图。
图中表明了检查井的编号、井口高程、管底高程、井间距离以及管径等，还用专门的符号标明了阀门、消火栓以及排气装置等。
图15—12给水管道竣工平面图
复习思考题
1.如何进行管道的中线测量？
2.在管道施工测量中，如何进行高程的放样？
3.如何进行纵断面测量？
精度要求怎样？
4.如何进行管道的竣工测量？
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