三环路大桥施工控制网技术设计书优化设计.docx
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1、 工程测量课程设计报告三环路大桥施工控制网优化技术设计环境与测绘学院 2011-7-18目录1.背景32.桥址基本情况 32.1.地形地貌及气象条件 32.2交通条件 323测区已有测绘资料及成果利用 3231收集资料 32.3.2平面控制资料 3233高程控制资料 4234地形图资料 33.桥梁简介: 34.相关作业依据与要求 441相关测量规范 44.2等级、精度要求45. 主要测量仪器表 66. 桥梁施工控制网的布设方案 76.1桥梁施工控制网布设的一般方法76.2 桥梁施工控制网布设的特殊要求86.3 桥梁施工控制网布设方法的分析与选择 97.桥梁施工控制网的优化设计98.桥轴线必要精
2、度 99.首级平面控制网优化设 1010.次级控制网优化设计 2211.高程控制网优化设计2812.桥墩放样方案3913.课程设计总结 47三环路大桥施工控制网技术设计书在桥梁工程施工阶段,测量工作的任务是直接为施工服务。测量放样的前提除了要有内业计算资料外,还要满足施工放样精度要求,控制点密度适当,图形结构良好的施工控制网更是必不可少,而且施工控制网的布设形式和精度等级更直接影响桥墩放样点位的精度,从而更构成了桥梁建设成败的一个关键因素。因此如何更科学地设计与布设一个既经济又合理的桥梁施工控制网显得极为重要。1.背景:2006年中国矿业大学南湖校区开工建设,新校址与三环路隔河而立,为了方便学
3、校师生的出行,校方遂委托建设方设计一跨河大桥。为了桥梁的施工建设,需要布设施工控制网。施工控制网需满足施工建设的需求,另外应根据地形条件和建网费用等其他因素,选择最优的控制网方案。2.桥址基本情况2.1.地形地貌及气象条件大桥位于江苏省徐州市泉山区三环路一侧,地势平坦,视野开阔。大桥位于江苏省徐州市泉山区,经度:117.17,纬度:34.18,距翟山校本部4.5公里,距市中心彭城广场6.5公里,地域环境十分优越,四周青山环抱,绿水荡漾,是理想的建桥地址。其地形、地貌属侵蚀平原。建址地势呈西南高、东北低,建址无不良地质现象。徐州位居中纬度地区,属暖温带半湿润季风候区,雨热同季,四季分明,主要气象
4、灾害有旱、涝、风、冰、霜、雹。2.2交通条件列为徐州市重点工程之一的“中山南路延长段”,将于近期动工兴建。拟建场址东临金山南路,北靠三环南路,南邻南湖校区,将南湖校区与三环南路。人流、物流畅通,交通十分便捷23测区已有测绘资料及成果利用231收集资料收集测区内各种已有的测绘资料,包括地形图、交通图、地名图、基础控制成果(成果表、点之记、网图、技术总结)及鉴定结论等,以级与甲方沟通后甲方提出的其他要求。2.3.2平面控制资料为了使大桥施工坐标系统与大桥勘测资料坐标系统的一致性。故选用两个国家二等三角网点K01,K02,这两个控制点都是大桥连接线勘测阶段时建立的线路控制测量的起算点。2.3.3高程
5、控制资料为使大桥施工控制网的高程系统与大桥连接勘测时建立的高程系统相一致,故大桥施工控制网的高程系统选择1985黄海高程系,并且在北岸找到一个I等水准点A;南岸找到一个国家I等水准点B。2.3.4地形图资料1、有江苏省测绘局出版的1:1万地形图,作为工作计划图和控制网布设工作底图。2、甲方提供的其它现有的大比例尺地形图或其它图件。桥址附近有高等级水准点A,B,标志保存完好可以与桥梁控制网联测。 前沟湾 前沟湾金山南路 三环南路 曲水 大桥 中国矿业大学 南湖校区图1 三环路大桥位置简图3.桥梁简介:大桥为20孔等跨70米简支钢梁组成,节间长度为8m,墩上支座间距为1.1m,为单用公路桁架桥。根
6、据桥梁跨越结构的架设误差确定桥轴线长度需要的精度4.相关作业依据与要求41相关测量规范1.工程测量规范(GB500262007);2.公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000);3.公路工程质量检验评定标准(JTJ071-9);4.国家一二等水准测量规范(GB12897-91)5.公路勘测规范(JTJ061-99)6.全球定位系统(GPS)测量规范(GB/18314-2009)7.DZS2自动安平水准仪使用说明书(北京博飞);8.Leica TC1500用户手册(瑞士徕卡);4.2等级、精度要求桥梁施工平面控制网的建立,应符合下列规定:1 桥梁施工平面控制网,宜布设成自由网,并根据线路测量
