三环路大桥施工控制网技术设计书(优化设计) 49页

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学院：环境与测绘学院班级：测绘工程08-3姓名：QQ:1462400765学号：07083067环境与测绘学院2011-7-1849 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⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32．3．测区已有测绘资料及成果利用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32．3．1．收集资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.3.2平面控制资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32．3．3高程控制资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42．3．4地形图资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33.桥梁简介：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34.相关作业依据与要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44．1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.桥轴线必要精度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99.首级平面控制网优化设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1049 10.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，主要气象灾害有旱、涝、风、冰、霜、雹。2.2交通条件49 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2．3．测区已有测绘资料及成果利用2．3．1．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49 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4．1相关测量规范1.《工程测量规范》（GB50026－2007）；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.《LeicaTC1500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0．5-1．5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—2000～5000m特大桥4000～6000m特长隧道四等三角、导线—1000～2000m特大桥2000～4000m特长隧道一级小三角、导线高速公路、一级公路500～1000m特大桥1000～2000m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——桥梁施工控制网等级的选择49 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L>5000l>1000二等或三等二等2000≤L≤5000500≤l≤500三等或四等三等500m1，将上式的二次项展开略去高次项，则有，M=m2（1+m12/2m22）若使上式中m12/2m22=0.1，即控制点高程误差的影响仅占放样高程总误差的10%，则有m12=0.2m22得m1=0.4M可以确定高程控制网中最弱水准点的高程误差应小于0.4*-+2厘米=-+8毫米，取两倍中误差为准许误差，则最弱点的高程中误差应小于-+4毫米。。49 11.3高程控制网布设方案一在AUTOCAD中设计水准网型，二等水准网。两个已知水准网：A和B。六个已知控制点为首级控制网点。本次优化设计采用的跨河水准测量简图。把AUTOCAD所设计的水准控制网在控制测量优化设计与平差2.13版软件中打开：由于布设成二等水准网，所以在设置计算方案的对话框中的高程单位权中误差为2。49 站名为1，照准点名为2，指水准路线方向为1->2,距离为0.29008.网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个0平面未知点数个0方向观测设站数站0方向观测总数个0边长观测数条0最大边长m最小边长m验后平面单位权中误差验后测角中误差"最大平面点位中误差mm最大平面相邻点间误差mm最大方位角误差"最大边长误差mm最大边长比例误差高程已知点数个2高程未知点数个24高差观测数段26验后高程单位权中误差mm49 最大高程中误差mm2.35点名：7最大高程相邻点间误差mm1.896－7点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度分)11.7021.44241.0531.7541.9252.0562.1672.3582.3392.29102.22112.10121.97131.74141.50151.13161.76171.93182.04192.22202.19212.14222.04231.90点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度分)121.042241.10231.1124K011.05340.95450.94561.01671.89780.9749 891.039101.0210111.0911120.9912131.1113141.0114151.1314161.0815K021.1316171.0017180.9518191.8619200.9820210.9921221.0322231.042311.04数据分析：由控制网的图形可知，由优化设计模拟数据精度表可知最大高程中误差mm2.35点名：7小于规范的要求最弱点的高程中误差应（-+4mm）。