巖土工程師輔導(dǎo)資料：公路工程測量工作的方法(1)

　　所有工程建設(shè)項目都必須以社會與經(jīng)濟效益為依據(jù)，按照自然條件和預(yù)期目的，進行規(guī)劃設(shè)計，測量工作是工程建設(shè)中的一項最基礎(chǔ)的工作，在道路、橋梁、隧道工程建設(shè)中起著重要的作用，為選取一條最經(jīng)濟、最合理的路線，首先要進行路線勘測，繪制帶狀地形圖，進行縱、橫斷面測量，進行紙上定線和路線設(shè)計，并將設(shè)計好的路線平面位置、縱坡及路基邊坡在地面上標定出來，以指導(dǎo)施工，當路線跨越河流時，擬設(shè)置橋梁跨越之前，應(yīng)測繪河流及兩岸地形圖，測定橋軸線的長度及橋位處的河床斷面，橋位處的河流比降，為橋梁方案選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計提供必要的依據(jù)，當路線縱坡受地形限制，采用避讓山嶺繞線平面線形不能滿足規(guī)范要求，而選用隧道方案時，測定隧道進出口大比例尺地形圖，為隧道洞口布置選擇提供必要的數(shù)據(jù)。

　　1.公路工程測量不同階段的工作

　　1.1 初步設(shè)計階段的測量工作 初步設(shè)計根據(jù)批準的設(shè)計任務(wù)書和初測資料編制，主要擬定修建原則，選定設(shè)計方案計算主要工程數(shù)量，提出施工方案意見，編制設(shè)計概算，提供方案說明及圖表資料，初測階段為初設(shè)提供平面、高程控制、地形圖、特殊地段的控制樁及縱、橫斷面資料。初步設(shè)計比選方案一般在1：10000地形圖上做多個比選方案，紙上布線后，對各方案進行1：2000地形圖測量，在1：2000地形圖上進行紙上定線，布置橋涵、通道、隧道等，實地調(diào)查計算工程數(shù)量，編制概算文件，特殊復(fù)雜困難地段，為加深勘探調(diào)查及分析比例，實地放樁，進行平、縱、橫測量。①平面高程控制測量②地形圖測量③必要的平縱橫測量。

　　1.2 施工圖設(shè)計階段的測量工作 施工圖設(shè)計根據(jù)批準的初步設(shè)計文件，在1：2000圖上進行方案比選，確定路線方案，進行施工圖詳測。①中線放樣②縱斷面測量③橫斷面測量④主要工點地形圖測量⑤主要控制地物高等控制測量。

　　2.控制測量的目的、坐標系統(tǒng)的選擇、建立方法、獨立高等控制網(wǎng)的建設(shè)方法

　　2.1 控制測量的目的 控制測量一般是指在工程建設(shè)地區(qū)的地面布設(shè)一系列的控制網(wǎng)點。并精確地確定這些點的位置，以便為后期地形測圖和各種工程建設(shè)測量放樣打好基礎(chǔ)?？刂茰y量是一切后續(xù)測量工作的基礎(chǔ)，沒有控制測量，往后的測圖和放樣等工作是不可想象的?？刂凭W(wǎng)把測區(qū)各部分的測量工件聯(lián)系起來，即起骨架作用，又起限制誤差傳遞和累積作用，控制網(wǎng)在勘測設(shè)計階段的作用是：①各設(shè)計階段需要適當比例尺地形圖作依據(jù)，而地形圖測繪又必須依靠控制網(wǎng)點來確定地形圖中各部分地貌地物之間的相對位置和保證地形圖的精度。②各設(shè)計階段必須以控制網(wǎng)為基礎(chǔ)將路線、橋梁、隧道等設(shè)計的位置精確地放樣在地面上，搜集相應(yīng)的路基、構(gòu)造物用于設(shè)計階段的各種資料。

　　2.2 坐標系統(tǒng)的選擇 坐標系統(tǒng)的選擇是我們經(jīng)常碰到，也是一些作業(yè)人員難以理解的問題。

　　2.2.1 大地水準面、參考橢球、坐標系國家大地測量和工程控制測量工作都是在地面上進行的，而地球的自然表面又是一個有山、谷、江、湖、海洋等起伏的復(fù)雜曲面。它是一個不規(guī)則的、不能用簡單的數(shù)學(xué)公式來表達的曲面，因此，不能在這個曲面上來解算測量學(xué)中所產(chǎn)生的幾何問題，為便于計算控制網(wǎng)點的位置和測繪地形，應(yīng)選擇一個形狀和大小都很接近于地球而其數(shù)學(xué)運算又很方便的體形，來代替地球的形體，以便把觀測結(jié)果歸化到此體形的表面上進行計算。