7、控制点定位。2 控制网可采用GPS 网、三角形网和导线网等形式。3 控制网的边长,宜为主桥轴线长度的05-15 倍。4 当控制网跨越江河时,每岸不少于3 点,其中轴线上每岸宜布设2 点。平面控制测量等级 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20005000m特大桥40006000m特长隧道四等三角、导线10002000m特大桥20004000m特长隧道一级小三角、导线高速公路、一级公路5001000m特大桥10002000m中长隧道二级小三角、导线二级及二级以下公路500m大中桥1000m隧道三级导线三级及三级以下公路桥
8、梁施工控制网等级的选择 桥长L(m)跨越的宽度l(m)平面控制网的等级高程控制网的等级L5000l1000二等或三等二等2000L5000500l500三等或四等三等500L2000200l500四等或一级四等L500l200一级四等或五等注:1 L 为桥的总长 2 l 为跨越的宽度指桥梁所跨越的江、河、峡谷的宽度。水准测量的主要技术要求等级每千米高差中误差(mm)路线长度(km)水准仪型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地(mm)山地(mm)二等2-DS1因瓦往返各一次往返各一次4L三等650DS1因瓦往返各一次往一次12L4nDS3双面往返各一次四等1016
9、DS3双面往返各一次往一次20L6n五等15-DS3双面往返各一次往一次30L-注:1.成带节点的水准网时,节点之间或节点与已知点之间的路线长度,不应大于表中规定的0.7倍。2.L为往返段附合或闭合环的水准路线长度,km。n为测站数。5. 主要测量仪器表主要测量仪器表:TC1500及测角2.0、测距(2mm+2ppmD)。自动安平水准仪往返1km误差为1.5。徕卡NA728自动安平水准仪往返1km误差为1.5。徕卡及与全站仪配套的对点器、反射镜。6. 桥梁施工控制网的布设方案桥梁施工平面控制网的图形常见的有图1 所示的四种, 其中12 为桥轴线。图1( a) 为菱形网, 适合江中有岛时采用;图
10、1( b) 、( c) 为双三角形网和单大地四边形网, 主要用于大、中桥的控制;图1(d)(e)为大地四边形加三角形网和双大地四边形网, 主要用于大桥和特大桥的控制。 1 2 2 4 2 4 2 4 2 5 3 4 5 3 4 6 7 81 3 1 4 3 1 3 1 5 3 1 6 2(a) (b) (c) (d) (e) (f)大型桥梁总与两岸连接线(引桥)相衔接。鉴于通航的要求,大型桥梁的桥面高远远大于两岸的地面标高。因此,主桥面两端的引桥常长达数百米或数公里。从主桥和引桥放样的一体化考虑,以上网形不满足于施工控制的需求,拟应在桥轴线两端延长线上选两点构成图f所示网形。该控制网基本满足工
11、程施工放样的需要,而且结构强度好,点位精度均匀,可靠性大,便于放样墩台中心及桥梁上部构件,有利于提高控制点精度和放样精度,也能对所达到的桥轴线横向精度作出切合实际的评定。6.1桥梁施工控制网布设的一般方法桥梁施工的主要任务之一就是正确测设出桥墩、桥台的位置,而桥轴线长度又是设计与测设墩台位置的依据,因此,保证桥轴线测量的必要精度,有着极为重要的意义。 在干涸、浅水河道上,可以沿桥轴线直接丈量距离来确定桥墩、台中心的位置。只需要保证相邻桥墩、台的距离满足设计梁架的要求即可,桥轴线总长度的精度并不是决定性的因素。在深水河道上,两桥台间的距离无法直接丈量,桥梁墩、台中心的位置需用交会法进行测设。桥轴
12、线长度的误差就直接影响桥墩、台的定位精度。为了便于桥梁的架设,根据每座桥梁设计的具体情况,应在测量以前予估桥轴线的需要精度,以便合理地拟定测量方法和规定各项测量的限差。施工阶段测定桥轴线的长度,其精度要求比勘测阶段高,相应的测量方法也有差异。通常采用的方法有:全站仪法、三角网法、边角网法、丈量法等。随着测量仪器的发展,全站仪法、边角网法已经成为主要的方法。在桥梁边角网中,不一定观测所有的角度( 或方向) 及边长。可以在测角网的基础上按需要加测若干条边长;或者在测边网的基础上加测若干个角度(或方向)。为了充分发挥测角有利于控制方向(或角度)误差即横向误差;测边有利于控制尺度误差即纵向误差的优点,
13、大多数桥梁控制网都宜采用边角网法进行平面控制。6.2 桥梁施工控制网布设的特殊要求桥梁控制网布网时除了考虑有利的网形以及一般工程控制网的基本要求以外,还需注意以下几点:( 1) 为了使控制网与桥轴线联系起来,应在河流两岸的桥轴线上各设立一个控制点,即将桥轴线作为控制网的一条边,控制点与桥台设计位置不应太远,以方便桥墩台的测设及保证两桥墩台间距离的精度要求。同时,测设桥墩台时,尽量在桥轴线上的控制点上安置仪器进行测量,以减少垂直予桥轴线方向的误差。( 2) 桥梁三角网的边长与河宽有关,一般在0.51.5倍河宽范围内变动。由于三角网边长较短,一般直接丈量三角网的边长作为基线。为了提高三角网韵精度,