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少水准点的个数。11.4高程控制网布设方案二在次级控制网布设方案一的基础上，减少水准点数(由24减为20)。测角中误差应设置为2"。以下为控制网优化设计数据。网形及精度统计表高程已知点数个2高程未知点数个20高差观测数段22验后高程单位权中误差mm最大高程中误差mm2.37点名：7最大高程相邻点间误差mm1.896－7点位误差点名高程中误差(mm)11.7421.4231.0541.7551.9962.1449 72.3782.3592.29102.18112.04121.83131.52141.18151.82162.01172.23182.19192.10201.96数据分析：由控制网的图形可知，由优化设计模拟数据精度表可知最大高程中误差mm2.37点名：7小于规范的要求最弱点的高程中误差（±4mm）。11.5小结：以上两种方案均满足施工控制网的要求，两种方案加密控制网点位误差基本相同。其中方案1的精度相对高点。但方案2减少了水准点数，减少了工作量并降低了费用。故选用第二个方案。针对第二个方案使用MATLAB软件编写程序，评估高程中误差。49 49 12.桥墩放样方案12.1.桥墩放样必要精度：12.1.平面放样精度设M为平面放样点放样后点位总误差，其中m1为控制点点位误差引起的放样点点位误差，m2为放样过程中产生的误差引起的放样点点位误差，则有：M=-+m12+m22=-+m2(m1/m2)2+1很显然m2>m1，将上式的二次项展开略去高次项，则有，M=m2（1+m12/2m22）若使上式中m12/2m22=0.1，即控制点点位误差的影响仅占放样点位程总误差的10%，则有m12=0.2m22得m2=0.9M一般规定，桥墩中心放样的点位误差为20mm，即M=20mm则m2=0.9M=18mm由上可知，桥墩放样过程产生的点位误差小于等于18mm12．2高程放样必要精度设M为高程放样点放样后高程的总误差，其中m1为控制点高程误差引起的放样点高程误差，m2为放样过程中产生的误差引起的放样点高程误差，则有：M=-+m12+m22=-+m2(m1/m2)2+1很显然m2>m1，将上式的二次项展开略去高次项，则有，M=m2（1+m12/2m22）若使上式中m12/2m2249 =0.1，即控制点高程误差的影响仅占放样高程总误差的10%，则有m12=0.2m22得m2=0.4M则m2=0.9*-+2cm=-+18mm桥墩放样过程产生的桥墩中心高程误差小于等于18mm12.3桥墩中心放样方法直线桥的墩，台中心都位于桥轴线的方向上。已知墩、台中心的设计里程及桥轴线起点的里程，相邻两点的里程相减即可求得它们之间的距离。测设墩、台中心的位置的方法：直接测距法或交会法。（1）直接测距法：在桥轴线起点或终点架设仪器，并照准另一个端点。在桥轴线方向上设置反光镜，并前后移动，直至测出的距离与设计距离相符，则该点即为要测设的墩、台中心位置。为了减少移动反光镜的次数，在测出的距离与设计距离相差不多时，可用小钢尺测出其差数，以定出墩、台中心的位置。（2）角度交会法当桥墩位于水中，无法直接丈量距离及安置反光镜时，则采用角度交会法。坐标系:如图13-3所示，C、A、D为控制网的三角点，且A为桥轴线的端点，E为墩中心设计位置。C、A、D各控制点坐标已知，若墩心E的坐标与之不在同一坐标系，可将其进行改算至统一坐标系中。计算测设数据：利用坐标反算公式可推导出交会角α、β。桥墩放样方案：12.4桥墩中心放样方案一在AUTOCAD中设计网型，以次级控制网优化设计的第一方案的加密控制点进行墩台放样。01,02,03,04,05,06；G1,G2⋯⋯G8为放样控制点。T1⋯⋯T7（假设为七个）为放样的桥墩中心。49 由于放样桥墩的精度要求较高，放样时进行两测回，测角中误差应为22=1.41。单击“计算方案”所以在设置计算方案的对话框中的测角中误差应设为1.41。数据输入。49 网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个14平面未知点数个7方向观测设站数站14方向观测总数个38边长观测数条0最大边长m最小边长m验后平面单位权中误差验后测角中误差"最大平面点位中误差mm6.42点名：T3最大平面相邻点间误差mm6.42G1－T3最大方位角误差"1.18G2－T2优化设计模拟数据精度表测站照准点方位角中误差(")边长中误差(mm)边长相对中误差03010.0049 03T40.7906010.0006T40.77G1010.00G1T31.13G4010.00G4T31.14G2010.00G2T21.18G2T11.11G3010.00G3T21.17G3T11.0504020.0004T40.8105020.0005T40.79G5020.00G5T51.12G8020.00G8T51.15G6020.00G6T61.17G6T71.08G7020.00G7T61.17G7T71.0801060.0001T11.1401T20.9501T31.0401T40.7802050.0002T40.7802T51.0402T60.9602T71.14点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度分)T45.112.645.755.112.6400749 