　　由力學(xué)知識可知，地球上任何一個質(zhì)點都同時受到兩個力的作用：一個是地球質(zhì)心對該質(zhì)點的引力F，另一個是地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力P，這兩個力的合力，就是作用于該質(zhì)點的重力G，重力G 的方向就是眾所周知的鉛垂線的方向，即G=P+F.曲面上每一點均與鉛垂線方向垂直的曲面叫做水準面，水準面有無窮多個，我們可以選擇一個與平靜的海水面相重合的水準面(平均水準面)來代替地球的表面，通常把這個與平均海水面相重合的水準面叫大地水準面。大地水準面是按近于地球的自然表面，但它仍是一個不規(guī)則的曲面，因而有必要選擇一個形狀和大小都與大地體接近，面且能用簡單數(shù)學(xué)式表示的體形來代替大地體。

　　參考橢球面是一國家(或者一區(qū)域)大地測量計算的參考面，該橢球面上各點與大地水準面上各相應(yīng)點之間的高差的平方和為最小，參考橢球中心與地球質(zhì)心重合，旋轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，赤道面重合，兩者體積相等，總質(zhì)量與地球總質(zhì)量相等，自轉(zhuǎn)角速度相等。

　　2.2.2 高斯平面直角坐標系 公路線路尤其是高速公路一般跨越多個地區(qū)，綿延數(shù)百里，為了坐標系統(tǒng)的統(tǒng)計以及與國家其它工程銜接，目前普遍采用國家坐標系換帶計算方法。即高斯正形投影平面直接坐標系。①高斯正形投影的實質(zhì) 設(shè)想將一個截面為橢圓的橫柱(簡稱圓柱)面套在地球橢球面上，使橫圓柱面與橢球面的一個子午橢圓相切，橫圓柱的軸與地球橢球的軸互相垂直，這樣將靠近子午橢圓的那部分地球表面的圖形投影到圓柱面上，再將圓柱面展開就得到平面上的圖形。這種投影，實際上就是將地球橢球面上與柱面相切的子午線兩旁的一條帶狀區(qū)域按正形規(guī)律投影到平面上，投影后，只有相切的這條子午線上的長度比等于1，而離開這條子線愈遠，長度變形愈大，相切的子午線稱為中央子午線，這一帶區(qū)兩旁邊緣上的子午線叫分界子午線，地球上的D點投影到平面上成為d點，d點的坐標可用x和y表示。②坐標分帶 為了不使這種變形過大，每一個帶的寬度不能太大，一般每帶分界子午線間的經(jīng)度分為6°(或3°)為便于設(shè)計施工放樣，使坐標反算長度與實地長度差不超過規(guī)范要求而不影響施工質(zhì)量時，采用平移子午線的方式進行坐標換帶計算，這一點在公路工程測量中是經(jīng)常遇到的，通常稱坐標系統(tǒng)的選擇。

　　2.3 控制網(wǎng)建立方法 平面：采用先四等控制，后一級導(dǎo)線公路為線狀物，四等控制普遍采用GPS測量，它的特點是：①定位精度高②觀測時間短③測站間無需通視④可提供三維坐標⑤操作簡便⑥全天候作業(yè)。

　　GPS采用測距后方交會的原理，接收機接收衛(wèi)星測距信號，只需同時獲得3顆以上GPS衛(wèi)星信號，就可利用后方交會的原理解算的絕對坐標，當有兩臺接收機同時觀測相同3顆以上衛(wèi)星信號時，其基線解算可達10-6精度，然后通過點或邊連接，聯(lián)測到已知高等控點上，經(jīng)平差計算得到各未知點的坐標。四等點一般以5km左右一對為宜，5km一對是為便于一級導(dǎo)線加密時附合到已知邊上，為便于設(shè)計及施工放樣，一般采用常規(guī)儀器(全站儀或測距儀配經(jīng)緯儀)進行。高程：采用水準儀進行四等高程施測，也可采用嚴格按規(guī)范施行的三角高程代替四等水準方法，附合到三等以上高程控制點。

　　2.4 獨立高等控制　公路工程中首級控制網(wǎng)常采用GPS進行四等控制，為方便施工再利用常規(guī)方法進行一級導(dǎo)線的加密，首級控制網(wǎng)往往采用與國家點聯(lián)測分帶換算得到實地任意坐標系統(tǒng)，以控制整體系統(tǒng)的連接及與已有線路進行銜接繼而在線路主要控制物如特大橋、長隧道等(為便于施工需進行控制網(wǎng)的布設(shè)，這類控制網(wǎng)內(nèi)部精度要求較線路首級控制高，這時多采用獨立網(wǎng)的形式，這種獨立網(wǎng)不同于其它獨立工程如大壩、樞紐、廠房等一般獨立控制網(wǎng)，作為線路整體的一部分，需要與路線進行坐標銜接，坐標系統(tǒng)一致，以便施工過程中保持線路的連續(xù)性，控制平差采用獨立網(wǎng)自由平差求定長基線后再進行約束平差，然后再對兩端一級導(dǎo)線重平差方法。

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