14、使其有较多的检核条件,通常丈量两条基线,两岸各设一条。如因地形限制也可将两条基线布设在同一岸上,基线长度一般约等于两桥台间距离(或河宽)的0.7倍。另外,当地形条件许可时,应使基线长度为基线尺长的整数倍,这样可以避免用短尺丈量余长。此外,宜在基线上多设几个节点,埋设标石,便于交会近岸桥墩。以上为用因瓦基线尺丈量基线的情况。如果采用电子全站仪测量,基线的布置就非常灵活。( 3) 根据桥轴线的不同精度要求,确定控制网的测边、测角精度,并进而确定选用合适精度的测量仪器、测回数及读数精度。( 4) 对三角网而言,由于平差计算时只改正角度而不改正基线,即基线的误差与角度的误差相比可以忽略不计。所以为了保
15、证桥轴线有足够的精度,基线的精度要比轴线的精度高出23倍。对边角网和测边网而言,由于测定的边长不受角度影响而产生误差积累,测边的精度要求不象基线要求的那么高,只要相当于桥轴线的精度即可。( 5) 在大型桥梁建设中,由于工期较长,为了保证在施工过程中尺长标准的统一,一般都应在施工现场建立比尺长,以便于及时对测距工具进行检查核准。( 6) 布网时应对桥轴线精度、墩台测设、图形强度、点位保存、施工方便等因素进行综合分析考虑。施工时,由于考虑不周或其他原因,控制点位不能满足测设要求,而不得不对控制网进行加密的情况,在桥梁工程建设中也时有发生。因此,在桥梁控制网布网时,必须充分考虑这些特殊要求。6.3
16、桥梁施工控制网布设方法的分析与选择 目前大型桥梁施工控制网的建立方法主要有两种:一种是传统的三角网的方法,另一种是利用GPS技术建立。这两种方法在许多大型工程项目中都得到了成功的应用,但各有特色。 传统的三角网建网方法有许多优越性,如:观测量直观可靠,数据处理方法简单,有一整套成熟的建网技术和观测程序,测量精度比较容易控制,工程经验也较多等等。但该方法作业速度比较慢、测量的周期相对较长,人力物力的投入也比较大,在观测上受气象条件影响较大,在成果质量上受人的因素影响较大。所以人员因素和工作效率就成为传统三角网的致命弱点,尤其在当前的市场经济条件下,工程项目周期都比较紧张,留给测量作业的时间更是少
17、之又少,外业测量时间相当紧迫,并且大型桥梁施工控制网都是长距离跨江或跨河,对气象条件要求较高,每天可观测的时间又有限,因此客观上在精度能够满足需要的情况下应该尽量避免使用该方法。利用GPS技术建立控制网,恰恰弥补了常规传统三角网方法建网的不足,在减轻劳动强度、优化设计控制网的几何图形以及降低观测中气象条件的要求等方面具有明显的优势,并且可以在较短时间内以较少人力消耗来完成外业观测工作,观测基本上不受天气条件的限制,内、外业紧密结合,可以迅速提交测量成果。但是并不是所有桥梁工程都可以采用GPS技术建立测量控制网,比如在卫星接受信号较弱的工程或对控制网点位精度有特殊要求的工程就难以采用。7.桥梁施
18、工控制网的优化设计7.1对桥梁施工平面控制网的基本要求是:1、精确性;2、可靠性;3、经济性;4、可检测性。根据这些基本要求, 通常把施工平面控制网的优化设计分成四类设计, 称为零, 一、二、三类设计。四类设计是根据参数法平差原理, 以哪些作为已知参数, 以哪些作为未知参数来划分的。参数法平差的数学模型为v=AX+L ; PLL=QLL-1=DLL-1m02ATPLLAX+ATPLLL=0 ; X=-(ATPLLA)-1ATPLLL=QxxATPLLLDxx=m02Qxx=m02(ATPLLA)-1上式中与精度估算有关的参数为A、PLL(或QLL)、Qxx(或Dxx),A 为图形矩阵, 决定于
19、设计网形。PLL为观测值的权矩阵, 决定于观测纲要。Qxx为未知数的协因数阵, 如果把Qxx作为已知参数, 则Qxx(或Dxx)称为准则矩阵Cxx, 即控制网所预定的全面的精度要求, 一般情况下对控制网的精度要求仅限于准则矩阵中的主要元素, 称为纯量精度标准, 这些标准有:A标准-以Qxx的迹为最小:D标准一以Qxx的行列式值为最小;E标准一以Qxx的最大特征值max为最小。设计阶段的划分见表1. 表1工程控制网优化设计的分类字典分 类固定参数待定参数含 义零类设计(ZOD) A,PQxx基准设计一类设计(FOD) P,QxxA图形设计二类设计(SOD) A,QxxP观测精度设计三类设计(TH
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