T24.291.624.584.291.6217921T12.120.972.332.120.9617839T35.862.646.425.862.6417854T64.181.624.494.181.6218000T55.652.656.245.652.65030T72.100.972.312.100.9717957点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度分)03T44.144.005.755.112.6400706T44.034.115.755.112.64007G1T34.974.076.425.862.6417854G4T34.664.426.425.862.6417854G2T23.812.554.584.291.6217921G2T11.631.662.332.120.9617839G3T23.712.704.584.291.6217921G3T11.561.732.332.120.961783904T44.114.035.755.112.6400705T43.994.145.755.112.64007G5T54.734.076.245.652.65030G8T54.494.336.245.652.65030G6T63.642.624.494.181.6218000G6T71.561.712.312.100.9717957G7T63.652.624.494.181.6218000G7T71.571.702.312.100.971795701T12.120.972.332.120.961783901T24.291.624.584.291.621792101T35.862.646.425.862.641785401T45.112.645.755.112.6400702T45.112.645.755.112.6400702T55.652.656.245.652.6503002T64.181.624.494.181.621800002T72.100.972.312.100.971795749 数据分析σT3=11.1345mm(包括首级控制点的点位误差及次级控制点的点位误差)。墩台放样的容许点位误差18mm。在满足精度要求的情况下可进行优化设计:减少未知控制点。12.5桥墩中心放样方案二在AUTOCAD中设计网型，以次级控制网优化设计的第一方案的加密控制点进行墩台放样。01,02,03,04,05,06；G1,G2,G3,G4为放样控制点。T1⋯⋯T7（假设为七个）为放样的桥墩中心。49 网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个10平面未知点数个7方向观测设站数站10方向观测总数个34边长观测数条0最大边长m最小边长m验后平面单位权中误差验后测角中误差"最大平面点位中误差mm6.19点名：T3最大平面相邻点间误差mm6.1903－T3最大方位角误差"1.2402－T7点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)Mx(mm)My(mm)M(mm)A(mm)B(mm)F(度分)T45.112.735.805.112.73008T23.921.824.323.921.82047T63.831.854.263.831.8517946T12.481.042.692.481.0417909T35.442.956.195.442.9517844T55.302.966.085.312.96128T72.501.052.712.501.05042数据分析σT6=9.931732(包括首级控制点的点位误差及次级控制点的点位误差)。小于墩台放样的容许点位误差18mm。12.6小结以上两种方案均满足墩台放样的要求，两种方案墩台放样的点位误差基本相同。其中方案1的精度相对高点。方案2减少了架站数，减少了工作量并降低了费用。但桥墩中心放样误差大，为保持放样精度，应选用方案1.13.课程设计总结：49 通过本次工程测量课程设计，使我进一步巩固，加深工程测量学及桥梁控制网的优化设计的有关知识。对桥梁控制网的优化设计的理论知识，具体过程有了进一步的认识，并能运用控制测量优化设计与平差2.13版软件及AUTOCAD工具，MATLAB软件，EXCEL进行平面控制网及水准控制网的优化设计。正所谓“万事开头难”，在课程设计的开始阶段，我搞不清该干什么，如何下手。经过向老师请教及与同学讨论，并认真在图书馆查询相关论文、资料，循序渐进。着手设计时使用MATLAB编写程序进行GPS控制网优化设计，但是由于GPS相关知识掌握并不熟悉，导致GPS网点位误差及桥轴线误差过大。后改用老师所给软件进行控制网优化设计，逐渐熟悉软件，仔细摸索，终于把误差控制在限度内。桥梁控制网的优化设计过程复杂，且需对基本理论知识有一定了解，对书本知识要求过高，具有挑战性，让我更加努力地去完成课程设计任务，更加具有主动性，同时学到了很多新的知识，受益匪浅。由于课程设计期间有考试，及矿山测量实习及课程设计，所以本次工程测量课程设计难免有所纰漏，请老师指正。平时要准备各方面的知识，积累总结。以备工作或以后研究所用，避免“书到用时方恨少”。我很珍惜学校为我们安排实习这理论与现实连接的重要环节，同时感谢查老师的悉心指导。49